Questão 121 — ENEM 2019 — Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Gabarito oficial com explicação por IA — fonte: INEP — Provas e Gabaritos ENEM 2019
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.
O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:
4,10 x 10^{ -2}−2
8,20 x 10^{-2 }−2
1,23 x 10^{ -1}−1
8,20 x 10^{4 }4
1,23 x 10^{ 5}5
Explicação por IA
O disco de Maxwell (ioiô) demonstra conservação de energia combinando translação e rotação. Quando solto de altura h, a gravitacional potencial (E_p = mgh) se converte em: energia cinética translacional (½mv²_centro_de_massa) e energia cinética rotacional (½Iω²). A aceleração downward é menor que g puro porque parte da energia vai para rotação, não apenas translação. No ponto mais baixo, toda energia gravitacional converteu-se em cinética. Se assumimos velocidade linear do centro de massa desprezível comparada ao efeito rotacional (caso especial onde o disco está descendo lentamente), então a maioria da energia está em rotação. A energia de rotação depende de momento de inércia I (que depende distribuição de massa) e velocidade angular ω. P…
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