Na parte final de um salto de paraquedas, com este já aberto, o paraquedista desce com velocidade constante. Durante essa parte da descida, a energi...

Alternativa (D) - diminui e a sua energia cinética permanece constante.

Introdução

A questão aborda os conceitos de energia cinética e energia potencial gravitacional em um cenário de movimento com velocidade constante, que é um estado de equilíbrio dinâmico. Compreender as transformações de energia nesse contexto é fundamental para a física da mecânica, especialmente ao considerar a presença de forças dissipativas como a resistência do ar.

Desenvolvimento

A energia mecânica de um corpo pode ser dividida em energia cinética e energia potencial.

1. Energia Cinética (EC): É a energia associada ao movimento de um corpo. Ela é calculada pela fórmula EC = ½ m v², onde 'm' é a massa do corpo e 'v' é a magnitude de sua velocidade. Se a velocidade de um corpo é constante, sua energia cinética também permanece constante.
2. Energia Potencial Gravitacional (EPG): É a energia associada à posição de um corpo em um campo gravitacional. Ela é calculada pela fórmula EPG = m g h, onde 'm' é a massa do corpo, 'g' é a aceleração da gravidade e 'h' é a altura do corpo em relação a um referencial. Se a altura do corpo diminui, sua energia potencial gravitacional também diminui, e vice-versa.

No cenário descrito, o paraquedista desce com velocidade constante. Isso implica que a força resultante sobre ele é zero, o que significa que a força de resistência do ar é igual em magnitude e oposta em direção à força peso.

• Como a velocidade (v) é constante e a massa (m) do paraquedista é constante, a energia cinética (EC = ½ m v²) do paraquedista permanece constante.
• Como o paraquedista está descendo, sua altura (h) em relação ao solo está diminuindo. Consequentemente, sua energia potencial gravitacional (EPG = m g h) está diminuindo.

Nesse processo, a energia potencial gravitacional que está sendo "perdida" não está sendo convertida em energia cinética (já que a EC é constante), mas sim sendo dissipada, principalmente, em calor e som devido ao trabalho realizado pela força de resistência do ar.

Análise

Vamos analisar cada alternativa com base nos princípios discutidos:

• (D) diminui e a sua energia cinética permanece constante.

  • Energia Potencial Gravitacional diminui: Correto, pois o paraquedista está descendo, o que significa que sua altura 'h' está diminuindo.
  • Energia Cinética permanece constante: Correto, pois a velocidade do paraquedista é constante.
  • Portanto, esta alternativa descreve corretamente a situação.

• (A) permanece constante e a sua energia cinética aumenta.

  • EPG permanece constante: Incorreto, a altura está diminuindo, então a EPG diminui.
  • EC aumenta: Incorreto, a velocidade é constante, então a EC também é constante.

• (B) aumenta e a sua energia cinética permanece constante.

  • EPG aumenta: Incorreto, a altura está diminuindo, então a EPG diminui.
  • EC permanece constante: Correto, mas a primeira parte torna a alternativa falsa.

• (C) aumenta e a sua energia cinética diminui.

  • EPG aumenta: Incorreto, a altura está diminuindo, então a EPG diminui.
  • EC diminui: Incorreto, a velocidade é constante, então a EC também é constante.

• (E) diminui e a sua energia cinética aumenta.

  • EPG diminui: Correto, pois a altura está diminuindo.
  • EC aumenta: Incorreto, a velocidade é constante, então a EC também é constante.

Conclusão

Quando um paraquedista desce com velocidade constante, sua altura em relação ao solo diminui, resultando em uma diminuição da energia potencial gravitacional. Ao mesmo tempo, sua velocidade constante implica que a energia cinética permanece inalterada. A energia potencial gravitacional "perdida" é dissipada pela resistência do ar, não sendo convertida em um aumento de energia cinética.

Alternativa (D).