UFU 2020-2 — questão 18 de Física

Gabarito AEnergia — rendimento de um motor: energia cinética e energia do combustívelProcesso Seletivo 2020-2 · 1ª fase · Prova Objetiva · Tipo 1
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 18 de Física do UFU 2020-2

Enunciado em texto

Um veículo de 1000 kg é submetido a um teste para estimar o percentual de energia do combustível que ele converte em energia de movimento. O veículo é acelerado a partir do repouso, em uma pista plana e horizontal, até atingir a velocidade de 30 m/s, enquanto se monitora o consumo de combustível, no caso álcool hidratado, cujo poder calorífero é de 20 MJ/L (1MJ = 1.000.000 J).

Considerando-se apenas a conversão de energia citada e sabendo-se que o consumo de combustível no teste foi de 50 mL, qual foi o rendimento do motor no referido teste?

A) 45%

B) 30%

C) 50%

D) 25%

(Enunciado: Processo Seletivo UFU 2020-2, 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).

Resolução comentada

O que a questão pede: que fração da energia do álcool queimado virou energia cinética do carro.

Passo 1 — energia útil. O carro parte do repouso e chega a 30 m/s numa pista horizontal (sem mudança de energia potencial). A energia útil é a cinética final:

Ec=mv22=1000⋅3022E_c = \frac{m v^2}{2} = \frac{1000 \cdot 30^2}{2}

Ec=450 000 J=0,45 MJE_c = 450\,000\ \text{J} = 0{,}45\ \text{MJ}

Passo 2 — energia fornecida pelo combustível. Foram gastos 50 mL = 0,050 L, e cada litro fornece 20 MJ:

Ecomb=0,050⋅20=1,0 MJE_{\text{comb}} = 0{,}050 \cdot 20 = 1{,}0\ \text{MJ}

Passo 3 — rendimento:

η=EcEcomb=0,451,0\eta = \frac{E_c}{E_{\text{comb}}} = \frac{0{,}45}{1{,}0}

η=0,45=45%\eta = 0{,}45 = 45\%

Conferindo: os outros 55% (0,55 MJ) saíram como calor no motor e no escapamento e como trabalho contra atritos e a resistência do ar. Um rendimento de 45% é alto para um carro real, mas é o que os números do teste dão.

⚠️ A armadilha: esquecer o 1/2 da energia cinética: daria 900 000 J e um rendimento de 90%, que nem está nas alternativas e já mostra que algo deu errado. Outro tropeço é converter mal os mililitros: 50 mL são 0,050 L, não 0,5 L.

A ideia em uma frase: rendimento é energia útil sobre energia fornecida: ½mv² dividido por (volume × poder calorífico).

Resposta: alternativa A (45%).

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.

Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.

Outras questões de Física do UFU 2020-2

Gabarito e resolução de todas as questões de Física do UFU 2020-2 →

Mais questões de Trabalho e energia, de todas as bancas, resolvidas passo a passo. Ver todos os assuntos →