Ciências da Natureza e suas Tecnologias Question #019e5c04
Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do Sol em energia elétrica que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challenge de 2009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h.
Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de 1 000 W/m², que o carro solar possua massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m² e rendimento de 30%.
Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h é um valor mais próximo de
1,0 s.
4,0 s.
10 s.
33 s.
300 s.
Official Explanation / Community Explanations
A resposta correta é 33 s. Primeiro, calculamos a potência elétrica gerada pelo painel: Pel=insolac¸a˜o×aˊrea×rendimento=1000W/m2×9,0m2×0,30=2700W. Essa potência é convertida em energia cinética do carro. A energia cinética necessária para atingir 108km/h (que equivale a 30m/s, pois 108÷3,6=30) é Ec=21mv2=21×200×302=90000J. Como P=tE, temos t=PE=270090000≈33,3s, arredondando para 33 s.
A alternativa de 1,0 s está incorreta porque subestima o tempo necessário, ignorando a potência limitada do painel. A alternativa de 4,0 s também é muito baixa, pois não considera a energia necessária para acelerar uma massa de 200 kg a 30 m/s. A alternativa de 10 s ainda é insuficiente, pois o cálculo correto mostra que o tempo é maior. A alternativa de 300 s superestima o tempo, pois a potência de 2700 W é suficiente para acelerar o carro em cerca de 33 segundos.