PISM · Física

Questões de Energia, trabalho e potência da PISM

10 questões oficiais da PISM sobre Energia, trabalho e potência, de 2018 a 2026, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 3 fáceis, 6 médias, 1 difícil.

Treine Energia, trabalho e potência com 10 questões da PISM

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6 questões de Energia, trabalho e potência resolvidas

Questão 1 · PISM 2026 · Módulo I (1º ano) · Questão 34média

Ana e Bia fazem uma corrida de barquinhos de vela. O barco de Ana possui massa duas vezes maior que a do barco de Bia, mas eles foram construídos de modo que o vento realiza a mesma força de impulsão sobre as duas velas e, consequentemente, o mesmo trabalho ao longo de uma distância d.

Desprezando as forças de atrito, qual a relação entre as velocidades dos barcos de Ana (v_A) e de Bia (v_B) quando eles cruzam a linha de chegada?

A
v_A = √2 · v_B / 2
B
v_A = v_B / 2
C
v_A = √2 · v_B
D
v_A = v_B
E
v_A = 2v_B

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Gabarito: A

Pelo teorema da energia cinética, o trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética. Os barcos partem do repouso e recebem o mesmo trabalho W:

W = (1/2) · m_A · v_A² = (1/2) · m_B · v_B²

Com m_A = 2m_B:

2m_B · v_A² = m_B · v_B²
v_A² = v_B²/2
v_A = v_B/√2 = √2 · v_B/2 (≈ 0,71 v_B)

Resposta: A

Por que as outras atraem: a B divide a velocidade por 2, como se a energia fosse proporcional a v e não a v²; a C inverte a relação (o barco mais pesado é o mais lento).

Dica: mesmo trabalho = mesma energia cinética; massa dobrada → velocidade dividida por √2.

Questão 2 · PISM 2025 · Módulo I (1º ano) · Questão 35fácil

Considere g = 10,0 m/s².

Uma bola de borracha, sob a ação exclusiva da gravidade, cai verticalmente, quica no chão duro e sobe. De acordo com essa afirmativa, é CORRETO afirmar que

A
haverá conservação da energia cinética, ainda que a bola não alcance a sua altura original.
B
no momento em que a bola estiver no chão, sua energia mecânica é nula.
C
após o quique no chão duro, a bola poderá atingir uma altura superior à original, a depender do tipo de material da bola.
D
se a massa da bola for igual a 500 g e a altura em que ela é solta for igual a 15 m, a energia cinética da bola na iminência de tocar o solo será igual a 75 J.
E
a energia potencial gravitacional e a energia cinética da bola serão iguais na iminência de tocar o solo.

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Gabarito: D

Na queda, só a gravidade atua: a energia potencial vira energia cinética.

Conta da alternativa D:
E_c = m × g × h = 0,5 kg × 10 m/s² × 15 m = 75 J

A: se a bola não volta à altura original, parte da energia se perdeu no quique (calor, som, deformação); não há conservação.
B: no chão (tomado como referência), a potencial é zero, mas há energia cinética na chegada.
C: sem receber energia de fora, a bola não pode subir mais do que a altura de onde caiu.
E: na iminência de tocar o solo, a potencial é praticamente zero e a cinética é máxima.

Resposta: D

Dica: transforme massa em kg antes de usar E = m × g × h (500 g = 0,5 kg).

Questão 3 · PISM 2024 · Módulo I (1º ano) · Questão 34fácil

Uma equipe de estudantes montou uma engenhoca para elevar uma massa de 60 kg a uma altura de 7,5 m. Utilizando um motor com potência de consumo elétrico de 300 W, conseguiram realizar esta tarefa em meio minuto.

De acordo com esse resultado, a equipe deve concluir que o rendimento desse motor é de

A
5%.
B
50%.
C
67%.
D
75%.
E
100%.

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Gabarito: B

1. Energia útil (ganho de energia potencial)

E_útil = m·g·h = 60 × 10 × 7,5 = 4 500 J

2. Energia consumida pelo motor

Meio minuto = 30 s.
E_total = P·Δt = 300 W × 30 s = 9 000 J

3. Rendimento

η = E_útil/E_total = 4 500 / 9 000 = 0,5 = 50%

(Ou pela potência: P_útil = 4 500 J / 30 s = 150 W; 150/300 = 50%.)

Resposta: B

Por que as outras atraem: A (5%) esquece o g = 10 m/s². E (100%) supõe motor sem perdas.

Dica: rendimento = útil ÷ total, com as duas grandezas na mesma unidade (energia com energia, ou potência com potência).

Questão 4 · PISM 2021 · Módulo I (1º ano) · Questão 34média

Um jardineiro, andando a uma velocidade de módulo constante de 4,0 km/h, aplica uma força horizontal de magnitude constante ao cortador de grama, de modo que essa força tem o mesmo sentido da sua velocidade instantânea. Sabendo que o módulo dessa força é 20 N e que o jardineiro percorreu uma trajetória fechada qualquer no gramado plano, retornando ao seu ponto de partida num intervalo de 6,0 minutos, marque a única opção inteiramente correta, tomando-se o solo como sistema de referência:

A
O trabalho que o jardineiro realiza sobre o cortador é nulo e a força que ele exerce sobre o cortador é conservativa.
B
O trabalho que o jardineiro realiza sobre o cortador é igual a 4,0 kJ e a força que ele exerce sobre o cortador não é conservativa.
C
O trabalho que o jardineiro realiza sobre o cortador é igual 8,0 kJ e a força que ele exerce sobre o cortador não é conservativa.
D
O trabalho que o jardineiro realiza sobre o cortador é igual a 4,0 kJ e a força que ele exerce sobre o cortador é conservativa.
E
O trabalho que o jardineiro realiza sobre o cortador é igual 8,0 kJ e a força que ele exerce sobre o cortador é conservativa.

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Gabarito: C

Na figura, o jardineiro empurra o cortador com uma força F no mesmo sentido da velocidade v.

1. Distância percorrida: 6,0 min = 0,1 h.
d = 4,0 km/h × 0,1 h = 0,4 km = 400 m

2. Trabalho: como a força tem sempre o sentido do deslocamento, cada trecho contribui com F × distância, mesmo com a trajetória fazendo curvas:
W = 20 N × 400 m = 8000 J = 8,0 kJ

3. Conservativa? Uma força conservativa realiza trabalho nulo em qualquer trajetória fechada. Aqui o caminho é fechado e o trabalho é 8,0 kJ, logo a força não é conservativa.

Resposta: C.

Por que as outras atraem: A usa o deslocamento total (nulo) em vez da distância percorrida; 4,0 kJ sai de errar a conversão do tempo.

Dica: o trabalho de uma força sempre paralela ao movimento depende do caminho; por isso ela não pode ser conservativa.

Questão 5 · PISM 2019 · Módulo I (1º ano) · Questão 35média

A Usina de Jaguará está instalada na bacia hidrográfica do Rio Grande, entre os estados de São Paulo e Minas Gerais. A usina tem potência instalada de aproximadamente 424 MW (megawatts). Além disso, sua eficiência é da ordem de 90% da energia da queda d'água no início do processo, que se transforma em energia elétrica, sendo a altura da barragem igual a 40 m. Adote g = 10 m/s² e considere que 1(um) litro de água corresponde a uma massa de 1(um) quilograma.

Nessas condições, é CORRETO afirmar que a vazão de água do Rio Grande em litros por segundo deve ser da ordem de:

A
954.000
B
1.200.000
C
1.526.000
D
1.696.000
E
1.850.000

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Gabarito: B

1. Potência que a água precisa fornecer: só 90% vira eletricidade, então

P_água = 424 MW ÷ 0,9 ≈ 471 MW = 4,71 × 10⁸ W

2. Potência da queda d'água: a cada segundo, uma massa m de água cai 40 m:

P_água = (m ÷ t)·g·h → m ÷ t = 4,71 × 10⁸ ÷ (10 × 40) ≈ 1,18 × 10⁶ kg/s

3. Em litros: 1 kg ↔ 1 L, logo a vazão é cerca de 1.180.000 L/s, da ordem de 1.200.000 L/s.

Resposta: B.

Por que as outras atraem: A (≈ 954.000) aparece ao multiplicar por 0,9 em vez de dividir (424 × 0,9 ÷ 400); C e D vêm de errar a altura ou a gravidade.

Dica: rendimento = útil ÷ total; a energia da água (total) é sempre maior que a elétrica (útil).

Questão 6 · PISM 2018 · Módulo I (1º ano) · Questão 33média

Para subir pedalando uma ladeira íngreme, um ciclista ajusta as marchas de sua bicicleta de modo a exercer a menor força possível nos pedais. Assim ele consegue pedalar com muito menos esforço, porém ele é obrigado a dar muitas voltas no pedal para um pequeno deslocamento e demora mais tempo para chegar ao topo. Com o procedimento de trocar de marchas, podemos afirmar que o ciclista:

A
aumenta o trabalho realizado pela força gravitacional.
B
diminui a potência aplicada aos pedais.
C
diminui a sua energia potencial.
D
aumenta a sua energia cinética.
E
aumenta seu momento linear.

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Gabarito: B

Para subir a ladeira, o ciclista precisa ganhar a mesma energia potencial (m·g·h), qualquer que seja a marcha. Logo, o trabalho total que ele realiza é praticamente o mesmo.

Com a marcha leve, ele faz menos força, mas dá mais voltas no pedal e demora mais. Como potência = trabalho ÷ tempo, o mesmo trabalho num tempo maior significa potência menor.

A) O trabalho do peso depende só do desnível (−m·g·h), não da marcha.
C) A energia potencial aumenta na subida, igual em qualquer marcha.
D e E) Subindo mais devagar, a velocidade, e com ela a energia cinética e o momento linear, não aumenta.

Resposta: B

Dica: marchas, alavancas e rampas trocam força por deslocamento. O trabalho continua o mesmo; o que muda é a força e, se o tempo muda, a potência.