Física - Livro 1-345-348

Prévia do material em texto

F
R
E
N
T
E
 3
345
A pressão atmosférica local é normal. Sabendo-se
que o coeciente de condutibilidade térmica do alu-
mínio vale 0,5 cal/(s · cm · ºC), calcule:
a) a intensidade da corrente térmica através da bar-
ra, depois de estabelecido o regime permanente.
b) a temperatura numa seção transversal da barra,
situada a 40 cm da extremidade mais quente.
3 Fuvest 2018 Um fabricante de acessórios de montanhis-
mo quer projetar um colchão de espuma apropriado
para ser utilizado por alpinistas em regiões frias. Con-
sidere que a taxa de transferência de calor ao solo
por uma pessoa dormindo confortavelmente seja
90 kcal/hora e que a transferência de calor entre a
pessoa e o solo se dê exclusivamente pelo meca-
nismo de condução térmica através da espuma do
colchão. Nestas condições, o gráfico representa a taxa
de transferência de calor, em J/s, através da espuma
do colchão, em função de sua espessura, em cm.
Considerando 1 cal = 4 J, a menor espessura do
colchão, em cm, para que a pessoa durma conforta-
velmente, é de
A 1,0.
 1,5.
C 2,2.
 2,8.
 3,9.
4 Enem Libras 2017 É muito comum encostarmos a mão
na maçaneta de uma porta e termos a sensação de
que ela está mais fria que o ambiente. Um fato seme-
lhante pode ser observado se colocarmos uma faca
metálica dentro de um refrigerador. Após um longo
tempo, ao encostarmos uma das mãos na parte me-
tálica e a outra na parte de madeira, sentimos a parte
metálica mais fria.
Fisicamente, a sensação térmica mencionada é expli-
cada da seguinte forma:
A A madeira é um bom fornecedor de calor e o metal,
um bom absorvedor.
 O metal absorve mais temperatura que a madeira.
C O fluxo de calor é maior no metal que na madeira.
 A madeira retém mais calor que o metal.
 O metal retém mais frio que a madeira.
5 Mackenzie Uma parede de tijolos e uma janela de
vidro de espessura 180 mm e 2,5 mm, respectiva-
mente, têm suas faces sujeitas à mesma diferença
de temperatura. Sendo as condutibilidades térmicas
do tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI,
respectivamente, então a razão entre o fluxo de ca-
lor conduzido por unidade de superfície pelo vidro e
pelo tijolo é:
A 800
 600
C 500
 300
 nenhuma das respostas anteriores.
6 Mackenzie Têm-se cilindros de mesmas secções trans-
versais de cobre, latão e aço, cujos comprimentos
são, respectivamente, de 46 cm, 13 cm e 12 cm. Sol-
dam-se os cilindros, formando o perfil em Y, indicado
na figura. O extremo livre do cilindro de cobre é manti-
do a 100ºC, e os cilindros de latão e aço a 0 ºC. Supor
que a superfície lateral dos cilindros esteja isolada
termicamente. As condutibilidades térmicas do cobre,
latão e aço valem, respectivamente, 0,92, 0,26 e 0,12,
expressas em cal · cm–1 · s–1 · ºC–1.
100 °C
junção
cobre
(46 cm)
latão
(13 cm)
aço
(12 cm)
0 °C 0 °C
No estado estacionário, a temperatura na junção é
igual a:
A 100 ºC
 80 ºC
C 67 ºC
 50 ºC
 40 ºC
Texto para as questões 7 e 8.
A pele humana é sensível à radiação solar e essa
sensibilidade depende das características da pele. Os fil-
tros solares são produtos que podem ser aplicados sobre
a pele para protegê-la da radiação solar. A eficácia dos
filtros solares é definida pelo fator de proteção solar (FPS),
que indica quantas vezes o tempo de exposição ao sol,
sem o risco de vermelhidão, pode ser aumentado com o
uso do protetor solar. A tabela seguinte reúne informações
encontradas em rótulos de filtros solares.
FÍSICA Capítulo 5 Propagação de calor346
Sensibilidade
Tipo de pele
e outras
características
Proteção
recomendada
FPS
recomendado
Proteção a
queimaduras
extremamente
sensível
branca, olhos
e cabelos
claros
muito alta FPS ≥ 20 muito alta
muito sensível
branca, olhos
e cabelos
próximos do
claro
alta
12 ≤ FPS
< 20
alta
sensível
morena ou
amarela
moderada 6 ≤ FPS < 12 moderada
pouco
sensível
negra baixa 2 ≤ FPS < 6 baixa
Proteste, ano V, n. 55, fev. 2007 (Adapt.).
7 Enem As informações anteriores permitem armar
que
A as pessoas de pele muito sensível, ao usarem filtro
solar, estarão isentas do risco de queimaduras.
 o uso de filtro solar é recomendado para todos os
tipos de pele expostos à radiação solar.
C as pessoas de pele sensível devem expor-se 6 mi-
nutos ao sol antes de aplicarem o filtro solar.
 pessoas de pele amarela, usando ou não filtro so-
lar, devem expor-se ao sol por menos tempo que
pessoas de pele morena.
 o período recomendado para que pessoas de
pele negra se exponham ao sol é de 2 a 6 horas
diárias.
8 Enem Uma família de europeus escolheu as praias do
Nordeste para uma temporada de férias. Fazem par-
te da família um garoto de 4 anos de idade, que se
recupera de icterícia, e um bebê de 1 ano de idade,
ambos loiros de olhos azuis. Os pais concordam que
os meninos devem usar chapéu durante os passeios
na praia. Entretanto, divergem quanto ao uso do ltro
solar. Na opinião do pai, o bebê deve usar ltro so-
lar com FPS ≥ 20 e o seu irmão não deve usar ltro
algum porque precisa tomar sol para se fortalecer. A
mãe opina que os dois meninos devem usar ltro solar
com FPS ≥ 20.
Na situação apresentada, comparada à opinião da
mãe, a opinião do pai é:
A correta, porque ele sugere que a família use cha-
péu durante todo o passeio na praia.
 correta, porque o bebê loiro de olhos azuis tem a
pele mais sensível que a de seu irmão.
C correta, porque o filtro solar com FPS ≥ 20 blo-
queia o efeito benéfico do sol na recuperação da
icterícia.
 incorreta, porque o uso do filtro solar com FPS ≥ 20,
com eficiência moderada, evita queimaduras na
pele.
 incorreta, porque é recomendado que pessoas
com olhos e cabelos claros usem filtro solar com
FPS ≥ 20.
9 ITA De acordo com a Lei de Stefan-Boltzmann, o
equilíbrio da atmosfera terrestre é obtido pelo ba-
lanço energético entre a energia de radiação do Sol
absorvida pela Terra e a reemitida pela mesma. Con-
sidere que a energia fornecida por unidade de tempo
pela radiação solar é dada por P = A e σ T4, em que
σ = 5,67 · 10–8 W ·m–2 ·  K–4; A é a área da superfície do
corpo; T a temperatura absoluta, e o parâmetro e é
a emissividade que representa a razão entre a taxa
de radiação de uma superfície particular e a taxa de
radiação de uma superfície de um corpo ideal, com a
mesma área e mesma temperatura. Considere a tem-
peratura média da Terra T = 287 K e, nesta situação,
e = 1. Sabendo que a emissão de gases responsáveis
pelo aquecimento global reduz a emissividade, faça
uma estimativa de quanto aumentará a temperatura
média da Terra devido à emissão de gases respon-
sáveis pelo aquecimento global, se a emissividade
diminuir 8%.
Considere (1 x) 1
x
4
≈
1
4 .
10 Mackenzie Numa noite fria, preferimos usar cobertor
de lã para nos cobrirmos. No entanto, antes de dei-
tarmos, mesmo que existam vários cobertores sobre
a cama, percebemos que ela está fria e somente nos
aquecemos depois que estivermos sob os cobertores
algum tempo. Isso se explica porque:
A o cobertor de lã não é um aquecedor, mas apenas
um isolante térmico.
 enquanto não nos deitamos, existe muito frio na
cama que será absorvido pelo nosso corpo.
C o cobertor de lã só produz calor quando está em
contato com o nosso corpo.
 a cama, por não ser de lã, produz muito frio e a
produção de calor pelo cobertor não é suficiente.
 o cobertor de lã não é um bom absorvedor de frio,
mas nosso corpo sim.
11 UFJF 2017 A garrafa térmica de uma determinada mar-
ca foi construída de forma a diminuir as trocas de calor
com o ambiente que podem ocorrer por três proces-
sos: condução, convecção e radiação. Dentre as suas
várias características, podemos citar:
I. a ampola interna da garrafa é feita de plástico.
II. a ampola possui paredes duplas, e entre essas
paredes, é feito vácuo.
III. a superfície interna da ampola é espelhada.
Assinale a alternativa que corresponde ao processo
que se quer evitar usando as características citadas
acima.
F
R
E
N
T
E
 3
347
A I – radiação; II – condução e convecção; III – con-
vecção
b I – condução e radiação;II – convecção; III – con-
dução
C I – convecção; II – condução; III – radiação
d I – condução; II – condução e convecção; III – ra-
diação
e I – radiação; II – condução e convecção; III – ra-
diação
12 UPE 2016 É muito comum o amplo uso de aparelhos
de ar-condicionado durante o verão intenso do Reci-
fe. Nessa cidade, uma residência possui uma parede
de área 40 m² e espessura 20 cm, separando o
ambiente interior do exterior. Se a temperatura ex-
terna é de 33ºC e deseja-se manter a interna igual a
23ºC, qual será o gasto por hora de aparelho ligado,
considerando-se, apenas, essa parede separadora?
Dados: A condutividade térmica da parede é igual a 1,25 ×
× 10
–3 kW/(m · K), e o custo da energia elétrica em kWh é de R$ 0,60.
A R$ 0,30
b R$ 0,90
C R$ 1,20
d R$ 1,50
e R$ 2,50
13 Nas fábricas onde existem grandes fornos, são colo-
cadas chaminés bem altas. A principal função dessas
chaminés é:
A eliminar a poluição.
b obter ar puro das alturas por condutibilidade.
C lançar a grande altura os gases residuais.
d obter, por radiação, o resfriamento da água da cal-
deira.
e conseguir maior renovação de ar na fornalha por
convecção.
14 UFCG O El Niño é um fenômeno ambiental da atmosfera
do planeta de grandes proporções. As condições de
pressão e temperatura são essenciais para a sua
ocorrência. O desenho seguinte é um esquema da
circulação atmosférica sobre o Oceano Pacíco entre
o Continente Australiano e a região próxima à costa
do Peru. O uxo de superfície mostrado no desenho
representa o movimento das massas de ar sobre a
superfície do Pacíco.
Fluxo de altitude
Descida de ar
Austrália América do Sul
Ascensão de ar
Fluxo de superfície
Em relação às condições climáticas dessa região, pre-
sentes na promoção do El Niño, pode-se armar que:
A a subida de grandes massas de ar nas proximida-
des do oceano, na costa do Peru, revela uma zona
de alta temperatura.
b nas proximidades do oceano, no Continente Aus-
traliano, a pressão atmosférica deve ser muito baixa
o que justifica a direção do fluxo de superfície.
C nas proximidades da superfície do oceano, na cos-
ta do Peru, a pressão atmosférica deve ser muito
alta o que justifica a direção do fluxo de superfície.
d o ar nas proximidades do oceano, na costa do Peru,
deve ter temperaturas muito baixas.
e o fluxo de superfície dá-se de uma região de tem-
peraturas muito altas para regiões de temperaturas
muito baixas.
15 PUC-Minas Apesar de ser construído de gelo, o iglu é
usado pelos esquimós como moradia ou proteção do
frio, porque:
A a temperatura do gelo é menor que a do meio am-
biente onde vivem os esquimós.
b o calor específico do gelo é menor que o da água.
C o gelo não é um bom condutor de calor.
d a capacidade térmica do gelo é muito grande.
16 Enem O manual de instruções de um aparelho de
ar-condicionado apresenta a seguinte tabela, com da-
dos técnicos para diversos modelos:
Capacidade de
refrigeração
kW/(BTU/h)
Potência
(W)
Corrente
elétrica –
ciclo frio (A)
Eficiência
energética
COP (W/W)
Vazão
de ar
(m
2
/h)
Frequência
(Hz)
3,52/(12.000) 1.193 5,8 2,95 550 60
5,42/(18.000) 1.790 8,7 2,95 800 60
5,42/(18.000) 1.790 8,7 2,95 800 60
6,45/(22.000) 2.188 10,2 2,95 960 60
6,45/(22.000) 2.188 10,2 2,95 960 60
Disponível em: <www.institucional.brastemp.com.br>. (Adapt.).
Considere-se que um auditório possua capacidade
para 40 pessoas, cada uma produzindo uma quanti-
dade média de calor, e que praticamente todo o calor
que ui para fora do auditório o faz por meio dos
aparelhos de ar-condicionado. Nessa situação, en-
tre as informações listadas, aquelas essenciais para
se determinar quantos e/ou quais aparelhos de ar-
-condicionado são precisos para manter, com lotação
máxima, a temperatura interna do auditório agradável
e constante, bem como determinar a espessura da
ação do circuito elétrico para a ligação desses apa-
relhos, são:
FÍSICA Capítulo 5 Propagação de calor348
A vazão de ar e potência.
 vazão de ar e corrente elétrica – ciclo frio.
C eficiência energética e potência.
 capacidade de refrigeração e frequência.
 capacidade de refrigeração e corrente elétrica –
ciclo frio.
17 FCMS Em certos dias, verifica-se o fenômeno de in-
versão térmica, que causa aumento de poluição, pelo
fato de a atmosfera apresentar maior estabilidade.
Essa ocorrência é devida ao seguinte fato:
A a temperatura das camadas inferiores do ar atmosfé-
rico permanece superior à das camadas superiores.
 a convecção força as camadas poluídas a circular.
C a condutibilidade do ar diminui.
 a temperatura do ar se homogeniza.
 as camadas superiores do ar atmosférico têm tem-
peratura superior à das camadas inferiores.
18 PUC Resolva as seguintes questões.
a) Num ambiente cujos objetos componentes estão
todos em equilíbrio térmico, ao tocarmos a mão
numa mesa de madeira e numa travessa de alumí-
nio, temos então sensações térmicas diferentes.
Por que isso ocorre?
b) Se aquecemos uma das extremidades de duas
barras idênticas, uma de madeira e outra de alu-
mínio, ambas com uma bola de cera presa na
extremidade oposta, em qual das barras a cera
derreterá antes?
c) Há relação entre esse fato e a situação inicial?
Dados: KAl = 0,58 cal/(s · cm · °C);
Kmadeira = 0,0005 cal/(s · cm · °C).
19 Uma barra de ferro, de seção circular, diâmetro D e
comprimento L, está em contato térmico, em suas ex-
tremidades, com dois reservatórios de calor que são
mantidos a temperaturas constantes TA e TB, sendo
TA > TB. A temperatura ao longo da barra, no regime
estacionário, está representada na primeira figura.
Num determinado instante, separou-se um trecho C
da barra de ferro, com comprimento
L
4
, localizado a
uma distância
L
8
 do reservatório à temperatura TA,
como mostra a segunda figura.
T
A
T
A
T
B
T
B
T
xL
0
C
P G
T
B
T
A
L
8
L
4
Os efeitos de radiação, condução pelo meio ambiente e
dilatação podem ser desprezados. Na situação em que
o sistema atingiu o novo equilíbrio térmico, pede-se:
a) esboçar o gráfico da distribuição de temperaturas
ao longo do eixo dos cilindros P, C e G, indicando
os valores em função dos dados.
b) responda: Qual é a temperatura de equilíbrio do
cilindro C?
20 Enem Umidade relativa do ar é o termo usado para
descrever a quantidade de vapor de água conti-
do na atmosfera. Ela é definida pela razão entre o
conteúdo real de umidade de uma parcela de ar e
a quantidade de umidade que a mesma parcela de
ar pode armazenar na mesma temperatura e pres-
são quando está saturada de vapor, isto é, com 100%
de umidade relativa. O gráfico representa a relação
entre a umidade relativa do ar e sua temperatura ao
longo de um período de 24 horas em um determina-
do local.
80%
16
14
12
10
8
6
4
2
0
2
161412
Hora do dia
22 2420181086420
70%
U
m
id
a
d
e
 r
e
la
ti
v
a
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 (
°C
)
60%
50%
Um
ida
de Relativ
a
Te
m
pe
ra
tu
ra
Considerando-se as informações do texto e do grá-
co, conclui-se que:
A a insolação é um fator que provoca variação da
umidade relativa do ar.
 o ar vai adquirindo maior quantidade de vapor de
água à medida que se aquece.
C a presença de umidade relativa do ar é diretamen-
te proporcional à temperatura do ar.
 a umidade relativa do ar indica, em termos abso-
lutos, a quantidade de vapor de água existente na
atmosfera.
 a variação da umidade do ar se verifica no verão,
e não no inverno, quando as temperaturas perma-
necem baixas.
21 Enem Confirmada pelos cientistas e já sentida pela po-
pulação mundial, a mudança climática global é hoje o
principal desafio socioambiental a ser enfrentado pela
humanidade. Mudança climática é o nome que se dá ao
conjunto de alterações nas condições do clima da Terra
pelo acúmulo de seis tipos de gases na atmosfera – sen-
do os principais o dióxido de carbono (CO2) e o metano
(CH4) – emitidos em quantidade excessiva através da
queima de combustíveis (petróleo e carvão) e do uso ina-
dequado do solo.
M. Santilli, “Mudança climática global”. Almanaque Brasil Socioambiental2008.
São Paulo, 2007. (Adapt.).