Exercício 4.1 · Exame Nacional Física e Química A Época especial 2022

Uma das opções de mobilidade sustentável nas cidades passa pelo uso da bicicleta como meio de transporte.

Na Figura 3, que não está à escala, está representada uma ciclista que se desloca numa trajetória retilínea, numa ciclovia. A ciclovia tem um troço horizontal, entre A e B, e um troço de inclinação constante, entre B e C.

O conjunto, de massa $m$, constituído pela ciclista e pela sua bicicleta não motorizada pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

No planeamento das ciclovias, recomenda-se que sejam evitadas rampas com uma inclinação longitudinal superior a $5\%$. Admita que uma inclinação de $5\%$ significa que, por cada $100\text{ m}$ de pista inclinada percorrida, há um desnível de $5\text{ m}$ na vertical.

Com o objetivo de determinar a inclinação aproximada do troço entre B e C da ciclovia, foi realizada a seguinte experiência:

quando a ciclista passou na posição B, observou que o velocímetro da bicicleta marcava $30\text{ km h}^{-1}$;

quando iniciou a subida, na posição B, deixou de pedalar, percorrendo $40\text{ m}$ até parar na posição C.

Admita que, no trajeto de B a C, foi dissipada $30\%$ da energia mecânica do conjunto ciclista + bicicleta e que as forças dissipativas se mantiveram constantes ao longo de todo o percurso.

Considere o troço horizontal da ciclovia como nível de referência da energia potencial gravítica.

Considere a roda traseira da bicicleta como um sistema fechado.

No troço de A a B, a roda cedeu ao exterior $12\text{ J}$, como calor, tendo sido realizado sobre ela um trabalho de $22\text{ J}$.

Qual foi a variação da energia interna da roda?