Questõesde CESMAC sobre Trabalho e Energia

Em um tratamento fisioterápico, uma lâmpada que emite radiação no infravermelho (IV) é utilizada para aquecer uma região do joelho de um paciente. A temperatura da região com massa de 100 g precisa ser elevada até 40,0 °C. Supondo uma lâmpada com potência de 200 W e eficiência de conversão para o IV de 1,00%, calcule quanto tempo de exposição ao IV será necessário para alcançar 40,0° C. Considere o calor específico da região do joelho como sendo 3500 J/kg.K e a temperatura do corpo no início do procedimento igual a 36,0°C.

Uma angioplastia coronariana é um procedimento que consiste na colocação de um “stent” para garantir o calibre adequado de um vaso sanguíneo. O “stent” é um pequeno dispositivo semelhante a uma mola, geralmente feito de uma liga de aço e cobalto. Considere que uma mola de aço de constante elástica 50 N/m seja distendida de 1,0 mm a partir do seu estado não distendido. Quais são a variação de energia potencial elástica (∆Ep) e o trabalho realizado pela força elástica (WF) nesse processo?

Uma patinadora de massa 45 kg desliza em linha reta sobre uma superfície horizontal. Em determinado ponto da sua trajetória, a patinadora apanha um pacote de massa 5,0 kg, inicialmente em repouso no chão, sem mudar a direção do seu movimento. Despreze o atrito dos patins com o solo e a resistência do ar, e considere que a quantidade de movimento (ou momento linear) total da patinadora e do pacote é constante ao longo da direção do movimento da patinadora. Se a velocidade da patinadora imediatamente antes de apanhar o pacote era de 2,0 m/s, qual é a sua velocidade imediatamente após apanhar o pacote?

Certa balança utilizada na preparação de remédios manipulados possui um pequeno prato metálico horizontal de massa m, colocado sobre uma mola ideal de constante elástica k. Quando a mola não está sendo contraída nem esticada, a sua energia potencial elástica é nula. Quando uma massa M de uma substância está sendo pesada, a energia potencial elástica da mola da balança vale:

Quando médicos da organização "Médicos Sem Fronteiras" trabalham em campo, em muitas ocasiões eles precisam improvisar dispositivos para poderem realizar suas atividades. Improvisando uma balança para a pesagem de bebês, um médico pendura uma mola de aço em um suporte de madeira. Ele, então, “calibra” a balança improvisada pendurando na mola um número crescente de pacotes de 1,00 kg de arroz, somando uma massa total M, e registra a deformação correspondente (△y) causada na mola. O gráfico abaixo mostra os resultados obtidos nas medições. Usando esta “balança” para pesar um bebê, a deformação observada na mola é △y = 2,00 cm. Supondo que a mola é ideal, calcule a massa deste bebê.

A função de um desfibrilador é tentar reverter um quadro de fibrilação do músculo cardíaco, a partir da aplicação de descargas elétricas na região do coração do paciente. Um desfibrilador é composto por um banco de capacitores que armazenam energia elétrica para a descarga. Suponha que seja necessária a liberação de 200 J de energia elétrica por um desfibrilador com capacitância de 25 µF, onde 1 µF = 10−6 F. Nesse caso, o desfibrilador deve ser alimentado por uma diferença de potencial igual a:

Um exercício fisioterápico consiste em levantar uma bola de massa M, inicialmente em repouso, até uma altura H, onde a bola entra novamente em repouso. Ao fazer isso, uma pessoa gasta uma energia E. Considere que sobre a bola agem apenas a sua força peso e a força exercida pela pessoa. Considere também que a energia gasta pela pessoa no exercício corresponde ao trabalho realizado pela força que ela exerce na bola. Se a massa da bola fosse 3M e altura fosse 2H, o gasto energético da pessoa nesse exercício seria de:

A terapia por feixe de elétrons é utilizada no tratamento de alguns tipos de câncer de pele. Nessa terapia, um feixe de elétrons atinge a pele, na região do tumor, com velocidade incidente de 1,0 × 107 m/s e pode penetrar no corpo até uma distância máxima de 2,0 cm. Supondo que os elétrons sofrem uma força resistiva constante devido aos tecidos biológicos, calcule o módulo da desaceleração mínima sofrida pelos elétrons que penetram no corpo.

Considerando a terapia por feixe de elétrons, as informações contidas na questão anterior e a massa do elétron igual a 9,0 × 10−31 kg, calcule o trabalho realizado pela força resultante sobre um elétron do feixe, desde o instante em que ele atinge a região do tumor até o instante em que ele para.  

Um bloco realiza um movimento retilíneo uniforme sobre uma superfície horizontal. Nesse contexto, pode-se afirmar que:

A figura a seguir mostra um pequeno bloco que foi lançado ao longo de uma superfície horizontal. No ponto X da figura, o bloco inicia a subida em um plano inclinado de θ = 30°. No ponto Y, o bloco atinge a altura máxima h = 1,25 m. Considere sen(30°) = 1/2, cos(30°) = √3 / 2 e a aceleração da gravidade g = 10 m/s2 . Desprezando todos os atritos, calcule o intervalo de tempo que o bloco gasta para ir de X até Y.