Teoria
O ENEM cobra pouca física "pura". O padrão é: um contexto do dia a dia (conta de luz, queda de um objeto, usina) e uma conta simples de energia.
TRABALHO DE UMA FORÇA
Trabalho é a energia transferida por uma força ao longo de um deslocamento.
W = F × d × cos(θ)
Quando a força tem a mesma direção e sentido do deslocamento, cos(0°) = 1, e a fórmula vira simplesmente W = F × d. É esse o caso na maioria das questões.
Unidade: joule (J). 1 J = 1 N × 1 m.
Atenção: se a força é perpendicular ao deslocamento, cos(90°) = 0 e o trabalho é ZERO. Por isso a força normal e a força peso não realizam trabalho num deslocamento horizontal.
ENERGIA MECÂNICA
Duas formas principais:
Energia cinética: Ec = (m × v²) / 2
Energia potencial gravitacional: Epg = m × g × h
No ENEM, g = 10 m/s² quase sempre.
CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA
Na ausência de atrito e resistência do ar, a energia mecânica total se conserva:
Ec(inicial) + Ep(inicial) = Ec(final) + Ep(final)
O caso clássico: um corpo largado de uma altura h. No alto, toda a energia é potencial; ao chegar ao chão, toda ela virou cinética. Então:
m × g × h = (m × v²) / 2
Repare que a massa se cancela — a velocidade de chegada não depende da massa. Esse é o resultado que costuma surpreender o candidato.
POTÊNCIA E A CONTA DE LUZ
Potência é a rapidez com que a energia é transferida:
P = E / Δt (unidade: watt, W)
A conta de luz é o assunto favorito da prova. A companhia elétrica cobra por QUILOWATT-HORA (kWh), que é uma unidade de ENERGIA, não de potência:
Energia (kWh) = Potência (kW) × tempo (h)
Roteiro para não errar:
1) Converta a potência de watts para quilowatts, dividindo por 1000.
2) Converta o tempo para horas.
3) Multiplique.
4) Multiplique pelo número de dias, se a questão pedir o mês.
5) Só então multiplique pela tarifa, se pedirem o valor em reais.
O erro campeão é esquecer de converter minutos em horas.
WATT E QUILOWATT-HORA NÃO SÃO A MESMA COISA
Esta confusão derruba muita questão, e vale separar de uma vez:
WATT (W) → POTÊNCIA: o quanto o aparelho consome POR SEGUNDO
QUILOWATT-HORA → ENERGIA: o quanto ele consumiu AO LONGO do tempo
Um chuveiro de 5500 W é potente, mas se ficar ligado 5 minutos consome pouca energia. Uma geladeira de 150 W é fraca, mas fica ligada 24 horas por dia. É por isso que aparelhos de baixa potência podem pesar mais na conta que os de alta.
O que a companhia elétrica cobra é ENERGIA, em kWh — nunca potência.
RENDIMENTO
Nenhuma máquina aproveita 100% da energia que recebe. Parte sempre se dissipa, quase sempre como calor:
rendimento = energia útil ÷ energia total (em porcentagem)
Uma lâmpada incandescente tem rendimento de cerca de 5%: quase toda a eletricidade vira calor, e só uma fração vira luz. O LED chega perto de 40%, e é essa diferença que explica a troca em massa de lâmpadas — mesma luz, muito menos energia.
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
A energia não é criada nem destruída, apenas transformada. É a leitura que a prova pede nos contextos de usina:
hidrelétrica → potencial gravitacional da água → cinética → elétrica
termelétrica → química do combustível → térmica → cinética → elétrica
fotovoltaica → luminosa → elétrica
corpo humano → química do alimento → mecânica e térmica
OS ERROS QUE MAIS CUSTAM PONTO
- somar potências e responder em kWh, sem multiplicar pelo tempo;
- esquecer de converter minutos em horas, ou watts em quilowatts;
- responder o consumo de UM dia quando a pergunta pediu o mês;
- achar que o corpo mais pesado chega ao chão com mais velocidade — a massa se cancela na conservação de energia;
- calcular trabalho de força perpendicular ao deslocamento, que é sempre zero.