Correlacione as colunas.
Variação de energia potencial
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
Passo 1
O enunciado pede para correlacionar a expressão/descrição “Variação de energia potencial” com uma das opções dadas (A até J). As opções disponíveis são:
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
Objetivo deste exercício: escolher qual dessas opções representa corretamente a “Variação de energia potencial”.
Passo 2
O que é “energia potencial” em termos gerais — uma explicação didática e direta:
- Energia potencial é a energia que um objeto possui devido à sua posição em um campo de forças (por exemplo, campo gravitacional), ou devido à sua configuração interna.
- No caso mais comum em problemas introdutórios (campo gravitacional uniforme perto da superfície da Terra), a energia potencial gravitacional depende da massa do objeto, da aceleração da gravidade e da altura vertical do objeto.
Passo 3
A fórmula da variação de energia potencial gravitacional próxima da superfície da Terra — derivação e significado das variáveis:
- Considere um objeto de massa
deslocando-se verticalmente de uma altura para uma altura num campo gravitacional uniforme com aceleração . - A força peso é
. Para deslocamento vertical , o trabalho realizado pela força peso é (note a ordem das alturas). - A variação da energia potencial gravitacional do objeto é o negativo do trabalho realizado pela força peso:
. Substituindo, obtemos
- Explicando as variáveis:
-
é a massa do corpo (em quilogramas, ); -
é a aceleração da gravidade (em ), frequentemente aproximada por na superfície terrestre; -
é a posição vertical inicial (em metros, ); -
é a posição vertical final (em metros, ); -
é a variação da energia potencial (em joules, ).
-
Passo 4
Interpretação física da fórmula
:
- Se
(subiu), então : a energia potencial aumentou — foi necessário realizar trabalho contra a gravidade. - Se
(desceu), então : a energia potencial diminuiu — a gravidade realizou trabalho sobre o corpo. - Unidades:
em , em e em produzem , que é a unidade de energia.
Passo 5
Comparação rápida com as demais opções para evitar confusões:
- A descreve uma definição comum de trabalho (não de variação de energia potencial).
- C é a definição de calor (transferência por diferença de temperatura).
- H é a variação de energia cinética (forma por massa unitária ou quando massa está implícita), não potencial.
- I é uma forma da primeira lei da termodinâmica escrita com sinais específicos (
), não é a expressão para energia potencial. - J mistura termos de energia (energia cinética, potencial e interna), ou seja é uma expressão do balanço energético total, não apenas da variação de energia potencial.
Portanto, a opção que corresponde exatamente à variação de energia potencial é a que apresenta a expressão matemática correta.
Passo 6
Confirmação final e resposta única solicitada:
- A expressão que representa “Variação de energia potencial” é
, que corresponde à opção marcada pela letra G.
Resposta
G