PUC Minas 2023 (2º semestre, Medicina) — questão 37 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: a afirmação correta sobre o balanço de energia de um foguete lançado verticalmente, no sistema Terra-foguete.

Passo 1 — para onde vai a energia química. Ao queimar, o combustível libera energia química. No sistema Terra-foguete, parte dela vira energia cinética do foguete, parte vira energia potencial gravitacional (o foguete sobe) e parte se perde (calor, energia dos gases expelidos, atrito com o ar):

$$E_{\text{quím}} = \Delta E_c + \Delta E_p + E_{\text{perdas}}$$

Passo 2 — a relação entre cinética e potencial. Para a mesma energia química liberada, quanto menos energia ficar guardada como potencial gravitacional, mais sobra para a energia cinética. Nesse sentido, a conversão da energia química em cinética é tanto mais eficiente quanto menor for a parcela que vai para a energia potencial. É o que diz a alternativa A, que é a mais defensável.

Atenção: a redação da alternativa A é imprecisa (“conforme a energia potencial gravitacional diminui”), já que num lançamento vertical a energia potencial do foguete aumenta com a altura. A ideia física por trás é a do Passo 2: cinética e potencial disputam a mesma energia química. Por eliminação, as outras três afirmações estão claramente erradas.

Por que não as outras: (B) a energia potencial gravitacional não se anula a uma distância finita: com referência no infinito ela vale −GMm/r e só tende a zero quando r tende ao infinito; com referência na superfície, ela só cresce com a altura. (C) a conversão nunca é integral: parte da energia vira potencial e parte se perde em calor e nos gases expelidos. (D) com o mesmo combustível, a energia disponível é a mesma; mais massa significa menos velocidade (Ec = mv²/2 com a mesma energia, e ainda mais energia gasta para subir uma massa maior).

⚠️ A armadilha: marcar a D por achar que “mais massa, mais energia”. A energia vem do combustível, não da massa do foguete; com a mesma energia, o foguete mais pesado chega mais devagar.

A ideia em uma frase: a energia química do combustível se divide entre cinética, potencial e perdas: quanto menos fica como potencial, mais sobra para o movimento.

Resposta: alternativa A (a conversão em energia cinética é mais eficiente quanto menor a parcela de energia potencial).