10 exercícios de trabalho e energia com gabarito
Em resumo:
- O texto explora a forte relação entre trabalho mecânico e energia no universo da física para explicar como forças provocam deslocamentos e transferências energéticas.
- Acompanhe dez exercícios práticos englobando conceitos vitais como cálculo de trabalho com e sem atrito, teoremas da energia cinética, potência média, energia potencial elástica e conservação de energia.
Você já se perguntou o que faz uma montanha-russa subir até o topo e depois despencar em uma velocidade alucinante, ou como o motor de um carro consegue transformar combustível em movimento?
Na Física, as respostas para essas perguntas moram em dois conceitos que andam sempre de mãos dadas: trabalho e energia.
Para treinar seus conhecimentos sobre o tema, separamos 10 exercícios imperdíveis para você testar o que já aprendeu.
Exercícios sobre Trabalho e Energia
Exercício 1
Uma pessoa empurra uma caixa em uma superfície horizontal sem atrito, aplicando uma força constante de 50 N paralela ao chão. Se a caixa se deslocar por 10 metros, qual será o trabalho realizado pela pessoa?
a) 5 J
b) 50 J
c) 100 J
d) 500 J
e) 5000 J
Exercício 2
Um objeto de 2 kg cai em queda livre de uma altura de 5 metros. Considerando a aceleração da gravidade $g = 10 \text{ m/s}^2$, qual é o trabalho realizado pela força peso durante a queda?
a) 10 J
b) 50 J
c) 100 J
d) 200 J
e) 250 J
Exercício 3
Para puxar um bloco por 4 metros ao longo de um piso horizontal, um operador aplica uma força de 100 N formando um ângulo de 60° com a horizontal. Sabendo que o cosseno de 60° é 0,5, qual é o trabalho realizado por essa força?
a) 50 J
b) 100 J
c) 200 J
d) 400 J
e) 800 J
Exercício 4
O Teorema da Energia Cinética estabelece a relação entre o trabalho e a velocidade. Se uma força resultante realiza um trabalho de 200 J sobre um corpo de 4 kg que estava inicialmente em repouso, qual será a sua velocidade final?
a) 5 m/s
b) 10 m/s
c) 15 m/s
d) 20 m/s
e) 50 m/s
Exercício 5
Uma mola com constante elástica $k = 200 \text{ N/m}$ sofre uma deformação (compressão) de 0,1 metro. Qual é a energia potencial elástica armazenada nessa mola?
a) 1 J
b) 2 J
c) 10 J
d) 20 J
e) 100 J
Exercício 6
Um corpo de massa 5 kg está no alto de um prédio a 20 metros do solo. Qual é a sua energia potencial gravitacional em relação ao solo? (Considere $g = 10 \text{ m/s}^2$).
a) 50 J
b) 100 J
c) 500 J
d) 1000 J
e) 5000 J
Exercício 7
Uma bola é abandonada do repouso de uma altura de 20 metros em um local onde a resistência do ar é nula. Aplicando o princípio da conservação da energia mecânica, qual será a velocidade da bola exatamente no instante antes de tocar o solo? (Considere $g = 10 \text{ m/s}^2$).
a) 10 m/s
b) 15 m/s
c) 20 m/s
d) 25 m/s
e) 40 m/s
Exercício 8
Potência é a rapidez com que o trabalho é realizado. Se um motor elétrico realiza um trabalho de 1200 J em um intervalo de tempo de 1 minuto, qual é a sua potência mecânica média?
a) 2 W
b) 12 W
c) 20 W
d) 120 W
e) 1200 W
Exercício 9
Durante o deslocamento horizontal de um bloco, uma força de atrito constante de 15 N atua em sentido contrário ao movimento por uma distância de 4 metros. O trabalho realizado por essa força de atrito é:
a) 0 J
b) 60 J
c) -60 J
d) 15 J
e) -15 J
Exercício 10
Sobre as forças conservativas e dissipativas, assinale a alternativa correta.
a) A força de atrito é uma força conservativa, pois mantém a energia térmica do sistema.
b) O trabalho realizado pela força peso depende da trajetória percorrida pelo corpo.
c) Em um sistema onde atuam apenas forças conservativas, a energia mecânica total permanece constante.
d) Forças conservativas são aquelas que dissipam a energia mecânica na forma de som ou calor.
e) A energia mecânica total de um sistema sempre diminui, independentemente das forças que atuam nele.
Gabarito
| Exercício | Resposta | Cálculo / Justificativa |
|---|---|---|
| 1 | d | Trabalho = Força · deslocamento. W = 50 · 10 = 500 J. |
| 2 | c | O trabalho do peso é igual à variação da energia potencial. W = m · g · h = 2 · 10 · 5 = 100 J. |
| 3 | c | Trabalho com ângulo: W = F · d · cos(θ). W = 100 · 4 · 0,5 = 200 J. |
| 4 | b | Teorema da Energia Cinética: Trabalho = ΔEc. Como partiu do repouso, W = (m · v²) / 2. Substituindo: 200 = (4 · v²) / 2 → 200 = 2 · v² → v² = 100 → v = 10 m/s. |
| 5 | a | Energia Potencial Elástica: Epe = (k · x²) / 2. Epe = (200 · (0,1)²) / 2 = (200 · 0,01) / 2 = 2 / 2 = 1 J. |
| 6 | d | Energia Potencial Gravitacional: Epg = m · g · h. Epg = 5 · 10 · 20 = 1000 J. |
| 7 | c | Conservação de energia: Epg_inicial = Ec_final. Logo, m · g · h = (m · v²) / 2. Cortando a massa: 10 · 20 = v² / 2 → 200 = v² / 2 → v² = 400 → v = 20 m/s. |
| 8 | c | Potência = Trabalho / tempo. O tempo deve estar em segundos (1 minuto = 60 s). P = 1200 / 60 = 20 W. |
| 9 | c | O atrito atua na direção oposta ao movimento, formando um ângulo de 180° (cos 180° = -1). Logo, o trabalho é resistente (negativo). W = – (15 · 4) = -60 J. |
| 10 | c | Por definição, a energia mecânica total (cinética + potencial) se conserva apenas quando as forças atuantes no sistema são conservativas (como o peso e a força elástica). O atrito é uma força dissipativa. |
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