ENEM 2019 · Ciências da Natureza · Física · energia
Questão 121 do ENEM 2019
Resposta: letra B. No disco de Maxwell, a energia potencial gravitacional se converte em energia cinética de rotação no ponto mais baixo; o disco tem 30 g, e o topo do disco no ponto mais baixo está a 2h/3 abaixo da barra superior, sendo h a altura da haste (410 mm).
Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação consistirá em duas etapas.
Etapa 1 – a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia cinética de rotação;
Etapa 2 – o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória, supondo o sistema conservativo.
Ao preparar a segunda etapa, ele considera a aceleração da gravidade igual a 10 ms–2 e a velocidade linear do centro de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular. Em seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de sua trajetória, obtendo da altura da haste do brinquedo. As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento ( C ), largura (L) e altura (A), assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo estudante no recorte de manual ilustrado a seguir.
O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:
- A4,10 × 10⁻²
- B8,20 × 10⁻²Resposta correta
- C1,23 × 10⁻¹
- D8,20 × 10⁴
- E1,23 × 10⁵
Como resolver a questão 121 passo a passo?
O conceito que resolve
Conservação da energia: no ponto mais baixo, toda a energia potencial perdida na descida vira energia cinética de rotação, E = m g Δh.
Como chegar na resposta
- A queda do disco é de 2h/3 (distância da barra superior até a posição mais baixa), com h = 410 mm = 0,41 m.
- Queda: 2 × 0,41 ÷ 3 ≈ 0,273 m.
- E = m g Δh = 0,030 kg × 10 m/s² × 0,273 m ≈ 0,082 J.
- O resultado é 8,20 × 10⁻² J.
Por que cada alternativa
- A4,10 × 10⁻² J resulta de usar a queda de h/3 (≈ 0,137 m), que não é a indicada na figura.
- BCorreta: E = 0,030 × 10 × (2 × 0,41/3) ≈ 8,20 × 10⁻² J.
- C1,23 × 10⁻¹ J resulta de usar a queda igual à altura total h (0,41 m).
- D8,20 × 10⁴ J resulta de usar milímetros e gramas sem conversão.
- E1,23 × 10⁵ J resulta de usar milímetros e gramas sem conversão.
Onde essa questão derruba a maioria
A figura mostra 2h/3 (e não h/3 nem h) como distância de queda, a partir da barra superior; ler errado esse valor muda o resultado.
O que estudar se você errou
Revise conservação de energia, energia potencial gravitacional e conversão de unidades (mm, g).
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