FMJ 2020 — questão 54 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: quanta energia mecânica o galão perdeu (por atrito) entre o alto e o pé da canaleta.

Passo 1 — energia mecânica no alto (referência de altura no fim da canaleta). Ali o galão tem energia cinética (foi empurrado a 3,0 m/s) e energia potencial (está 2,0 m acima):

$$E_i = \frac{m\,v_i^2}{2} + m\,g\,h$$

$$E_i = \frac{20\cdot 3{,}0^2}{2} + 20\cdot 10\cdot 2{,}0$$

$$E_i = 90 + 400 = 490\ \text{J}$$

Passo 2 — energia mecânica no fim. Só cinética:

$$E_f = \frac{20\cdot 2{,}0^2}{2} = 40\ \text{J}$$

Passo 3 — a energia dissipada é o que faltou:

$$E_{\text{diss}} = 490 - 40 = 450\ \text{J}$$

Faz sentido? Sem atrito, o galão chegaria embaixo mais rápido do que saiu. Ele chegou mais devagar (2,0 m/s < 3,0 m/s), então o atrito levou não só toda a energia potencial perdida, mas ainda um pouco da cinética inicial: 400 J + 50 J = 450 J.

⚠️ A armadilha: esquecer a energia cinética do fim e responder só com a energia inicial, 490 J (alternativa D); ou considerar só a energia potencial, 400 J (alternativa C). A energia dissipada é a diferença entre a energia mecânica inicial e a final.

A ideia em uma frase: energia dissipada = energia mecânica inicial (cinética + potencial) − energia mecânica final.

Resposta: alternativa E (450 J).