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Ciências da Natureza · Física

Questões de Energia, trabalho e potência no ENEM

17 questões oficiais do ENEM sobre Energia, trabalho e potência, de 2009 a 2022, todas com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 6 fáceis, 9 médias, 2 difíceis.

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5 questões de Energia, trabalho e potência resolvidas

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Questão 1 · ENEM 2022 · Questão 93média

Em 2017, foi inaugurado, no estado da Bahia, o Parque Solar Lapa, composto por duas usinas (Bom Jesus da Lapa e Lapa) e capaz de gerar cerca de 300 GWh de energia por ano. Considere que cada usina apresente potência igual a 75 MW, com o parque totalizando uma potência instalada de 150 MW. Considere ainda que a irradiância solar média é de 1 500 W

m2 e que a eficiência dos painéis é de 20%.

Parque Solar Lapa entra em operação. Disponível em: www.canalbioenergia.com.br. Acesso em: 9 jun. 2022 (adaptado).

Nessas condições, a área total dos painéis solares que compõem o Parque Solar Lapa é mais próxima de:

  1. A

    1 000 000 m2

  2. B

    500 000 m2

  3. C

    250 000 m2

  4. D

    100 000 m2

  5. E

    20 000 m2

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Gabarito: B

A potência elétrica de saída é uma fração da potência solar recebida:

P_elétrica = eficiência · irradiância · área

150 MW = 150 · 10⁶ W

150 · 10⁶ = 0,20 · 1 500 · A

150 · 10⁶ = 300 · A

A = 150 · 10⁶ / 300 = 500 000 m².

Resposta: B.

A informação de 300 GWh por ano é coerente com a potência: 150 MW durante cerca de 2 000 h dá 300 GWh. Ela não é necessária para o cálculo da área.

Dica: eficiência = potência útil / potência recebida. Potência recebida = irradiância × área.

Questão 2 · ENEM 2019 · Questão 121média

Imagem da questão

Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação consistirá em duas etapas:

Etapa 1 - a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia cinética de rotação;

Etapa 2 - o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória, supondo o sistema conservativo.

Ao preparar a segunda etapa, ele considera a aceleração da gravidade igual a 10 m s−2 e a velocidade linear do centro de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular. Em seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de sua trajetória, obtendo 1

3 da altura da haste do brinquedo.

As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento (C), largura (L) e altura (A), assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo estudante no recorte de manual ilustrado a seguir.

h

Imagem da questãoImagem da questão

O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:

  1. A

    4,10 × 10−2

  2. B

    8,20 × 10−2

  3. C

    1,23 × 10−1

  4. D

    8,20 × 104

  5. E

    1,23 × 105

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Gabarito: B

Sem perdas, toda a energia potencial perdida vira cinética. Como a velocidade do centro de massa é desprezível, quase toda a energia vira energia cinética de rotação.

Pelo manual, a altura do brinquedo é h = 410 mm = 0,41 m. Pela figura, o disco desce 2h/3 (da barra superior até o ponto mais baixo).

Desnível: 2 × 0,41 / 3 ≈ 0,273 m.
Massa: 30 g = 0,03 kg.

E = m·g·Δh = 0,03 × 10 × 0,273 ≈ 0,082 J = 8,2 × 10⁻² J. Alternativa B.

Erro comum: não converter gramas em quilogramas (levaria a valores como 10⁴ ou 10⁵).

Dica: conservação da energia mecânica; converta as unidades para o SI.

Questão 3 · ENEM 2018 · Questão 131fácil

Um projetista deseja construir um brinquedo que lance um pequeno cubo ao longo de um trilho horizontal, e o dispositivo precisa oferecer a opção de mudar a velocidade de lançamento. Para isso, ele utiliza uma mola e um trilho onde o atrito pode ser desprezado, conforme a figura.

Imagem da questão

Para que a velocidade de lançamento do cubo seja aumentada quatro vezes, o projetista deve

  1. A

    manter a mesma mola e aumentar duas vezes a sua deformação.

  2. B

    manter a mesma mola e aumentar quatro vezes a sua deformação.

  3. C

    manter a mesma mola e aumentar dezesseis vezes a sua deformação.

  4. D

    trocar a mola por outra de constante elástica duas vezes maior e manter a deformação.

  5. E

    trocar a mola por outra de constante elástica quatro vezes maior e manter a deformação.

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Gabarito: B

A energia potencial elástica da mola vira energia cinética do cubo:

k·x²/2 = m·v²/2, logo v = x · √(k/m).

Portanto, v é proporcional à deformação x e à raiz quadrada de k.

  • Para v ficar 4 vezes maior com a mesma mola, x deve ficar 4 vezes maior. Alternativa B.
  • Trocando a mola, seria preciso k 16 vezes maior (√16 = 4). Com k 2 ou 4 vezes maior (D e E), v aumenta só 1,4 ou 2 vezes.

Erro comum: marcar 16 vezes a deformação (C), que quadruplicaria v² e não v.

Dica: v ∝ x e v ∝ √k. Iguale energia elástica e energia cinética.

Questão 4 · ENEM 2017 · Questão 105fácil

A figura mostra o funcionamento de uma estação híbrida de geração de eletricidade movida a energia eólica e biogás. Essa estação possibilita que a energia gerada no parque eólico seja armazenada na forma de gás hidrogênio, usado no fornecimento de energia para a rede elétrica comum e para abastecer células a combustível.

Rede de distribuição

Planta mista de geração de energia Produção de Turbinas

Armazenamento de hidrogênio

Imagem da questão

Destino da energia térmica Combustível

Armazenamento de biogás Disponível em: www.enertrag.com. Acesso em: 24 abr. 2015 (adaptado).

Mesmo com ausência de ventos por curtos períodos, essa estação continua abastecendo a cidade onde está instalada, pois o(a)

  1. A

    planta mista de geração de energia realiza eletrólise para enviar energia à rede de distribuição elétrica.

  2. B

    hidrogênio produzido e armazenado é utilizado na combustão com o biogás para gerar calor e eletricidade.

  3. C

    conjunto de turbinas continua girando com a mesma velocidade, por inércia, mantendo a eficiência anterior.

  4. D

    combustão da mistura biogás-hidrogênio gera diretamente energia elétrica adicional para a manutenção da estação.

  5. E

    planta mista de geração de energia é capaz de utilizar todo o calor fornecido na combustão para a geração de eletricidade.

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Gabarito: B

Pela figura, parte da eletricidade das turbinas produz hidrogênio, que é armazenado. Sem vento, o hidrogênio armazenado é misturado ao biogás e queimado na planta mista, gerando calor e eletricidade para a rede. Alternativa B.

A planta não faz eletrólise (isso ocorre na produção de hidrogênio). Turbinas sem vento não mantêm a velocidade. A combustão gera calor, e a eletricidade vem depois, e nem todo o calor vira eletricidade.

Dica: leia o fluxograma; o armazenamento de hidrogênio é a reserva de energia.

Questão 5 · ENEM 2016 · Questão 47média

A usina de Itaipu é uma das maiores hidrelétricas do mundo em geração de energia. Com 20 unidades geradoras e 14 000 MW de potência total instalada, apresenta uma queda de 118,4 m e vazão nominal de 690 m3/s por unidade geradora. O cálculo da potência teórica leva em conta a altura da massa de água represada pela barragem, a gravidade local (10 m/s2) e a densidade da água (1 000 kg/m3). A diferença entre a potência teórica e a instalada é a potência não aproveitada.

Disponível em: www.itaipu.gov.br. Acesso em: 11 maio 2013 (adaptado).

Qual é a potência, em MW, não aproveitada em cada unidade geradora de Itaipu?

  1. A

    0

  2. B

    1,18

  3. C

    116,96

  4. D

    816,96

  5. E

    13 183,04

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Gabarito: C

Potência teórica de uma unidade: P = m·g·h / t = (densidade · vazão) · g · h.

  • Massa de água por segundo: 1 000 kg/m³ · 690 m³/s = 690 000 kg/s
  • P = 690 000 · 10 · 118,4 = 816 960 000 W = 816,96 MW

Potência instalada por unidade: 14 000 MW / 20 = 700 MW.

Potência não aproveitada: 816,96 − 700 = 116,96 MW. Alternativa C.

Quem esquece de dividir os 14 000 MW por 20 unidades cai em outras alternativas, como D (816,96) ou E (13 183,04).

Dica: potência de queda d'água = densidade · vazão · g · altura. Atenção ao que é "por unidade" e ao que é "total".

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