PUC-SP 2012 (inverno) — questão 19 de Física

Gabarito BEletrodinâmica — energia consumida por um laser ao longo da vida útilVestibular de Inverno · Prova objetiva
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 19 de Física do PUC-SP 2012 (inverno)

Enunciado em texto

A figura ilustra um laser de luz verde cujo comprimento de onda é de 532nm e de potência real de saída 50mW, e cujo alcance é superior a 3000m. Para seu funcionamento ele necessita de duas pilhas de 1,5V cada uma e é recomendado um ciclo de uso de 20s aceso e 10s apagado para esfriar o diodo. Possui uma vida útil estimada de 8000 horas (considerando o ciclo de uso recomendado pelo fabricante). Se um laser desses for utilizado obedecendo rigorosamente a todas as recomendações do fabricante, ao final de sua vida útil, terá consumido

[Foto: uma caneta laser emitindo um feixe verde.]

(A) 4×10−24 \times 10^{-2} kWh

(B) 4×10−14 \times 10^{-1} kWh

(C) 4×1004 \times 10^{0} kWh

(D) 4×1014 \times 10^{1} kWh

(E) 4×1024 \times 10^{2} kWh

(Enunciado e figura: Vestibular PUC-SP 2012 (Inverno) — PUC-SP.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP).

Resolução comentada

O que a questão pede: a energia gasta pelo laser em toda a sua vida útil.

Passo 1 — a leitura da vida útil. As 8 000 horas são o tempo de funcionamento (laser aceso) que o diodo aguenta, desde que se respeite o ciclo de 20 s aceso e 10 s apagado; o ciclo é a condição para o laser durar isso, e as pausas não gastam energia.

Passo 2 — a energia. E=P×tE = P \times t; com 50 mW = 0,050 W e o tempo em horas:

E=0,050 W×8 000 hE = 0{,}050\ \text{W} \times 8\,000\ \text{h}

E=400 Wh=4×10−1 kWhE = 400\ \text{Wh} = 4 \times 10^{-1}\ \text{kWh}

Atenção: o enunciado tem duas imprecisões. Primeiro, 50 mW é a potência de saída (luz); o consumo elétrico de um laser é maior, mas a questão não dá rendimento, então usa-se 50 mW. Segundo, se as 8 000 h incluíssem as pausas, o laser ficaria aceso 2/3 disso e o consumo seria cerca de 0,27 kWh, que não está nas alternativas. A única leitura que bate com uma alternativa é a de 8 000 h acesas.

⚠️ A armadilha: errar a conversão de mili para quilo. 50 mW = 0,050 W = 5×10−55 \times 10^{-5} kW; quem usa 0,5 W ou 5 W erra uma ou duas potências de dez e cai em (C) ou (D).

A ideia em uma frase: energia = potência × tempo; em kWh, potência em kW e tempo em horas.

Resposta: alternativa B (4×10−14 \times 10^{-1} kWh).

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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