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128 Fí si ca - 1. 00 0 Q ue st õe s A) DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS_II 1. Quando um termômetro de mercúrio é aquecido, o nível do mercúrio parece momentaneamente abaixar, antes de se elevar. Isso ocorre porque A) o coeficiente de dilatação térmica do mercúrio é maior que o do vidro. B) o coeficiente de dilatação térmica do mercúrio é menor que o do vidro. C) o mercúrio tem alta condutividade térmica. D) o vidro tem baixa condutividade térmica. 2. Devido ao carregamento descuidado de uma companhia de mudanças, uma estante de aço (como a representada na figura a seguir) tem as duas hastes de sustentação do lado esquerdo amassadas. A companhia se encarrega do conserto, porém tais hastes são substituídas por outras de alumínio. MATERIAL COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR (°C–1) AÇO 1,1 . 10–5 ALUMÍNIO 2,4 . 10–5 Sabendo que as hastes, a uma dada temperatura, possuem o mesmo comprimento de 2,0 metros, qual será a diferença de tamanho entre as hastes do lado direito e do lado esquerdo se essa estante sofrer uma variação de temperatura de 50 oC? A) 1,0 mm B) 2,4 mm C) 1,3 mm D) 3,5 mm 3. Para testar experimentalmente os conhecimentos adquiridos nas aulas de Física, Joãozinho decidiu construir uma lâmina bimetálica. Para isso, ele precisará utilizar duas tiras de dois metais, A e B, com mesmo comprimento inicial à temperatura ambiente e ligar a lâmina, utilizando um fio condutor, a uma pilha de 1,5 volts. A tabela mostra quatro materiais de que Joãozinho dispõe para montar o experimento desejado. Material Coeficiente de dilatação (10-6 ºC-1) Aço 11 Níquel 13 Cobre 17 Alumínio 24 Dentre os pares de metais apresentados a seguir, assinale aquele que deverá ser utilizado para que a lâmina se afaste do con- tato devido ao aquecimento provocado pelo curto-circuito e desarme o circuito elétrico com a MENOR variação de temperatura. A) Metal A: aço e metal B: níquel. B) Metal A: cobre e metal B: alumínio. C) Metal A: alumínio e metal B: aço. D) Metal A: cobre e metal B: níquel. 129 Fí si ca - 1. 00 0 Q ue st õe s ma variação de temperatura ∆T, os volumes de X e Y aumentam de 1% e 5%, respectivamente. A razão entre os coeficientes de dilatação linear dos materiais de X e Y, αx / αy, é A) 1 B) 1/2 C) 1/4 D) 1/5 E) 1/10 7. A figura mostra um portão exposto a luz solar, com duas partes de madeira e dois canos de metal (1 e 2) de ma- teriais, diâmetros e comprimentos diferentes. Cano 1 Cano 2 Os canos 1 e 2 têm, respectivamente, coeficientes de dilatação linear α1 e α2, diâmetros d1 e d2 e comprimen- tos c1 e c2. Com as variações de temperatura diária, o projetista do portão deseja que a lateral direita do portão permaneça sempre na direção vertical, paralelo à parede. Para que tal fato ocorra, a relação entre os parâmetros α2, α2, d2, d2, c2 e c2 será: A) d1 . α1 = d2 . α2 B) d1 . α2 = d2 . α1 C) c1 . α2 = c2 . α1 D) c1 . α1 = c2 .α2 8. O novo engenheiro mecânico da Motores Inc. precisa projetar pistões de latão para deslizarem dentro de cilindros de aço. Os motores em que esses pistões serão usados irão funcionar entre 20 °C e 150 °C. O coeficiente de dilatação do latão é 2,0 x 10–5 °C–1 e o do aço é 1,2 x 10–5 °C–1. Esses valores se manterão constantes no intervalo de temperatura dado. Os motores funcionarão se o pistão: A) apresentar o mesmo diâmetro do cilindro na tempe- ratura de 20 °C. B) sofrer alguma dilatação térmica no intervalo de temperatura. C) mover-se livremente na ausência de atrito. D) possuir coeficiente de dilatação maior que o do cilindro. E) encaixar-se perfeitamente no cilindro na temperatura de 150 °C. 4. Uma barra metálica de 1 m de comprimento é submetida a um processo de aquecimento e sofre uma variação de temperatura. O gráfico a seguir representa a variação ∆l, em mm, no comprimento da barra, em função da variação de tem- peratura ∆T, em oC. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades 10–6 /oC? A) 0,2 B) 2,0 C) 5,0 D) 20 E) 50 5. Duas barras metálicas, X e Y, de mesmo comprimento (l) em temperatura ambiente T0, são aquecidas uniforme- mente até uma temperatura T. Os materiais das barras têm coeficientes de dilatação linear, respectivamente αX e αY, que são positivos e podem ser considerados cons- tantes no intervalo de temperatura ∆T = T – T0. Na figura a seguir, a reta tracejada X representa o acrés- cimo relativo ∆l / l no comprimento da barra X, em função da variação da temperatura. Sabendo que αY = 2αX, assinale a alternativa que indi- ca a reta que melhor representa o acréscimo ∆l / l no comprimento da barra Y, em função da variação da temperatura. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 6. Duas esferas maciças e homogêneas, X e Y, de mesmo volume e materiais diferentes, estão ambas na mesma temperatura T. Quando ambas são sujeitas a uma mes- 130 Fí si ca - 1. 00 0 Q ue st õe s GABARITO DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS_II 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D C B D C D D D D A 9. O gráfico a seguir é o resultado de um experimento para identificação de um metal que constou de um arame reto, de coeficiente de dilatação linear (α), sujeito a um processo de dilatação. L é o comprimento do arame (em mm) e T a sua temperatura (em oC). Pelos dados obtidos, o metal identificado com seu respectivo coeficiente de dilatação linear (α) é o A) zinco (α = 26 x 10–6 oC–1) B) ferro (α = 12 x 10–6 oC–1) C) alumínio (α = 22 x 10–6 oC–1) D) cobre (α = 17 x 10–6 oC-1) 10. A figura mostra um termômetro a álcool, cujo coeficiente de dilatação volumétrica vale 1,2 × 10–3 oC–1. Quando a temperatura desse termômetro varia de 0 oC para 50 oC, o álcool contido no seu interior sofre uma dila- tação de 2,4 × 10–2 cm3. A quantidade de álcool existente nesse termômetro à temperatura de 0 oC é A) 0,40 cm3 B) 1,05 cm3 C) 0,86 cm3 D) 1,20 cm3 E) 0,53 cm3 w w w .lo ja tu do .c om .b r. (A da pt ad o. ) 131 Fí si ca - 1. 00 0 Q ue st õe s TRANSMISSÃO DE CALOR 1. Quando o corpo humano produz calor em excesso,tal energia é transferida para a pele em busca de manter a temperatura corporal em torno de 37 oC. Essa transfe- rência se dá, muitas vezes, por meio do tecido adiposo. Considere a situação em que a energia calorífica percorre 3 cm de gordura corporal e atinge a pele, que está a uma temperatura de 34 oC, numa área de 1,5 m2. Assim, sabendo que a condutibilidade térmica da gordura vale K = 0,2 J/s . m . oC, a quantidade de calor que atingirá a pele em uma hora será de A) 1,08 .105 J B) 2,56 . 105 J C) 3,48 . 105 J D) 4,64 . 105J E) 5,12 . 105 J 2. Suponha que você retire dois cubos de gelo idênticos do congelador e coloque-os em cima de uma mesa na cozinha. Um deles você coloca em cima de um prato em contato com o ar, e o outro, coloca dentro de um saquinho feito de lã. Tanto o prato quanto o saquinho de lã estão à mesma temperatura, não expostos diretamente à luz solar. Qual dos dois cubos de gelo derreterá mais rápido? A) O cubo de gelo dentro do saquinho de lã, porque a lã esquenta e aquece o gelo. B) O cubo de gelo em contato com o ar, porque cederá calor ao prato e ao ar. C) Os dois cubos derreterão ao mesmo tempo, porque foram colocados sobre a mesma mesa. D) O cubo de gelo exposto ao ar deverá derreter mais rápido, porque a lã é um isolante térmico. E) O cubo de gelo dentro do saquinho de lã deverá der- reter mais rápido, porque o ar é um isolante térmico. 3. Encontre o uxo de calor, levando em consideração que a espessura da parede seja de 20 centímetros, a variação de temperatura seja de 260 °C, a área seja de 1 m2 e que a condutibilidade térmica valha 2.10–5 cal / (s.cm.°C). A) 30 cal/s B) 25 cal/s C) 10 cal/s D) 5 cal/s E) 2,6 cal/s 4. João consegue manter seus dedos ao lado da chama de umavela, mas se queima quando coloca a mão em cima da chama. Ele se queima quando coloca a mão em cima da chama porque há alta transferência de calor por _____ e não se queima quando coloca os dedos ao lado da chama porque não há transferência de calor por _____. As palavras que completam coerentemente a frase são, respectivamente, A) condução e convecção. B) condução e radiação. C) convecção e condução. D) convecção e radiação. 5. Por que o deserto do Atacama é tão seco? A região situada no norte do Chile, onde se localiza o deserto do Atacama, é seca por natureza. Ela sofre a influência do Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul (ASPS) e da cordilheira dos Andes. O ASPS, região de alta pressão na atmosfera, atua como uma “tampa”, que inibe os mecanismos de levantamento do ar necessários para a formação de nuvens e/ou chuva. Nessa área, há umidade perto da costa, mas não há mecanismo de levantamento. Por isso não chove. A falta de nuvens na região torna mais intensa a incidência de ondas ele- tromagnéticas vindas do Sol, aquecendo a superfície e elevando a temperatura máxima. De noite, a Terra perde calor mais rapidamente, devido à falta de nuvens e à pouca umidade da atmosfera, o que torna mais baixas as temperaturas mínimas. Essa grande amplitude térmica é uma característica dos desertos. Ciência Hoje, novembro de 2012. (Adaptado.) Baseando-se na leitura do texto e dos seus conheci- mentos de processos de condução de calor, é correto afirmar que o ASPS e a escassez de nuvens na região do Atacama. As lacunas são, correta e respectivamente, preenchidas por A) favorece a convecção – favorece a irradiação de calor. B) favorece a convecção – dificulta a irradiação de calor. C) dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor. D) permite a propagação de calor por condução – inten- sifica o efeito estufa. E) dificulta a convecção – dificulta a irradiação de calor.