Provão Paulista 2024 (1ª série, 2ª aplicação) — questão 30 de Física

Enunciado em texto
Localizada no município de Pedregulho, próximo à cidade de Franca, em São Paulo, a Usina Luiz Carlos Barreto de Carvalho possui seis comportas, cada uma com vazão de 920 m/s e altura de queda d’água igual a 20 m.
[Figura: fotografia da usina, com a represa, a barragem, o vertedouro com várias comportas e a subestação elétrica em primeiro plano.]
(https://www.furnas.com.br. Acesso em 02.10.2024)
Considere que a represa está com a capacidade máxima e que a vazão se mantém constante. Considerando g = 10 m/s e a densidade da água = 10 kg/m, a potência máxima transferida para as turbinas pela queda d’água proveniente da energia potencial gravitacional, no intervalo de 1 segundo, é de, aproximadamente,
(A) 1 300 MW.
(B) 740 MW.
(C) 1 100 MW.
(D) 550 MW.
(E) 920 MW.
(Enunciado e figura: Provão Paulista Seriado 2024, 2ª aplicação — SEDUC-SP/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Secretaria da Educação do Estado de São Paulo (SEDUC-SP) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: quanta energia potencial gravitacional a água que cai pelas seis comportas entrega por segundo, ou seja, a potência máxima.
Passo 1 — a massa de água que cai em 1 segundo. Cada comporta deixa passar 920 m³ por segundo. São seis comportas:
Cada metro cúbico de água tem 1 000 kg (densidade 10³ kg/m³):
Passo 2 — a energia potencial dessa água. Ao descer 20 m, ela perde a energia potencial gravitacional , que, no máximo, é toda transferida para as turbinas:
Passo 3 — a potência. Essa energia é entregue a cada 1 segundo:
(1 MW = 1 milhão de watts = 10⁶ W.)
⚠️ A armadilha: contar uma comporta só, ou o número errado de comportas. Cada comporta fornece cerca de 184 MW, e as outras alternativas são justamente múltiplos disso: 3 comportas dão cerca de 550 MW (D), 4 dão cerca de 740 MW (B), 5 dão 920 MW (E) e 7 dão cerca de 1 300 MW (A). São seis comportas: 6 × 184 ≈ 1 100 MW.
A ideia em uma frase: a potência da queda d’água é a energia potencial (m g h) da água que desce em cada segundo.
Resposta: alternativa C (cerca de 1 100 MW).
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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