Motores, geradores e carros elétricos: energia e rendimento

Física, 1ª série: Motores, geradores e carros elétricos: energia e rendimento

1. Motores elétricos e geradores elétricos têm construção muito parecida: ambos possuem bobinas e ímãs. A diferença está no sentido da transformação de energia. É correto afirmar que

   1. ao gerador cria energia elétrica, enquanto o motor apenas transmite a energia que recebe, sem transformá-la.
   2. bo motor e o gerador transformam energia térmica em energia elétrica, mas com rendimentos diferentes.
   3. co motor transforma energia elétrica em energia mecânica, e o gerador transforma energia mecânica em energia elétrica.
   4. do motor transforma energia elétrica integralmente em energia mecânica, sem perdas, ao contrário do gerador.
   5. eo motor transforma energia mecânica em energia elétrica, e o gerador transforma energia elétrica em energia térmica.

2. O motor de um elevador ergue a cabine com passageiros, de massa total 600 kg, a uma altura de 15 m em 10 s, com velocidade constante. O rendimento do conjunto motor e polias é de 75% (g = 10 m/s²). A potência elétrica que o motor recebe da rede é

   1. a90 kW
   2. b6,8 kW
   3. c12 kW
   4. d1,2 kW
   5. e9,0 kW

3. Carros elétricos e híbridos usam a frenagem regenerativa: ao frear, o motor passa a funcionar como gerador e devolve energia à bateria. Um carro de 1 500 kg, a 20 m/s, freia até parar, e o sistema recupera 60% da energia cinética. Sabendo que 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J, a energia devolvida à bateria é

   1. a1,8 · 10⁵ J, cerca de 0,050 kWh
   2. b1,8 · 10⁵ J, cerca de 180 kWh
   3. c1,8 · 10⁴ J, cerca de 0,0050 kWh
   4. d9,0 · 10³ J, cerca de 0,0025 kWh
   5. e3,0 · 10⁵ J, cerca de 0,083 kWh

4. A bateria de um carro elétrico tem capacidade de 40 kWh. O motorista quer carregá-la de 20% até 80% em um carregador doméstico de 7,2 kW. Considerando que 90% da energia fornecida pelo carregador é efetivamente armazenada, o tempo de carga é de aproximadamente

   1. a5 h 30 min
   2. b2 h 50 min
   3. c3 h 40 min
   4. d3 h 20 min
   5. e4 h 30 min

5. Uma lanterna de emergência tem um pequeno gerador acionado por manivela. Girando a manivela durante 1 minuto, armazena-se energia suficiente para manter acesa por 6 minutos uma lâmpada LED de 0,50 W. Desprezando as perdas, a potência média que a pessoa fornece ao girar a manivela é

   1. a30 W
   2. b0,083 W
   3. c0,50 W
   4. d180 W
   5. e3,0 W

6. No sistema de freios ABS, sensores medem continuamente a rotação de cada roda. Quando a central eletrônica percebe que uma roda está prestes a travar, ela alivia por instantes a pressão do freio nessa roda, várias vezes por segundo. Do ponto de vista da física, a principal vantagem desse sistema automatizado é

   1. aeliminar completamente o atrito entre os pneus e o asfalto durante a frenagem, o que sempre faz o carro parar em uma distância muito menor.
   2. btransformar a energia cinética do carro em energia elétrica, armazenada em uma bateria.
   3. caumentar a massa do carro durante a frenagem, o que aumenta a força de atrito disponível.
   4. dmanter os pneus rolando sem deslizar, aproveitando o atrito estático, que é maior que o cinético, e preservando o controle da direção.
   5. epermitir que as rodas fiquem travadas por mais tempo, o que aumenta a força de atrito cinético.

7. Um shopping instalou em suas escadas rolantes sensores de presença: quando não há usuários, o motor passa a funcionar em modo econômico. O fabricante informa que o motor consome 7,5 kW em operação normal e 2,0 kW no modo econômico. Se cada escada fica vazia, em média, 10 horas por dia, a economia mensal de energia de uma escada, em 30 dias, é de

   1. a2 250 kWh
   2. b55 kWh
   3. c1 650 kWh
   4. d165 kWh
   5. e600 kWh

8. Ao bater uma massa muito dura, o eixo de um liquidificador ligado ficou travado. Depois de alguns segundos, sentiu-se cheiro de queimado vindo do motor. A explicação para o aquecimento do motor é que

   1. ao motor passa a funcionar como gerador e devolve energia à rede elétrica, o que aquece a tomada e os fios.
   2. ba potência do motor diminui quando o eixo trava, e potência menor sempre significa mais aquecimento.
   3. ca energia mecânica da massa é transferida para o motor, que a armazena como energia potencial elétrica.
   4. da energia elétrica continua sendo recebida, mas, sem o eixo girar, deixa de virar energia mecânica e é quase toda dissipada como calor nos fios do motor.
   5. eo motor deixa de receber energia elétrica quando o eixo para, e o calor que se percebe vem apenas do atrito da massa dura com as paredes e as lâminas do copo.

9. Em um carro elétrico, o mesmo motor que move as rodas pode funcionar como gerador durante as frenagens, convertendo parte da energia cinética do carro em energia elétrica.

   (   ) Verdadeiro   (   ) Falso

10. Os elevadores dos prédios usam um contrapeso preso à outra ponta do cabo, como mostra a figura. Considere uma cabine de 800 kg com 300 kg de passageiros e um contrapeso de 1 000 kg (g = 10 m/s²). Despreze atritos e a massa do cabo.

    

    a) Calcule a energia que o motor precisa fornecer para subir a cabine 30 m, com velocidade constante, com e sem o contrapeso.

    b) Explique por que o uso do contrapeso economiza energia e reduz a potência necessária do motor.

    c) Em que situação o motor praticamente não precisaria fornecer energia para mover a cabine?

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