ENEM 2015 · Ciências da Natureza · Física · energia
Questão 49 do ENEM 2015
Resposta: letra D. Um carro solar de 200 kg tem painel de 9,0 m², com rendimento de 30%, sob insolação de 1 000 W/m²; pede-se o tempo para chegar a 108 km/h, sem resistência do ar.
Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do Sol em energia elétrica que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challenge de 2009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h.
Disponível em: www.physics.hku.hk. Acesso em: 3 jun. 2015.
Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de 1 000 W/m2, que o carro solar possua massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m2 e rendimento de 30%.
Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h é um valor mais próximo de
- A1,0 s.
- B4,0 s.
- C10 s.
- D33 s.Resposta correta
- E300 s.
Como resolver a questão 49 passo a passo?
O conceito que resolve
A potência útil do painel é a energia por unidade de tempo que vira energia cinética: P = rendimento × insolação × área. Energia cinética: E = ½ m v².
Como chegar na resposta
- Potência útil: 0,30 × 1 000 W/m² × 9,0 m² = 2 700 W.
- Velocidade final: 108 km/h = 30 m/s.
- Energia cinética: ½ × 200 × 30² = 90 000 J.
- Tempo = energia ÷ potência = 90 000 ÷ 2 700 ≈ 33 s.
Por que cada alternativa
- A1,0 s exigiria potência de 90 000 W, muito acima da fornecida pelo painel.
- B4,0 s exigiria cerca de 22 500 W, bem maior que os 2 700 W disponíveis.
- C10 s exigiria 9 000 W, ainda mais que a potência útil do painel.
- DCorreta: 90 000 J ÷ 2 700 W ≈ 33 s.
- E300 s resulta de usar a potência total incidente sem o rendimento, com erro de unidade.
Onde essa questão derruba a maioria
Esquecer o rendimento de 30% (usar 9 000 W) dá 10 s, e esquecer de converter 108 km/h para 30 m/s altera a energia.
O que estudar se você errou
Revise potência, rendimento, energia cinética e conversão de km/h em m/s.
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