Questão 55, caderno branco do ENEM 2011 PPL

A figura respresenta o processo mais usado nas hidrelétricas para obtenção de energia elétrica no Brasil.
As transformações de energia nas posições I→II e II→III da figura são, respectivamente:

A) energia cinética → energia elétrica e energia potencial → energia cinética.

B) energia cinética → energia potencial e energia cinética → energia elétrica.

C) energia potencial → energia cinética e energia cinética → energia elétrica.

D) energia potencial → energia elétrica e energia potencial → energia cinética.

E) energia potencial → energia elétrica e energia cinética → energia elétrica.

Resolução em Texto

📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Física (Energia: Potencial Gravitacional, Cinética, Elétrica; Conservação e Transformação de Energia)
Interpretação de Esquemas e Diagramas

🎯 Tema/Objetivo Geral: Análise das transformações de energia que ocorrem em uma usina hidrelétrica.

📊 Nível da Questão: Fácil.

Por quê? A questão aborda um dos exemplos mais clássicos de transformação de energia ensinados em física. O processo de conversão de energia potencial da água represada em energia cinética da água em movimento e, subsequentemente, em energia elétrica pela turbina/gerador é um conceito fundamental.

✅ Gabarito: Alternativa C.

Resumo: Na posição I, a água está parada e em uma altura elevada no reservatório, possuindo principalmente energia potencial gravitacional. Ao passar pelo duto (posição II), ela ganha velocidade, transformando a energia potencial em energia cinética. Na posição III, a água em movimento gira a turbina, que aciona o gerador, transformando a energia cinética (do movimento da água e da turbina) em energia elétrica.

Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

Transcrição Essencial 📌
“As transformações de energia nas posições I→II e II→III da figura são, respectivamente,…”

O que está sendo pedido?
A questão pede para identificarmos a sequência de transformações de energia que acontece em dois trechos específicos do processo de uma usina hidrelétrica:

De I para II: Da água parada no reservatório até a água em movimento no duto.
De II para III: Da água em movimento no duto até a geração de eletricidade na usina.

Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é analisar cada etapa do esquema e nomear o tipo de energia predominante ou o tipo de transformação que está ocorrendo em cada ponto.

🧠 Pense na energia em cada etapa:

Etapa I: A água está ALTA e PARADA. Que tipo de energia está associada à altura?
Etapa II: A água está DESCENDO e em MOVIMENTO. Que tipo de energia está associada ao movimento?
Etapa III: A turbina GIRA e o gerador PRODUZ ELETRICIDADE. Qual o produto final?

Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdo Necessários

Definição de Termos 🔖

Energia Potencial Gravitacional: É a energia que um corpo possui devido à sua posição (altura) em um campo gravitacional. Quanto mais alto o corpo, mais energia potencial ele tem armazenada. E_potencial = m . g . h.
Energia Cinética: É a energia associada ao movimento de um corpo. Quanto maior a velocidade do corpo, mais energia cinética ele tem. E_cinética = (m . v²) / 2.
Energia Elétrica: É a energia associada ao movimento de cargas elétricas (corrente elétrica).
O Processo na Hidrelétrica:
1. Reservatório (I): A água é represada a uma grande altura. Sua energia é predominantemente POTENCIAL GRAVITACIONAL.
2. Duto (II): A água despenca pelo duto. À medida que sua altura diminui, a energia potencial é convertida em energia de movimento, ou seja, em ENERGIA CINÉTICA.
3. Turbina/Gerador (III): O jato de água em alta velocidade (com alta energia cinética) atinge as pás da turbina, fazendo-a girar. A turbina está conectada a um gerador, que é um dispositivo que converte energia de rotação (mecânica/cinética) em ENERGIA ELÉTRICA através da indução eletromagnética.

Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

Contextualização Simplificada 💬
A questão nos pede para contar a “história da energia” na hidrelétrica:

História 1 (I → II): A energia começa “guardada” na altura da água (Potencial). Quando a água desce pelo cano, essa energia guardada se transforma em energia de “corrida” (Cinética).
História 2 (II → III): A energia de “corrida” da água (Cinética) empurra uma roda gigante (a turbina), que faz girar um motor (o gerador), e esse movimento é transformado em “luz e força” (Elétrica).

Nossa tarefa é encontrar a alternativa que conte essas duas historinhas na ordem certa.

Estratégia Geral 🗺️

Identificar a transformação de energia na primeira etapa (I → II).
Identificar a transformação de energia na segunda etapa (II → III).
Juntar as duas transformações e encontrar o par correspondente nas alternativas.

Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio

Passo a Passo Detalhado 👣

1. Análise da Transformação I → II:

Em I, a água está no reservatório, em uma posição elevada e com velocidade praticamente nula. A forma de energia predominante é a Energia Potencial Gravitacional.
Em II, a água está fluindo com alta velocidade pelo duto, em uma posição mais baixa. A energia potencial foi convertida em Energia Cinética.
Portanto, a transformação é: Energia Potencial → Energia Cinética.

2. Análise da Transformação II → III:

Em II, a energia está na forma de Energia Cinética da água em movimento.
Em III, essa energia cinética é usada para girar a turbina e o gerador. O gerador, por sua vez, realiza o processo de conversão final para Energia Elétrica.
Portanto, a transformação é: Energia Cinética → Energia Elétrica.

3. Síntese dos Processos:

Primeira etapa: Potencial → Cinética
Segunda etapa: Cinética → Elétrica

Procuramos a alternativa que apresente exatamente essa sequência.

Passo 5: Análise das Alternativas

🔴 A) energia cinética → energia elétrica e energia potencial → energia cinética.
Incorreta. Inverte a ordem das duas transformações.

🔴 B) energia cinética → energia potencial e energia cinética → energia elétrica.
Incorreta. A primeira transformação está errada (a energia potencial se transforma em cinética, não o contrário).

🟢 C) energia potencial → energia cinética e energia cinética → energia elétrica.
Correta. Descreve com precisão as duas etapas de conversão de energia na usina hidrelétrica.

🔴 D) energia potencial → energia elétrica e energia potencial → energia cinética.
Incorreta. A primeira transformação está errada. A energia potencial não se transforma diretamente em elétrica.

🔴 E) energia potencial → energia elétrica e energia cinética → energia elétrica.
Incorreta. A primeira transformação está errada.

Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

Resumo do Raciocínio 📝
O funcionamento de uma usina hidrelétrica se baseia em uma série de transformações de energia. Na primeira etapa, representada pela transição da posição I (reservatório) para a II (duto), a água armazenada em uma grande altura (energia potencial gravitacional) é liberada e ganha velocidade ao descer, convertendo sua energia em energia cinética. Na segunda etapa, da posição II para a III (usina geradora), a energia cinética da água em movimento é utilizada para girar as turbinas, que acionam os geradores, convertendo a energia do movimento em energia elétrica.

Gabarito Reafirmado 🏅
A alternativa correta é a C.

Resumo Final para Revisão
Lembre-se da sequência da hidrelétrica: Água ALTA (Potencial) → Água CORRENDO (Cinética) → Turbina GIRANDO (Cinética/Mecânica) → LUZ (Elétrica).