A lei de conservação da energia se aplica
Escolha uma opção:
◯ a. sempre
◯ b. somente quando age unicamente a gravidade
◯ c. quando agem somente forças conservativas

Passo 1

O enunciado pede que se escolha qual das alternativas é correta sobre quando “a lei de conservação da energia se aplica”. As opções dadas são:
  • a. sempre
  • b. somente quando age unicamente a gravidade
  • c. quando agem somente forças conservativas
Não há outros dados numéricos; a tarefa é interpretar o enunciado e decidir qual alternativa é a correta.

Passo 2

Entendendo o que se quer dizer por “conservação da energia” neste tipo de questão (explicação básica).
  • Energia cinética: K é a energia associada ao movimento de um corpo.
  • Energia potencial: U é a energia associada à posição em um campo de forças conservativas (por exemplo, gravidade ou mola).
  • Energia mecânica: E_m é a soma da energia cinética e da energia potencial:
E_m = K + U.
Gosto de pensar assim: energia mecânica é a parte da energia que aparece como movimento e posição armazenada por forças que têm potencial.

Passo 3

A ferramenta-chave: teorema trabalho-energia (forma prática e usada em provas).
  • O teorema trabalho-energia diz que a variação da energia cinética é igual ao trabalho total realizado pelas forças:
\Delta K = W_{\text{tot}}.
  • Separe o trabalho total em contribuição de forças conservativas e não conservativas:
W_{\text{tot}} = W_{\text{cons}} + W_{\text{nc}}.
  • Para forças conservativas existe uma energia potencial U tal que o trabalho realizado por elas é -\Delta U:
W_{\text{cons}} = -\Delta U.
  • Substituindo na expressão do teorema:
\Delta K = -\Delta U + W_{\text{nc}}.
  • Reagrupando:
\Delta (K + U) = W_{\text{nc}}.
Isto é importante: a variação da energia mecânica é igual ao trabalho das forças não conservativas.

Passo 4

Interpretação direta da fórmula obtida.
  • Se não existem forças não conservativas agindo (ou seja, W_{\text{nc}} = 0), então
\Delta (K+U) = 0,
ou seja, a energia mecânica E_m = K+U é constante durante o processo. Em palavras: quando só agem forças conservativas, a energia mecânica se conserva.
  • Se houver forças não conservativas (por exemplo, atrito, resistência do ar, forças que geram aquecimento), então W_{\text{nc}}\neq 0 e a energia mecânica não se conserva: parte da energia mecânica é transformada em outras formas (calor, energia interna, etc.).

Passo 5

Analisando as alternativas:
  • a. “sempre” — incorreta se a interpretação for conservação da energia mecânica, porque forças não conservativas (como atrito) quebram a conservação da energia mecânica. Observação: a conservação da energia no sentido mais amplo (energia total do universo isolado) é um princípio universal, mas questões desse tipo normalmente perguntam sobre conservação da energia mecânica. Por isso “sempre” não é a opção correta no contexto usual de exercícios de mecânica.
  • b. “somente quando age unicamente a gravidade” — muito restritiva. A gravidade é um exemplo de força conservativa, mas não é a única. Conservação da energia mecânica vale para qualquer conjunto de forças que sejam todas conservativas (por exemplo, gravidade + força elástica de mola), não apenas para o caso exclusivo de gravidade.
  • c. “quando agem somente forças conservativas” — correta: isto é exatamente o resultado da fórmula \Delta (K+U) = W_{\text{nc}}. Se W_{\text{nc}}=0 (isto é, não existem forças não conservativas), então \Delta (K+U)=0 e a energia mecânica se conserva.

Passo 6

Exemplos rápidos para fixar (bem prático, como no exame):
  • Queda livre sem resistência do ar: só a gravidade (força conservativa) age → energia potencial cai enquanto a cinética aumenta de modo que K+U fica constante.
  • Carrinho deslizando com atrito: há força de atrito (não conservativa) que realiza trabalho negativo → W_{\text{nc}}<0 e a energia mecânica diminui (vai virar calor). Logo energia mecânica não se conserva.
  • Mola + gravidade, sem atrito: forças conservativas (mola e gravidade) → energia mecânica do sistema mola-corpo se conserva.

Resposta

c

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