ENEM 2017 · Ciências da Natureza
Questão 108 do ENEM 2017
Resposta: letra C. Uma criança pula em uma cama elástica; pede-se o esboço do gráfico da energia cinética em função da posição vertical, de hmin a hmáx, com h = 0 na posição de equilíbrio da lona.
O brinquedo pula-pula (cama elástica) é composto por uma lona circular flexível horizontal presa por molas à sua borda. As crianças brincam pulando sobre ela, alterando e alternando suas formas de energia. Ao pular verticalmente, desprezando o atrito com o ar e os movimentos de rotação do corpo enquanto salta, uma criança realiza um movimento periódico vertical em torno da posição de equilíbrio da lona (h = 0), passando pelos pontos de máxima e de mínima alturas, hmáx e hmin, respectivamente.
Esquematicamente, o esboço do gráfico da energia cinética da criança em função de sua posição vertical na situação descrita é:
- A
- B
- C
Resposta correta - D
- E
Como resolver a questão 108 passo a passo?
O conceito que resolve
Pela conservação da energia mecânica, a energia cinética é a energia total menos as potenciais. No ar, só há energia potencial gravitacional (Ec varia linearmente com h); sobre a lona, soma-se a energia elástica, que varia com o quadrado da deformação.
Como chegar na resposta
- Acima de h = 0, a criança está no ar, sem atrito: Ec = Ec(0) − m g h, uma reta decrescente até Ec = 0 em hmáx.
- Abaixo de h = 0, a lona é deformada: a energia elástica cresce com o quadrado da deformação, e a energia cinética diminui de forma parabólica até zero em hmín.
- A energia cinética é máxima em h = 0 (próximo ao equilíbrio) e nula nos pontos extremos.
- O gráfico com trecho curvo (parábola) à esquerda de h = 0 e trecho reto decrescente à direita é o da alternativa C.
Por que cada alternativa
- AMostra Ec nula em h = 0, que é justamente onde a energia cinética é máxima.
- BMostra reta também abaixo de h = 0, mas a energia elástica da lona deixa esse trecho curvo.
- CCorreta: parábola abaixo de h = 0 e reta decrescente acima, com máximo em h = 0.
- DMostra um patamar e queda em curva acima de h = 0, mas no ar Ec varia linearmente com h.
- EMostra Ec mínima em h = 0 e crescente com |h|, o inverso do que ocorre.
Onde essa questão derruba a maioria
Esquecer que a lona se comporta como mola: abaixo de h = 0 a variação não é linear.
O que estudar se você errou
Revise conservação da energia mecânica, energia potencial elástica e gráficos de Ec.