Ano 2019#ciencias-natureza

Sobre o tema

O princípio da conservação da energia é fundamental na física e pode ser aplicado a diversos fenômenos, incluindo o movimento de objetos em rotação e translação. O disco de Maxwell, também conhecido como ioiô, é um brinquedo que ilustra essa conservação, convertendo energia potencial gravitacional em energia cinética de translação e rotação. Neste contexto, calcular a energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória envolve compreender as relações entre essas formas de energia e aplicar conceitos físicos como a conservação da energia mecânica.

Tópicos relacionados

  • Princípio da Conservação da Energia
  • Energia Cinética de Rotação
  • Energia Potencial Gravitacional
  • Movimento Circular e Rotação

Enunciado

Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação consistirá em duas etapas.

Etapa 1 – a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia cinética de rotação;

Etapa 2 – o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória, supondo o sistema conservativo.

Ao preparar a segunda etapa, ele considera a aceleração da gravidade igual a 10 ms–2 e a velocidade linear do centro de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular. Em seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de sua trajetória, obtendo da altura da haste do brinquedo. As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento ( C ), largura (L) e altura (A), assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo estudante no recorte de manual ilustrado a seguir.

![](https://enem.dev/2019/questions/121/f45d3a71-7bfd-4721-9c1b-9acce7be5740.png)

O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:

Alternativas

  • A)

    4,10 x 10^{ -2}​−2​​

  • B)

    8,20 x 10^{-2 }​−2​​

  • C)

    1,23 x 10^{ -1}​−1​​

  • D)

    8,20 x 10^{4 }​4​​

  • E)

    1,23 x 10^{ 5}​5​​

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Perguntas frequentes

O que é o princípio da conservação da energia?

O princípio da conservação da energia afirma que a energia total de um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo, podendo ser convertida de uma forma para outra, mas nunca criada ou destruída.

Como a energia potencial gravitacional se relaciona com a energia cinética?

A energia potencial gravitacional pode ser convertida em energia cinética à medida que um objeto cai. A soma dessas energias permanece constante em um sistema conservativo.

Qual é a importância do momento de inércia na rotação de objetos?

O momento de inércia é crucial para determinar a resistência de um objeto à mudança em sua rotação. Ele depende da massa do objeto e de como ela está distribuída em relação ao eixo de rotação.

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