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INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICAS I E INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICA I DA QUÍMICA AP1 Profas Maria Antonieta T. de Almeida e Ana Maria Senra Breitschaft -1 Instituto de Física UFRJ Primeira Avaliação Presencial de ICF1 e de ICFIQ – AP1 Primeiro semestre de 2011 Pólo:________________Data:_____________ Curso:________________________________ Nome:________________________________ Assinatura:___________________________ Instruções: Você deve fazer apenas três questões dessa prova. Se você é aluno de ICF1, as questões devem ser resolvidas a partir dos conceitos e das leis da Óptica Geométrica e da Mecânica da Partícula. OS ALUNOS DE ICF1 DEVEM FAZER AS QUESTÕES 1, 2 e 3 . Se você é aluno de ICF1Q, as questões devem ser resolvidas a partir dos conceitos definidos e das leis da Óptica Geométrica e da Astronomia. OS ALUNOS DE ICF1Q DEVEM FAZER AS QUESTÕES 1, 2 e 4 . A prova tem que ser feita TODA a caneta (INCLUSIVE OS DESENHOS). As figuras têm que ser feitas com régua e transferidor. O ALUNO QUE FIZER A PROVA A LÁPIS NÃO TERÁ DIREITO À REVISÃO DE PROVA. Questão 1: (3,5 pontos) No experimento 1 da Aula 1 propusemos um modelo de propagação da luz onde fizemos a hipótese que os raios se propagavam em linha reta. Para comprovar a nossa hipótese utilizamos a caixa escura. Inicialmente medimos diretamente o diâmetro D de uma mancha luminosa que aparecia no anteparo. Os valores dessa medida e da sua incerteza foram colocados na tabela 1. Tabela 1 A seguir, utilizando a propagação retilínea da luz e aplicando geometria à figura-1 obtivemos a relação teórica entre o diâmetro D da mancha luminosa e as medidas a , b e d representadas na figura 1: Os valores das medidas diretas das distâncias a, b e d e das suas incertezas experimentais foram colocados na Tabela 2. D [cm] [cm] 3,9 0,1 Questão Nota Rubrica 1a 2a 3a Total D Figura 1 INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICAS I E INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICA I DA QUÍMICA AP1 Profas Maria Antonieta T. de Almeida e Ana Maria Senra Breitschaft -2 Tabela 2 a [cm] [cm] b [cm] [cm] d [cm] [cm] 15,0 0,3 43,4 0,2 1,0 0,1 A expressão teórica do diâmetro D da mancha associada ao modelo de propagação retilínea da luz é dada por: A incerteza da medida foi estimada através dos valores de Dmax e Dmin calculados da seguinte forma: a) Calcule D, Dmax e Dmin e D e transporte para a Tabela 3. Tabela 3 D[cm] Dmax [cm] Dmin [cm] [cm] 3,9 4,4 3,4 0,5 b) Escreva o intervalo dos números reais I1 que representa a faixa de valores da medida direta do diâmetro da mancha luminosa (Tabela 1). c) Escreva o intervalo dos números reais I2 que representa a faixa de valores da medida indireta do diâmetro da mancha luminosa (Tabela 3). € I2 = [3,4,4,4]cm d) Represente no seguimento de reta a seguir os intervalos I1 e I2 . Qual a interseção entre os intervalos I1 e I2 . e) Os resultados obtidos comprovam o modelo de propagação retilínea da luz? Justifique cm 2,0 (0,5 para cada item, perde 0,2 se o aluno errar os significativos) 0,2 0,2 0,2 0,4 INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICAS I E INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICA I DA QUÍMICA AP1 Profas Maria Antonieta T. de Almeida e Ana Maria Senra Breitschaft -3 Como existe interseção ente as faixas de valores obtidas pela medida direta do diâmetro da mancha luminosa e a faixa de valores obtida com o modelo os resultados experimentais são compatíveis com a propagação retilínea da luz. Questão 2: (3,5 pontos) A Figura 2.a mostra uma lente de acrílico formada por uma superfície plana AB e por uma superfície esférica AB cujo centro está em C. O índice de refração do ar vale 1,0 e o índice de refração da lente vale 1,46. Um raio luminoso 1 incide na superfície plana AB no ponto D formando um ângulo com a normal a essa superfície, como pode ser visto na Figura 2.b. O ponto C está no plano formado pelo raio incidente e pela normal. a) Meça o valor de . O ângulo de incidência mede . b) Determine o ângulo de refração do raio luminoso que refrata na superfície plana AB e chame-o de raio luminosos 2. Pela Lei de Snell temos que . c) Desenhe na Figura 2.b o raio luminoso 2. Está na figura. d) Desenhe na Figura 2.b a normal à superfície no ponto em que o raio luminoso 2 toca a superfície esférica. Meça o ângulo de incidência neste ponto. A normal no ponto C é o raio da superfície esférica que passa pelo ponto C. Ela está desenhada na figura. O ângulo de incidência no ponto C mede . e) Determine o ângulo de refração do raio luminoso que refrata na superfície esférica AB e chame-o de raio luminoso 3. Pela Lei de Snell temos que f) Desenhe na Figura 2.b o raio luminoso 3. Está na figura. Não precisa desenhar os raios refletidos. Utilize a Lei de Snell para calcular os ângulos de refração. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICAS I E INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICA I DA QUÍMICA AP1 Profas Maria Antonieta T. de Almeida e Ana Maria Senra Breitschaft -4 Questão 3 - ICF1: (3,0 pontos) Um carro parte da cidade A tendo como destino a cidade D. Ele segue primeiro para a cidade B, que dista de A, na direção Leste-Oeste, no sentido de Oeste para Leste. Depois ele segue para a cidade C que dista de B, na direção Nordeste (NE) – Sudoeste (SO) (que forma com a direção Leste-Oeste) dirigindo-se para Sudoeste (SO). Finalmente ele segue para a cidade D que dista 80 km da cidade C na direção Norte-Sul, no sentido de Sul para Norte. NO SEU GRÁFICO 0,5 cm DEVE CORRESPONDER A 10 km. a) Desenhe na figura 3 o vetor deslocamento do carro que vai de A até B. Na figura. b) Desenhe na figura 3 o vetor deslocamento do carro que vai de B até C. Na figura. c) Desenhe na figura 3 o vetor deslocamento do carro que vai de C até D. Na figura. d) Desenhe na figura 3 o vetor deslocamento do carro que vai de A até D. Na figura. e) Trace na figura 3 um sistema de eixos coordenados com a origem em O que coincide com o ponto A, o eixo OX com a direção e o sentido do vetor unitário e o eixo OY com a direção e o sentido do vetor unitário . Os vetores unitários e estão representados na figura 3. Na figura. f) Projete os vetores deslocamentos , e nas direções dos vetores unitários e . Na figura 3, desenhe os vetores projetados , , , , e . Na figura. g) Calcule as componentes dos vetores , e . Não é para medir no desenho. Figura-3 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,6 0,6 INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICAS I E INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS FÍSICA I DA QUÍMICA AP1 Profas Maria Antonieta T. de Almeida e Ana Maria Senra Breitschaft -5 h) Calcule as componentes do deslocamento total . Calcule o módulo de e o ângulo que ele faz com o eixo OX. Não é para medir no desenho. i) Sabendo que o carro levou uma hora para se deslocar de A até B, uma hora para ir de B até C e 1,5h para ir de C até D, calcule o vetor velocidade média associada ao percurso total do carro. Escreva esse vetor em termos dos unitários e . Determine o seu módulo. Não é para medir no desenho.. 0,4 0,4 0,4
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