UFSC 2018 — questão 25 de Física
Enunciado em texto
Para aumentar a luminosidade dentro do abrigo, Pedro resolve utilizar a Gravity Light (luz de gravidade, em tradução livre). Pedro leu no manual que a Gravity Light possui uma luz LED branca de potência 0,14 W e que, ao colocar 12,0 kg em um saco e erguê-lo no gancho para peso, ele irá começar a cair lentamente, preso pela faixa que está ligada a um gerador elétrico. Assim, a energia de movimento do saco caindo é transformada em energia para acender a luz LED por 25 minutos.
[Foto: o aparelho Gravity Light, uma caixa oval branca pendurada por um gancho no alto (“Gancho para pendurar”), com um botão giratório (“Ajuste de brilho”) e um “LED branco” na frente; por baixo passa uma “Faixa”, numa de cujas pontas fica um “Gancho para peso”, de cor laranja.]
Disponível em: <http://noticias.r7.com/tecnologia-e-ciencia/projeto-gera-luz-usando-apenas-gravidade-040620 15>. [Adaptado]. Acesso em: 20 jul. 2017.
Com base no exposto acima, é correto afirmar que:
(01) a cadeia de transformações de energia no sistema Gravity Light + Terra é: energia potencial ⇒ energia cinética ⇒ energia luminosa.
(02) como existem perdas de energia, a massa dentro do saco deve estar acima da altura de 1,75 m.
(04) a energia transformada pelo LED em 25 minutos é, aproximadamente, Wh.
(08) a potência desenvolvida por Pedro para erguer o saco a uma altura de 1,75 m é sempre igual à potência da lâmpada.
(16) se desconsiderarmos a resistência do ar, toda energia mecânica será convertida em energia elétrica.
(32) ao erguer o saco, Pedro não transforma nenhum tipo de energia para aumentar a energia potencial do saco.
(64) aumentando a potência da lâmpada, o brilho da luz será menor.
(Enunciado e figura: Vestibular UFSC 2018 — UFSC/COPERVE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Comissão Permanente do Vestibular (COPERVE).
Resolução comentada
O que a questão pede: fazer o balanço de energia da Gravity Light: o saco que desce alimenta o LED.
Passo 1 — a energia que o LED consome em 25 min:
Em watt-hora, com 25 min = 25/60 h:
Passo 2 — a altura mínima, sem perdas. A energia potencial do saco, com g = 10 m/s² (formulário da prova), teria de ser pelo menos esses 210 J:
(01) Falsa. Falta o elo principal: o saco faz girar um gerador, que produz energia elétrica, e é ela que o LED transforma em luz. A cadeia é potencial gravitacional → cinética (do gerador) → elétrica → luminosa (e térmica).
(02) Verdadeira. Sem perdas bastariam 1,75 m. Como parte da energia se perde (atritos, aquecimento do gerador e do LED), o saco precisa partir de uma altura maior para manter o LED aceso pelos 25 min.
(04) Verdadeira. Passo 1: cerca de 0,058 Wh Wh.
(08) Falsa. A potência de Pedro depende de quão depressa ele ergue o saco. Ele faz o trabalho de cerca de 210 J em poucos segundos, uma potência muito maior que os 0,14 W do LED, que gasta essa energia ao longo de 25 minutos.
(16) Falsa. Mesmo sem resistência do ar há atrito nas engrenagens e na faixa e aquecimento nos fios do gerador (efeito Joule): nem toda a energia mecânica vira elétrica.
(32) Falsa. Para erguer o saco, Pedro transforma energia química (dos alimentos, nos músculos) em energia mecânica, que fica armazenada como potencial gravitacional do saco.
(64) Verdadeira. Segundo a banca. A energia disponível vem toda do saco que desce, e o gerador entrega uma potência limitada por essa descida. Uma lâmpada de potência nominal maior, ligada ao mesmo aparelho, não recebe a potência de que precisa: funciona abaixo das suas condições nominais e brilha menos do que deveria.
Atenção: a frase admite outra leitura, mais direta. Se “aumentar a potência da lâmpada” significa que ela passa de fato a converter mais energia por segundo (por exemplo, girando o “ajuste de brilho” do aparelho, que faz o saco descer mais depressa), a luz emitida por segundo aumenta e o brilho fica maior, à custa de uma duração menor. Por essa leitura a (64) seria falsa e a soma, 06. O gabarito oficial considerou a (64) verdadeira, e é ele que publicamos.
⚠️ A armadilha: a (01). Ela parece completa porque começa e termina certo, mas pula a energia elétrica, que é o motivo de existir um gerador no aparelho.
A ideia em uma frase: o saco a 1,75 m guarda os 210 J que o LED de 0,14 W gasta em 25 minutos; com perdas, precisa de mais altura.
Resposta: soma 70 (02 + 04 + 64).
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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