Exame de Física e Química A 2026 · 1.ª fase — item 8.3, resolvido

O ponto de partida. A energia mecânica de um sistema é a soma da energia cinética com a energia potencial: aqui, $E_{\mathrm{m}}=E_{\mathrm{c}}+E_{\mathrm{pg}}=\frac{1}{2}m{v}^2+mgh$. Ela conserva-se quando as únicas forças que realizam trabalho são conservativas (como o peso); se forças não conservativas realizarem trabalho (o atrito, a resistência do ar), $W_{{\vec{F}}_{\mathrm{NC}}}=\Delta E_{\mathrm{m}}$ e a energia mecânica diminui. Verificar se há conservação é, portanto, medir a energia mecânica em dois instantes do movimento e compará-las. Num plano inclinado, os dois instantes mais cómodos são a partida (só energia potencial, se a esfera partir do repouso) e a chegada à base (só energia cinética, se a base for o nível de referência).

Agora olha para o material como para um quebra-cabeças: cada instrumento mede uma grandeza de que precisas. A balança dá a massa, $m$ (entra nas duas energias). A régua dá a altura, $h$ (para $E_{\mathrm{pg}}$). O sensor de velocidade dá $v$ num ponto (para $E_{\mathrm{c}}$). O enunciado obriga a usar todos, e os critérios exigem que digas que instrumento faz cada medição.

1.º — as medições (primeiro elemento)

• Com a balança, mede-se a massa da esfera.
• Escolhe-se um ponto de partida na rampa. Com a régua, mede-se a altura desse ponto em relação à base da rampa — a distância vertical, não o comprimento ao longo da rampa. A base da rampa fica a ser o nível de referência da energia potencial gravítica.
• Coloca-se o sensor de velocidade na base da rampa. Larga-se a esfera do ponto de partida — largar, sem a empurrar, para que parta do repouso —, e regista-se o módulo da velocidade com que chega à base.

«Considere apenas um ensaio» dispensa-te de repetir a medição e fazer médias: o procedimento é feito uma vez.

2.º — o tratamento de dados (segundo elemento)

Calculam-se as duas energias mecânicas do sistema esfera + Terra, explicando com que dados:

• inicial — no ponto de partida a esfera está em repouso ($E_{\mathrm{c}}=0$), e a energia mecânica é só potencial gravítica, calculada com a massa e a altura:

• final — na base da rampa, $h=0$ ($E_{\mathrm{pg}}=0$), e a energia mecânica é só cinética, calculada com a massa e o módulo da velocidade medido pelo sensor:

(Se o sensor estivesse noutro ponto da rampa, teria de se medir também a altura desse ponto e somar a sua energia potencial à cinética. Pô-lo na base simplifica as contas.)

3.º — a conclusão (terceiro elemento)

Compara-se $E_{\mathrm{m},\mathrm{i}}$ com $E_{\mathrm{m},\mathrm{f}}$:

• se forem iguais (dentro da incerteza experimental), a energia mecânica do sistema conserva-se;
• se $E_{\mathrm{m},\mathrm{f}}<E_{\mathrm{m},\mathrm{i}}$, a energia mecânica não se conserva: parte foi dissipada pelas forças não conservativas.

Repara que podias comparar $gh$ com $\frac{v^2}{2}$, porque a massa se cancela. Mas o enunciado manda usar todos os materiais — e a balança só tem uso se calculares as energias com a massa. Por isso o caminho esperado é o das energias.

como o item é corrigido (por níveis)

Os critérios procuram três elementos: (1) as três medições, cada uma com o seu instrumento; (2) como se calcula cada energia mecânica (com que grandezas); (3) a conclusão: se forem iguais, há conservação. Além do conteúdo, avaliam a articulação entre os elementos (um texto que liga as ideias, não uma lista solta) e a linguagem científica.

• nível 5 — $12$ pontos: os três elementos, com articulação e linguagem científica adequadas;
• nível 4 — $10$ pontos: os três elementos, com falhas de articulação e/ou de linguagem científica;
• nível 3 — $8$ pontos: só dois elementos, bem escritos; ou os três, bem escritos, mas sem dizer o instrumento de cada medição e/ou sem explicar como se calculam as energias;
• nível 2 — $6$ pontos: as mesmas duas situações do nível 3, mas com falhas de articulação e/ou de linguagem;
• nível 1 — $4$ pontos: só um dos dois primeiros elementos, com linguagem adequada; ou dois elementos sem instrumentos e/ou sem explicar as energias, bem escritos.

A consequência prática: nomear o instrumento de cada medição e dizer com que grandezas se calcula cada energia vale $4$ pontos — é a diferença entre o nível 5 e o nível 3, mesmo com tudo o resto certo.

onde se perdem pontos

• Não associar os instrumentos às medições. «Mede-se a massa, a altura e a velocidade» sem dizer com quê desce dois níveis. Escreve «com a balança», «com a régua», «com o sensor».
• Medir o comprimento da rampa em vez da altura. A energia potencial gravítica depende do desnível vertical. Usar o comprimento ao longo da rampa é um erro de conteúdo no primeiro elemento.
• Não dizer que a esfera parte do repouso. Sem isso, a energia mecânica inicial não é só $mgh$, e a velocidade inicial não foi medida (o sensor está na base).
• Não dizer como se calculam as energias. «Calcula-se a energia mecânica inicial e final» não chega: diz que a inicial se calcula com a massa e a altura, e a final com a massa e a velocidade.
• Esquecer a conclusão. Medir e calcular sem dizer o que significa a comparação deixa o terceiro elemento por apresentar.
• Escrever uma lista desligada. É um item de texto: as frases têm de se encadear («como a esfera parte do repouso…», «comparando…»). Falhas de articulação descem um nível.
• Confundir o sistema. A energia potencial gravítica é do sistema esfera + Terra; dizer «a energia da esfera» é tolerado nos critérios (está entre parênteses retos), mas a linguagem certa é a do sistema.

para reconhecer o próximo item deste tipo

Num item de «descreva um procedimento» com uma lista de material, faz primeiro a correspondência instrumento → grandeza → para que serve no cálculo, e escreve o texto em três blocos que espelham os critérios: o que se mede e com quê; o que se calcula e com que dados; o que se conclui e em que condição. Para a conservação da energia mecânica, o esqueleto é sempre: $E_{\mathrm{m}}$ num ponto, $E_{\mathrm{m}}$ noutro, iguais $\Rightarrow$ conserva-se.