Ano 2017#ciencias-humanas

Sobre o tema

A análise da energia cinética de uma criança em movimento sobre uma cama elástica revela princípios fundamentais da física clássica, em especial a conservação de energia mecânica e o comportamento de sistemas oscilatórios. Quando a criança pula verticalmente, a energia potencial elástica da lona se converte em energia cinética à medida que a criança desce, e vice‑versa quando sobe. Este cenário, desprovido de atrito e rotação, exemplifica um movimento harmônico simples, onde a posição de equilíbrio (h = 0) coincide com o ponto de máxima velocidade. Entender essa relação permite interpretar gráficos de energia cinética versus altura e identificar os pontos críticos de um sistema oscilatório.

Tópicos relacionados

  • Conservação de energia mecânica
  • Movimento harmônico simples
  • Potencial elástico
  • Energia cinética em oscilação
  • Gráficos energia‑posição

Enunciado

O brinquedo pula-pula (cama elástica) é composto por uma lona circular flexível horizontal presa por molas à sua borda. As crianças brincam pulando sobre ela, alterando e alternando suas formas de energia. Ao pular verticalmente, desprezando o atrito com o ar e os movimentos de rotação do corpo enquanto salta, uma criança realiza um movimento periódico vertical em torno da posição de equilíbrio da lona (h = 0), passando pelos pontos de máxima e de mínima alturas, hmáx e hmin, respectivamente.

Esquematicamente, o esboço do gráfico da energia cinética da criança em função de sua posição vertical na situação descrita é:

Alternativas

  • A)
  • B)
  • C)
  • D)
  • E)
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Perguntas frequentes

Qual a relação entre energia potencial e energia cinética em um pulo vertical?

A energia potencial elástica atinge o máximo nos pontos extremos, enquanto a energia cinética atinge o máximo no ponto de equilíbrio, onde a velocidade é maior.

Por que a energia cinética é zero nos pontos de máxima e mínima altura?

Nesse instante a velocidade da criança é zero, portanto a energia cinética, que depende do quadrado da velocidade, também se anula.

Como a conservação de energia explica a forma do gráfico de energia cinética?

A soma da energia cinética e potencial permanece constante; quando uma sobe, a outra desce, resultando em um gráfico simétrico com picos no equilíbrio e vales nos extremos.

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