ONC · Física

Questões de Energia, trabalho e potência da ONC

19 questões oficiais da ONC sobre Energia, trabalho e potência, de 2016 a 2025, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 2 fáceis, 8 médias, 9 difíceis.

Treine Energia, trabalho e potência com 19 questões da ONC

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Treinar Energia, trabalho e potência

6 questões de Energia, trabalho e potência resolvidas

Questão 1 · ONC 2025 · 8º e 9º anos · Questão 19difícil

Ilhas distantes da costa precisam produzir sua própria energia elétrica, o que é geralmente realizado por usinas termelétricas movidas a diesel. Atualmente, programas de energia limpa estão sendo implementados para substituir a dependência do diesel. Na famosa ilha de Fernando de Noronha, por exemplo, duas usinas fotovoltaicas produzem anualmente 1.800 MWh, 10% de toda a demanda de energia elétrica da ilha.

Primeira usina solar em Fernando de Noronha

Fonte:Portal Naynneto.

Com o intuito de aproveitar os espaços e reduzir custos, a terceira usina solar (Noronha III) pode ser instalada no aeroporto da ilha, em dois terrenos de 20 metros de largura por 1 quilômetro de comprimento, um em cada lado da pista de pouso. Ao longo do ano, a incidência solar média diária em Fernando de Noronha é de 10 horas. Durante esse período de oferta de energia solar, cada metro quadrado ocupado por placas fotovoltaicas gera energia elétrica com potência média de 50 watts. Além disso, a usina deve permanecer inativa durante 5 dias por ano para manutenção.

Fonte: Equipe ONC.

Caso Noronha III seja instalada na área descrita, quanto da demanda energética da ilha essa usina conseguirá suprir? Dados: 1 MW = 1000 kW e 1 ano = 365 dias.

A
10%
B
20%
C
30%
D
40%
E
50%

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Gabarito: D (elaborado pelo Treinamento 101)

1. Demanda total da ilha
1.800 MWh são 10% da demanda: demanda = 1.800 ÷ 0,10 = 18.000 MWh por ano.

2. Área de placas
2 terrenos × 20 m × 1.000 m = 40.000 m²

3. Potência da usina
40.000 m² × 50 W/m² = 2.000.000 W = 2 MW

4. Horas de funcionamento por ano
(365 − 5) dias × 10 h = 360 × 10 = 3.600 h

5. Energia por ano
2 MW × 3.600 h = 7.200 MWh

6. Fração da demanda
7.200 ÷ 18.000 = 0,40 = 40%

Resposta: D

Por que as outras atraem: esquecer um dos dois terrenos dá 20%; esquecer os 5 dias de manutenção muda pouco (cerca de 40,6%).

Dica: energia = potência × tempo; com potência em MW e tempo em horas, a energia sai direto em MWh.

Questão 2 · ONC 2024 · 8º e 9º anos · Questão 17fácil

Os alimentos são as fontes de energia para o ser humano correr, cantar, dançar, respirar e, até, pensar. A animação abaixo mostra um corredor que estava treinando em um ritmo cujo consumo energético estava associado a uma potência de 4.200 W.

Considerando que a cada 1 kWh de energia consumida, o sistema respiratório de um ser humano absorve 180 litros de oxigênio do ar, quantos litros de oxigênio esse corredor absorveu em 10 minutos de treino?

A
0,4 kWh
B
0,7 kWh
C
0,8 kWh
D
1,4 kWh
E
1,6 kWh

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Gabarito: B (elaborado pelo Treinamento 101)

1. Energia consumida. E = P × t, com P = 4200 W = 4,2 kW e t = 10 min = 1/6 h:

E = 4,2 × 1/6 = 0,7 kWh

2. Oxigênio. Pelo dado do enunciado, 1 kWh corresponde a 180 L de O₂:

0,7 × 180 = 126 L de oxigênio

Atenção: a pergunta pede litros de oxigênio, mas as alternativas estão em kWh. Elas mostram a energia consumida no treino, o passo 1. A alternativa que corresponde a esse cálculo é 0,7 kWh, e dela sai o volume de 126 L.

Resposta: B

Por que as outras atraem: quem usa 10 min como 0,1 h acha 0,42 ≈ 0,4 kWh. Uma hora tem 60 minutos, então 10 min = 1/6 h.

Dica: para ter kWh, use potência em kW e tempo em horas. 10 min = 1/6 h, 15 min = 0,25 h, 30 min = 0,5 h.

Questão 3 · ONC 2023 · 3º ano do ensino médio · Questão 19difícil

A situação abaixo foi criada para avaliar sua capacidade de relacionar a Mecânica com a Termologia. Nela, uma mola deformada de 70 cm foi liberada para retirar do repouso uma fina caixa metálica de 9,995 kg com um pequeno bloco de gelo de 5 g a 0 °C. Inicialmente, a caixa encontra-se sobre uma superfície lisa, mas enfrenta atrito logo após perder o contato com a mola. A partir daí, metade do calor gerado pelo atrito é transferido para o gelo, derretendo-o gradativamente. Considerando que a influência do ar é desprezível e a transferência de calor para o gelo é instantânea, quanto tempo levará para o gelo derreter totalmente? Dados:

constante elástica da mola = 16.000 N/m

calor latente de fusão do gelo = 320 J/g

coeficiente de atrito = 0,4

g = 10 m/s²

Fonte: Equipe ONC.

A
3 s
B
4 s
C
5 s
D
6 s
E
8 s

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Gabarito: B

1. Energia da mola. E = k·x²/2 = 16 000 × 0,7² / 2 = 3920 J. Ela vira energia cinética da caixa com o gelo, de massa 9,995 + 0,005 = 10 kg:

10·v²/2 = 3920 → v² = 784 → v₀ = 28 m/s

2. Calor que o gelo precisa. Q = m·L = 5 g × 320 J/g = 1600 J. Como só metade do calor do atrito vai para o gelo, o atrito precisa gerar 3200 J.

3. Velocidade nesse instante. A energia cinética cai de 3920 J para 3920 − 3200 = 720 J:

10·v²/2 = 720 → v² = 144 → v = 12 m/s

4. Tempo. Atrito: F = μ·m·g = 0,4 × 10 × 10 = 40 N. Desaceleração: a = 40/10 = 4 m/s².

t = (28 − 12)/4 = 4 s

Como a caixa ainda se move nesse instante, o gelo derrete antes de ela parar.

Resposta: B

Por que as outras atraem: quem esquece que só metade do calor vai para o gelo usa 1600 J de atrito e acha outro tempo.

Dica: energia dissipada pelo atrito = queda da energia cinética. Com ela você acha a velocidade e, com a desaceleração, o tempo.

Questão 4 · ONC 2022 · 8º e 9º anos · Questão 17difícil

Para reduzir os custos com energia elétrica, Carlos instalou painéis fotovoltaicos no telhado de sua casa, conforme imagem abaixo. Ele também entrou em um programa de geração distribuída de energia promovido pela concessionária responsável pela rede de energia elétrica de sua cidade. Dessa forma, a energia produzida pelos painéis fotovoltaicos de sua casa alimentavam a rede elétrica e a concessionária abatia do consumo de sua casa a energia que ele forneceu à rede elétrica.

Fonte: Equipe ONC.

No mês de junho, quando já havia instalado as placas, a casa de Carlos consumiu 683 kWh da rede elétrica. Nesse mês, cada metro quadrado de telhado da casa recebeu em média uma incidência solar de 1000 W durante 6 horas por dia. Devido à inclinação dos raios solares, suas placas fotovoltaicas converteram 10% da energia solar recebida em energia elétrica. Sabendo que o mês de junho possui 30 dias, qual a quantidade de energia elétrica que Carlos teve que pagar à concessionária correspondente ao mês de junho?

A
71 kWh
B
83 kWh
C
92 kWh
D
108 kWh
E
112 kWh

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Gabarito: A

1. Área de painéis

Cada painel mede 1,25 m × 0,8 m = 1 m². Contando os painéis fotovoltaicos da foto, são 34, ou seja, 34 m².

2. Energia solar recebida no mês

Por metro quadrado: 1000 W × 6 h × 30 dias = 180.000 Wh = 180 kWh.

Nos 34 m²: 34 × 180 = 6.120 kWh.

3. Energia elétrica gerada (10%)

0,10 × 6.120 = 612 kWh.

4. Conta

683 − 612 = 71 kWh.

Resposta: A (71 kWh).

Dica: energia = potência × tempo; trabalhe em kWh direto (1000 W = 1 kW) para evitar conversões.

ONC 2021 · 3º ano do ensino médio · Questão 5média

Uma pequena usina hidrelétrica foi construída para servir de apoio a outras fontes de energia elétrica que supriam as necessidades de uma cidade. A cidade era abastecida por uma tensão elétrica de 25 kV e uma corrente elétrica de 200 A. Certo dia, a central que recebia energia elétrica das demais fontes sofreu uma pane e a cidade passou a receber energia apenas dessa pequena usina hidrelétrica. O reservatório dessa usina continha 600.000 toneladas de água cujo centro de massa ficava a 25 m de altura em relação ao gerador, nível de referência. O gerador é o equipamento que transforma a energia mecânica em energia elétrica. O utilizado pela usina tinha um rendimento de 36%.

Fonte: Equipe da ONC.

Considerando que a aceleração da gravidade mede 10 m/s² e desprezando o efeito Joule entre a usina e a cidade, por quanto tempo essa usina conseguiu garantir o abastecimento regular dessa cidade a partir da pane?

A
2,0 h
B
2,5 h
C
3,0 h
D
3,5 h
E
4,0 h

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Gabarito: C (elaborado pelo Treinamento 101)

1. Potência que a cidade consome

P = U × i = 25.000 V × 200 A = 5 × 10⁶ W (5 MW).

2. Energia potencial da água

m = 600.000 t = 6 × 10⁸ kg

E_p = m × g × h = 6 × 10⁸ × 10 × 25 = 1,5 × 10¹¹ J

3. Energia elétrica gerada (rendimento de 36%)

E = 0,36 × 1,5 × 10¹¹ = 5,4 × 10¹⁰ J

4. Tempo de abastecimento

t = E ÷ P = 5,4 × 10¹⁰ ÷ 5 × 10⁶ = 10.800 s = 3,0 h

Resposta: C (3,0 h).

Por que as outras atraem: quem esquece o rendimento encontra 30.000 s, mais de 8 h, fora das opções; quem erra a conversão de toneladas para quilogramas também se perde.

Dica: potência elétrica é U × i; tempo é energia útil dividida pela potência. Sempre aplique o rendimento antes de dividir.

Questão 6 · ONC 2020 · 1º ano do ensino médio · Questão 2difícil

O movimento registrado pelo vídeo abaixo mostra uma pessoa pulando na cama elástica ao mesmo tempo que um trator movimenta toda a estrutura a 36 km/h. Vemos também dois auxiliares dando pisões na cama elástica quando a pessoa, descendo, começa a deformar a cama. A pessoa acaba experimentando um processo cíclico de subidas e descidas, atingindo sempre a mesma altura máxima.

Devido às baixas velocidades verticais e horizontais da pessoa em todo seu ciclo, a interferência do ar é desprezível. Após perder o contato com a cama elástica, a pessoa fica 2,0 s sem tocar em nada. Considere que a aceleração da gravidade é 10 m/s².

Fonte: https://www.facebook.com/ProfessordeFisica/videos/1493869160767390/

Sobre o movimento mostrado no vídeo, identifique a opção falsa.

A
Além de acumular energia mecânica em forma de energia potencial elástica, a cama elástica é a responsável pela dissipação da energia mecânica, gerando energia térmica.
B
Os auxiliares repõem a energia mecânica do sistema cama-pessoa garantindo que a pessoa consiga voltar à altura máxima que atingiu no ciclo anterior.
C
Quando a pessoa estiver no ponto mais alto da trajetória, sua velocidade será nula e sua energia mecânica será apenas a gravitacional, se adotarmos o solo como referencial.
D
A velocidade vertical da pessoa ao perder o contato com a cama elástica iguala-se, em módulo, à velocidade do trator.
E
Enquanto sobe e desce, sem estabelecer contato com a cama elástica, a pessoa acompanha o movimento do trator por causa da lei da inércia.

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Gabarito: C

A questão pede a afirmação falsa. Dados: 36 km/h = 10 m/s (velocidade do trator); 2,0 s no ar, então 1,0 s subindo e 1,0 s descendo.

A) Verdadeira. A cama guarda energia potencial elástica e, por não ser perfeitamente elástica, transforma parte da energia mecânica em energia térmica.

B) Verdadeira. Os pisões dos auxiliares repõem a energia perdida, e por isso a pessoa volta sempre à mesma altura.

C) Falsa. No ponto mais alto, só a velocidade vertical é nula. Em relação ao solo, a pessoa continua com a velocidade horizontal do trator, 10 m/s. A energia mecânica nesse ponto é gravitacional mais cinética.

D) Verdadeira. Subida de 1,0 s: v = g × t = 10 × 1,0 = 10 m/s = 36 km/h, igual à do trator.

E) Verdadeira. No ar, nenhuma força horizontal age sobre a pessoa (ar desprezível); por inércia, ela mantém os 10 m/s do trator e cai de volta na cama.

Resposta: C.

Dica: em movimentos com duas direções, "velocidade nula no ponto mais alto" vale só para a componente vertical; a horizontal continua.