FUVEST 2007 — questão 12 de Física

Enunciado em texto
Observação: Nas questões em que for necessário, adote para g, aceleração da gravidade na superfície da Terra, o valor de ; para a massa específica (densidade) da água, o valor de ; para o calor específico da água, o valor de ; para uma caloria, o valor de 4 joules.
Em um terminal de cargas, uma esteira rolante é utilizada para transportar caixas iguais, de massa M = 80 kg, com centros igualmente espaçados de 1 m. Quando a velocidade da esteira é 1,5 m/s, a potência dos motores para mantê-la em movimento é . Em um trecho de seu percurso, é necessário planejar uma inclinação para que a esteira eleve a carga a uma altura de 5 m, como indicado. Para acrescentar essa rampa e manter a velocidade da esteira, os motores devem passar a fornecer uma potência adicional aproximada de
[Figura: em cima, esteira horizontal com caixas iguais, de centros separados por 1 m, movendo-se com V = 1,5 m/s para a direita. Embaixo, a esteira com um trecho em rampa que sobe a carga de um nível a outro, H = 5 m mais alto; uma seta indica g para baixo.]
a) 1200 W
b) 2600 W
c) 3000 W
d) 4000 W
e) 6000 W
(Enunciado e figura: Vestibular FUVEST 2007, 1ª fase, prova V — Fuvest/USP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à FUVEST.
Resolução comentada
O que a questão pede: quanta potência a mais os motores precisam para subir as caixas 5 m sem mudar a velocidade da esteira.
Passo 1 — de onde vem a potência extra. A velocidade não muda, então não há ganho de energia cinética. O que a rampa acrescenta é energia potencial: cada caixa que passa por ela sobe 5 m. A potência adicional é essa energia por segundo.
Passo 2 — energia por caixa:
Passo 3 — caixas por segundo. A esteira anda 1,5 m por segundo e há uma caixa a cada metro: passam 1,5 caixas por segundo pela rampa.
Passo 4 — a potência:
Conferindo por forças: se a rampa tem comprimento L (em metros), há L caixas sobre ela, cada uma pedindo uma força ao longo da esteira. A força total é N, e a potência é força × velocidade: W. Repare que o comprimento da rampa não importa.
⚠️ A armadilha: parar no Passo 2 e marcar 4000 W (alternativa D). 4000 J é a energia de uma caixa; potência é energia por segundo, e passam 1,5 caixas por segundo.
A ideia em uma frase: potência extra = (energia potencial de cada caixa) × (caixas que sobem por segundo).
Resposta: alternativa E (6000 W).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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