Um carro em movimento uniforme está passando por uma rodovia quando começa a descer uma ladeira, na qual o motorista faz com que o carro se mantenha sempre com velocidade escalar constante. Durante a descida, o que ocorre com as energias potencial, cinética e mecânica do carro?

Alternativa E

Para responder a esta questão de física, precisamos analisar como cada forma de energia se comporta quando um objeto muda de altura mantendo sua velocidade constante. O enunciado traz três pontos cruciais para a análise: o carro está descendo, a velocidade é constante, e precisamos identificar o comportamento da energia mecânica, cinética e potencial.

Análise Conceitual

Vamos decompor o problema em termos de fórmulas físicas para entender o comportamento de cada energia:

1. Energia Cinética (E_c)
   A energia cinética depende da massa do corpo e da sua velocidade. A fórmula é dada por:
   E_c = \frac{1}{2}mv^2
   Como o enunciado afirma explicitamente que o motorista mantém a velocidade escalar constante, isso significa que v não muda. Consequentemente, a energia cinética também permanece constante.
2. Energia Potencial Gravitacional (E_p)
   A energia potencial gravitacional depende da altura do corpo em relação a um referencial. A fórmula é:
   E_p = mgh
   Onde h é a altura. Como o carro está descendo uma ladeira, o valor de h diminui progressivamente. Portanto, a energia potencial gravitacional diminui.
3. Energia Mecânica (E_m)
   A energia mecânica total é a soma da energia cinética com a energia potencial:
   E_m = E_c + E_p
   Se analisarmos os resultados anteriores:

• Um termo (E_c) permanece igual.
• O outro termo (E_p) diminui.

Logo, a soma total ($E_m$) necessariamente diminui. Isso ocorre porque há forças dissipativas (como atrito dos freios ou resistência do ar) atuando sobre o carro para impedir que ele acelere devido à gravidade, convertendo parte da energia mecânica em calor.

Avaliação das Alternativas

• a. Incorreta. Afirma que a energia cinética aumenta, o que contradiz a condição de velocidade constante.
• b. Incorreta. Há trabalho realizado pela força da gravidade (positivo) e pelas forças de atrito/frenagem (negativo). Além disso, dizer que não há trabalho realizado é fisicamente impreciso neste contexto.
• c. Incorreta. A energia mecânica só se conserva num sistema isolado sem forças dissipativas. Aqui, para manter a velocidade constante ao descer, é necessário frear, o que reduz a energia mecânica do sistema.
• d. Incorreta. A altura muda, logo a energia potencial não se mantém constante.
• e. Correta. Resume corretamente que a energia mecânica diminui porque a cinética é constante e a potencial cai.

Conclusão

A alternativa correta é a E, pois ela descreve fielmente o balanço energético: enquanto a posição vertical cai (reduzindo a potencial), a velocidade é travada (mantendo a cinética), resultando em uma perda líquida de energia mecânica do sistema.