Aulas online - Estácio - Física Teorica II primeira parte

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Relatório - Plano de Ensino 
 
 
15/02/2013 10:20 
 
 
 
 
 
 
 
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FÍSICA TEÓRICA II 
EMENTA 
Fluidos em repouso e movimento. Oscilações. Ondas. Temperatura e dilatação térmica. 
Termodinâmica. Óptica geométrica. 
OBJETIVO GERAL 
Compreender os princípios e leis da Física conceitualmente bem como suas formulações matemáticas. 
Desenvolver a habilidade em aplicar os princípios e leis da física para formulação e resolução de 
problemas práticos da engenharia. 
OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
1. Estudar as leis fundamentais dos flúidos 
2. Entender os princípios das leis básicas da Termodinâmica. 
3. Descrever e quantificar os fenômenos ondulatórios. 
CONTEÚDOS 
Unidade 1 – Fluidos 
1.1 Conceitos de densidade e pressão 
1.2 Equação de um fluido em repouso 
1.3 Princípios de Arquimedes e de Pascal 
1.4 Equação da continuidade 
1.5 Equação de Bernoulli 
Unidade 2 – Oscilações 
2.1 Conceitos de oscilações, período e freqüência. 
2.2 Movimento harmônico simples (MHS) 
2.3 Lei da força e energia no MHS 
2.4 Oscilações amortecidas, forçadas e ressonância. 
Unidade 3 – Ondas 
3.1 Conceito de onda e definição de onda 
3.2 Função de onda harmônica 
3.3 Princípio de superposição 
3.4 Interferência de onda 
3.5 Ondas estacionárias 
Unidade 4 – Temperatura 
4.1 Conceito de temperatura 
 
 
 
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4.2 Lei zero da termodinâmica 
4.3 Termômetros e escalas de temperatura 
4.4 Dilatação térmica 
Unidade 5 – Termodinâmica 
5.1 Conceito de calor 
5.2 Capacidade térmica, calor específico e de transformação. 
5.3 Primeira lei da termodinâmica 
5.4 Transmissão de calor(condução, radiação e convecção) 
5.5 Segunda lei da termodinâmica 
5.6 Máquinas térmicas e refrigeradores 
Unidade 6 – Ótica Geométrica 
6.1 Propagação da luz e conceito de índice de refração 
6.2 Reflexão e refração da luz 
6.3 Polarização da luz 
6.4 Espelhos e lentes 
BIBLIOGRAFIA BÁSICA 
YOUNG, H. D.; RREEDMAN, R. A. Física II - Termodinâmica e Ondas, 10ª edição, Pearson Education, 2002 
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Yearl. Fundamentos de física. Rio de Janeiro: LTC, 1996-2002. 4 v. 
TIPLER, Paul A. Física: para cientistas e engenheiros. Rio de Janeiro: LTC, c2000. v.2. 
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentals of physics extended. 5th ed. New York: J. Wiley, 
1997. 
SERWAY, Raymond A. Física para cientistas e engenheiros com física moderna. Tradução Horácio Macedo. Rio de 
Janeiro: LTC, c1996. 
CUTNELL & JOHNSON. Física. LTC. v.2 
KELLER, Frederick J., GETTYS Edward, SKOVE, Malcolm J. Física. Pearson 
TREFIL. Física viva: uma introdução à física conceitual. LTC , 3 v. 
INDICAÇÃO MATERIAL DIDÁTICO 
física II - 10ª edição 
Autor: hugh d. young e roger a. freedman 
Sub-Título: Termodinâmica e Ondas 
Editora: Pearson Education 
EAN-13: 9788588639034 
Ano: 2002 
Edição: 10 
Capitulos 
movimento periódico paginas 35 
temperatura e calor paginas 39 
 
 
 
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primeira lei da termodinâmica 26 
segunda lei da termodinâmica 34 
 
 
 
 
 
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F= 68,67 N
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 1 
 
1. Leia mais sobre as ondas luminosas acessando o link abaixo: 
 
http://super.abril.com.br/saude/beleza-esta-olhar-442962.shtml 
 
 
2. Atividade 
 
 
Tsunami ocorrido em Fukushima, no Japão. 
Fonte: www.nationalgeographic.com 
O tsunami é uma onda mecânica, 
investigue como ele é formado, discuta 
as prováveis causas do deslocamento 
vertical da coluna de água em regiões 
profundas. Busque também 
informações sobre os tsunamis que já 
abalaram o mundo. 
 
 
 
 
3. Atividade 
 
Observe a simulação sobre as ondas longitudinais no link abaixo: 
 
 
 
http://pion.sbfisica.org.br/pdc/index.php/por/Multimidia/Simulacoes/Ondas-
mecanicas/Ondas-longitudinais 
 
 
4. Para saber mais sobre as ondas mecânicas, acesse o link abaixo e faça algumas 
simulações: 
 
http://pion.sbfisica.org.br/pdc/index.php/por/Multimidia/Simulacoes/Ondas-
mecanicas/Ondas-longitudinais 
 
 
 
 
 
 
 2 
 
5. Para saber mais sobre a interferência das ondas, acesse o link abaixo e faça algumas 
simulações: 
 
http://www.eserc.stonybrook.edu/ProjectJava/WaveInt/index.html 
 
6. Atividade 
 
Para a fixação do conceito discutido, utilize o applet indicado na figura abaixo para 
simular a equação descrita anteriormente. Modifique os valores das frequências e analise 
o que ocorre com as ondas. 
 
 
 
http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/portuguese/ondas/superposicao/waveSuperpositio
n.html 
 
 
7. A animação apresentada a seguir simula os harmônicos de uma onda estacionária 
produzida pela corda de um instrumento musical. 
 
Clique no link indicado na figura e faça algumas simulações, fique atento às vibrações 
produzidas. 
 
 
 
http://fq.cebollada.net/fis2bto/estapplet/fijofijo/StandingWaves1.htm 
 
 
 
 
 
 
 
 3 
8. Atividade 
 
Exercícios extraídos da obra: HALLIDAY; RESNICK; WALKER. Ondas. In: _____. 
Fundamentos de Física. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996. cap. 17. 
 
 
Exercício 1 
 
(Exercício 6E- página 131) 
 
Escreva a equação para uma onda se propagando no sentido negativo do eixo x e que 
tenha uma amplitude de 0,010 m, uma frequência de 550 Hz e uma velocidade de 330 
m/s. 
 
 
Exercício 2 
 
(Exercício 11E- página 131) 
 
A equação de uma onda transversal se propagando em uma corda é dada por: 
 
 
 
(a) Ache a amplitude, frequência, velocidade e o comprimento de onda: 
 
(b) Ache a velocidade escalar máxima de uma partícula da corda: 
 
 
Exercício 3 
 
(Exercício 25P- página 132) 
 
Uma corda esticada tem uma massa por unidade de comprimento de 5,0 g/cm e uma 
tensão de 10N. Uma onda senoidal nessa corda tem uma amplitude de 0,12 mm e uma 
frequência de 100Hz e se propaga no sentido de x decrescente. Escreva uma equação para 
essa onda: 
 
 
Exercício 4 
 
(Exercício 41P- página 133) 
 
Determine a amplitude de uma onda resultante da combinação de duas ondas senoidais 
que se propagam no mesmo sentido, possuem mesma frequência, têm amplitudes de 3,0 
cm e 4,0 cm e diferença de fase de π/2 rad. 
 
 
 
 
 
 
 4 
Gabarito 
 
 
Exercício 1 
 
]t.3460x.5,10[sen010,0y
m/rad5,10
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Exercício 2 
 
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v
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t,x
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
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A velocidade será máxima para cosseno 
1
 
 
vmax= ω.ym 
 
vmax = 2,0 .600 = 1 200 mm/s = 1,2 m/s 
 
 
 
 
 
 
 5 
Exercício 3 
 
 
 
Logo, a equação para a onda será dada por: 
 
 
 
 
Exercício 4 
 
 
 
Ponto de máximo y = ym e ponto de mínimo y = - ym 
 
 
 
 
 
 
A amplitude da onda resultante da combinação das duas ondas senoidais será: 
 
 
 
 
 
 1 
 
Sugestão de atividade 
 
 Sugestão de atividade 
 
Fonte: http://colunas.radioglobo.globoradio.globo.com/2011/01/ 
 
 
 
Nas ruas de algumas cidades encontramos termômetrosque registram 
a temperatura do ar. 
 
Faça uma pesquisa sobre esses equipamentos, comentando suas 
características físicas e o seu funcionamento. 
 
Resp.: A avaliação da atividade ficará a critério do tutor. 
 
 
 
 
 1 
 
 
Sugestão de atividade 
 
 
1- Durante um experimento em uma aula de química, os estudantes aqueceram certa 
substância. Ao verificar a temperatura com um termômetro na escala Fahrenheit, foi 
observada a marcação igual a 99°F. Porém, no relatório, os alunos deveriam fazer os 
cálculos utilizando a temperatura em °C. Qual o valor que deverá ser utilizado pelos 
estudantes, em °C? 
Resp.: Os estudantes deverão utilizar o valor de 378°C. 
 
2- O valor da temperatura em um forno variou entre 120°C e 200°C, determine o valor 
da variação dessa temperatura em graus Celsius (°C) e em Kelvin (K). 
Resp.: A variação em graus Celsius será igual a 80°C e em Kelvin, 80K. 
 
3- Existe uma escala arbitrária que os estudantes de um curso de enfermagem deverão 
descobrir, a partir das informações dadas a seguir. 
 
Sabe-se que a escala arbitrária X possui pontos fixos em -30X para a fusão do gelo e 
120G para a ebulição da água. Com base nessas informações, escreva uma expressão 
que mostre a relação entre as escalas X e Celsius. 
Resp.: 
)30T(
3
2
T xC 
 
 
 
 
 
 1 
 
 
Sugestão de atividade 
 
 
 
1- Ao abastecer o seu automóvel, Lizandro enche completamente o tanque do carro. 
De acordo com o estudo da dilatação térmica, você julga correta essa atitude? 
Resp.: A atitude de Lizandro é incorreta. Não se recomenda encher completamente o 
tanque de combustível dos automóveis devido ao aumento de volume do combustível. 
A gasolina dilata aproximadamente dois litros, se houver uma variação de 30oC na 
temperatura. 
 
 
 
2- (SERWAY, exercício 32, p. 77) 
Um balão volumétrico de pirex está calibrado a 20°C. O balão é cheio, até a marca de 
100mL, com acetona a 35°C. 
Qual o volume da acetona resfriada a 20°C? Sendo α=1,5.10-4°C-1 
Resp.: V= 99,325mL 
 
 
 
3- Certa indústria produz uma chapa metálica que sofre aumentode área de 0,05% ao 
ser aquecida 120 ºC. Calcule o coeficiente de dilatação linear desse material, em ºC-1 . 
 Resp.: 2,083.10-6 C-1 
 
 
 
4- Determine a área do furo quando uma chapa de alumínio for aquecida até uma 
temperatura de 110 ºC. 
Sabe-se que essa chapa tem um furo central de 100 cm de raio e está a uma 
temperatura de 10 ºC. 
Dado α = 22.10 -6 ºC-1 
Resp. 3,1554 m2 
 
 
 
 
 
 1 
 
Exemplo 1 
 
Jairo trabalha em uma multinacional e recebeu um lote de produtos que 
possuem indicação de necessidade de conservação à temperatura de 293,15K. 
Porém, a câmara de refrigeração da empresa é mantida na escala Celsius. 
 
Qual a temperatura que o sistema de refrigeração deverá indicar para 
conservar os produtos recebidos? 
 
 
 
 
Solução 
Tomando a expressão Tc =TK -273,15, devemos substituir o valor da temperatura 
em kelvin na expressão para obter o resultado em graus Celsius: 
 
Tc =293,15 -273,15 
Tc =20°C 
 
 
Resp.: A temperatura do sistema de refrigeração deverá ser ajustado para 20°C. 
 
 
 Exemplo 2 
 
 
Léo sentiu-se mal durante o dia e, ao verificar a temperatura do seu corpo, o 
termômetro marcou 102°F. 
 
Determine o valor dessa temperatura em graus Celsius. 
 
Solução: 
Para o cálculo da temperatura em °C, devemos aplicar a equação 2: 
 
C89,38)32102.(
9
5
T oc 
 
 
 
 
Resp.: Léo sentiu-se mal porque sua temperatura era de 38,89°C, indicando estado 
febril. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 2 
Exemplo 3 
 
 
A Torre Eiffel, que atrai turistas do mundo inteiro, possui 324m de altura, desde sua 
base até as antenas no topo, e é toda constituída de ferro ― material que dilata de 
acordo com a variação da temperatura. 
 
Com base nessas informações, determine a variação de altura que essa torre sofre, 
sabendo-se que em Paris as temperaturas (médias) mínima e máxima ao longo de um 
ano podem variar entre -5oC e 35oC. Adote α = 1,1.10-5 oC-1 . 
 
 
 
Solução: 
Para o cálculo da variação da altura da Torre Eiffel, devemos fazer: 
 
cm26,14m14256,0L
)5(35.10.1,1.324L
..LL
5
o



 
 
Resp.: A altura da Torre Eiffel pode variar em aproximadamente 14,26cm no período 
de tempo entre a menor e maior temperatura de Paris. 
Fonte imagem: 
http://www.ensanluispotosi.com/Lugares_del_mundo/Torre_Eiffel/torre_eiffel.jpg 
 
 
 
 
 
 
 
 1 
Atividades 
 
1- O escaravelho africano Stenaptinus insignis é capaz de jorrar substâncias químicas 
pela extremidade móvel de seu abdômen; seu corpo possui reservatórios com duas 
substâncias diferentes. 
 
Quando sente que está sendo ameaçado, esse pequeno animalzinho jorra essa 
substância que é misturada em uma câmara de reação, produzindo um composto que 
varia sua temperatura de 20ºC para até 100ºC pelo calor da reação, tendo uma alta 
pressão. 
 
Sabendo-se que o calor específico do composto disparado é igual a 4,19.103 J/kg.K e 
sua massa é 0,1 kg, determine o calor da reação das substâncias. 
 
Resp.: 33 520 J 
 
2- Antigamente, acreditava-se que o calor seria um fluido, chamado “calórico”. Este 
escoaria de um corpo quente para um corpo frio, causando aumento tanto em sua 
temperatura como em sua massa. 
 
Porém, somente no século XVIII, o conceito correto de calor foi verificado por vários 
cientistas, dentre eles, o físico inglês James Joule, que contribuiu com importantes 
resultados para a correta conceituação de calor. 
 
Segundo essas descobertas é correto afirmar que: 
 
(a) O calor está contido em um corpo e não flui para outros corpos. 
(b) O calor flui do corpo mais frio para o mais quente; sendo assim, o trabalho 
menor que zero. 
(c) O calor só flui em sistemas adiabáticos. 
(d) O calor não é a energia interna contida, mas sim a energia em trânsito. 
(e) O calor é a quantidade de calor necessária para aumentar em 2ºC a quantidade 
de calor de um grama de substância. 
 
Resp.: (d) O calor não é a energia interna contida, mas sim a energia em trânsito. 
 
 
3 - Um bloco de gelo com massa 600g encontra-se à –10°C. 
 
São dados LF = 80 cal/g, cL= 1 cal/g°C e cg = 0,5 cal/g°C. 
 
Determine a quantidade de calor necessária para transformar o bloco de gelo em água 
a 30°C: 
 
Resp. : 69 Kcal 
 
 
 
 
 2 
 
4- O gráfico mostra a temperatura de 20g de um líquido, inicialmente a 0°C, em 
função do calor por ele absorvido. 
 
Sabe-se que o calor específico do líquido é 0,6 cal/g°C e o calor específico na fase 
gasosa é 1,5 cal/g°C. 
 
 
 
Pede-se: 
 
a) A quantidade de calor Q necessária para o líquido atingir a temperatura de 
ebulição: 
 
Resp.: 960 cal 
 
b) O calor latente de vaporização: Resp. 100 cal/g 
 
c) A temperatura T correspondente a 4160 cal: Resp.: 120°C 
 
 
 5- Determine a massa de gelo a 0°C que deve ser colocada em 100g de água a 40°C, 
para que a temperatura final de equilíbrio seja 20 °C: Resp.: m = 20g 
 
6- O caminhão utilizado para transportar equipamentos eletrônicos de uma 
indústria possui motor a gasolina, que, em média, consome 10000J de calor e 
realiza 2000J de trabalho mecânico em cada ciclo. 
 
O calor é obtido pela queima de gasolina com calor de combustão Lc = 
5,0.104 J/g. 
 
Com base nessas informações, determine a quantidade de calor rejeitada e a 
quantidade de gasolina queimada em cada ciclo: 
 
Resp.: -8000 J e 0,20g 
 
 
 
 
 
 
 3 
 
7 – Faça uma pesquisa sobre o que é um calorímetro. Busque informações sobre sua 
utilidade e aplicações no cotidiano. (Resp.: A avaliação ficará a critério do tutor). 
 
8- Faça uma breve pesquisa sobre o ponto triplo da água. (Resp.: A avaliação ficará a 
critério do tutor). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 1 
 
Exemplo 1 
 
Temos inicialmente 200g de gelo a -10°C. Determine a 
quantidade de calor que essa massa de gelo deve receber 
para se transformar em 200g de água líquida a 20°C. 
 
 
 
Solução 
Para o melhor entendimento do 
problema, é importante a 
elaboração de um esboço do 
gráfico das fases do aquecimento: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Avaliando cada uma das etapas do 
aquecimento, temos: 
 
cal00021Q
0004000160001Q
)020.(1.20080.200)10(0(5,0.200Q
.c.mL.mc.mQ
QQQQ
Lfs
CBA





 
 
Resp.: A quantidade de calor necessária é 
igual a 21 000 cal. 
 
 
É importante lembrar que a temperatura de ebulição de um líquido depende da 
pressão exercida sobre ele. Para qualquer substância, se a pressão externa aumentar, 
o líquido ferverá em uma temperatura mais elevada. 
 
 
 
 
 
 
 
 2 
Na tabela abaixo, apresentamos o valor da ebulição da água em regiões com altitudes 
diferentes. 
 
Tabela 2 – Temperatura de ebulição da água em relação à altitude. 
 
Local Temperatura de ebulição 
da água 
Recife 100°C 
São Paulo 98°C 
Brasília 96°C 
Quito 90°C 
 
 
Você Sabia? 
 
Os peixes não são congelados no fundo dos oceanos porque a água possui um 
comportamento diferenciado em relação à sua solidificação. 
 
Todos já ouvimos falar que uma garrafa completamente cheia de água, quando 
colocada no refrigerador, pode estourar se a água congelar. Isso ocorre porque 
quando resfriamos a água a 4°C, seu volume diminui normalmente, como acontece 
com os demais líquidos; porém, se o resfriamento continuar, de 4°C até O°C, seu 
volume aumentará em vez de diminuir. 
 
 
 
Exemplo 2 
 
Uma pedra de gelo a 0ºC é colocada em 200g de água a 
30ºC, em um recipiente de capacidade térmica desprezível 
e isolado termicamente. O equilíbrio térmico se estabelece 
em 20ºC. 
 
Qual a massa da pedrade gelo? 
Adote: L= 80 cal/g e cL= 1 cal/g°C 
 
 
 
Solução: 
 
Aplicando a equação do equilíbrio térmico, temos: 
 
0.c.m.c.mL.m 3L2Lgg 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3 
 
Substituindo os valores dados na equação de equilíbrio: 
 
02000m100
0)3020.(1.200)020.(1m80.m
g
.gg

 
g20mg 
 
 
Resp.: A massa da pedra de gelo é igual a 20g. 
 
	a (1)
	a (2)
	a (3)
	a (4)
	a (5)
	a (6)
	a (7)
	a (8)
	a (9)
	a (10)
	a (11)
	a (12)
	a (13)
	a (14)
	a (15)
	a (16)
	a (17)
	a (18)
	a (19)
	a (20)
	a (21)
	a (22)
	a (23)
	a (24)
	a (25)
	a (26)
	a (27)
	a (28)
	a (29)
	a (30)
	b (0)
	b (1)
	b (2)
	b (3)
	b (4)
	b (5)
	b (6)
	b (7)
	b (8)
	b (9)
	b (10)
	b (11)
	b (12)
	b (13)
	b (14)
	b (15)
	b (16)
	b (17)
	b (18)
	b (19)
	b (20)
	b (21)
	b (22)
	b (23)
	c (0)
	c (1)
	c (2)
	c (3)
	c (4)
	c (5)
	c (6)
	c (7)
	c (8)
	c (9)
	c (10)
	c (11)
	c (12)
	c (13)
	c (14)
	c (15)
	c (16)
	c (17)
	c (18)
	c (19)
	c (20)
	c (21)
	c (22)
	c (23)
	c (24)
	c (25)
	d (0)
	d (1)
	d (2)
	d (3)
	d (4)
	d (5)
	d (6)
	d (7)
	d (8)
	d (9)
	d (10)
	d (11)
	d (12)
	d (13)
	d (14)
	d (15)
	d (16)
	d (17)
	d (18)
	d (19)
	d (20)
	d (21)
	d (22)
	d (23)
	d (24)
	d (25)
	d (26)
	d (27)
	d (28)
	d (29)
	d (30)
	d (31)
	d (32)
	d (33)
	d (34)
	d (35)
	d (36)
	d (37)
	d (38)
	d (39)
	d (40)
	d (41)
	d (42)
	d (43)
	d (44)
	d (45)
	d (46)
	d (47)
	d (48)
	d (49)
	d (50)
	d (51)
	d (52)
	d (53)
	d (54)
	d (55)
	d (56)
	d (57)
	e (0)
	e (1)
	e (2)
	e (3)
	e (4)
	e (5)
	e (6)
	e (7)
	e (8)
	e (9)
	e (10)
	e (11)
	e (12)
	e (13)
	e (14)
	f (0)
	f (1)
	f (2)
	f (3)
	f (4)
	g (0)
	g (1)
	g (2)
	g (3)
	g (4)
	g (5)
	g (6)
	g (7)
	h (0)
	h1
	i (0)
	i (1)
	i (2)
	i (3)
	i (4)
	i (5)
	i (6)
	i (7)
	i (8)
	i (9)
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	i (23)
	j (0)
	j1
	l (0)
	l (1)
	l (2)
	l (3)
	l (4)
	l (5)