Lista de exercícios Física 2 - Jose Alejandro Moreno

Prévia do material em texto

Normas: 
1. O valor total dos exercícios a serem realizados é de 30% sobre a segunda prova referente à Física 2. 
2. A lista de exercícios é para ser entregue no dia da prova. Em nenhumas hipótese pode ser entregue depois. 
3. Esses 30% só tem valor sobre a prova marcada, não possui valor nenhum sobre a segunda chamada 
referente a essa avaliação. 
4. Os exercícios preferivelmente devem serem feitos em folhas brancas. 
5. O resultado de cada exercício deve ser destacado em um quadro vermelho para facilitar a correção. 
6. Grampear o total das folhas antes de entregar é suficiente, não é necessário armazenar em pastas, ou 
encadernar. 
 
1. Qual é o valor de FR para que a barra permaneça em 
equilíbrio estático. Apresente os cálculos que 
justifiquem sua resposta. 
 
2. Móbile de 4 ornamentos e 3 varas. As distâncias (em 
cm) estão indicados na figura, e a massa de um dos 
ornamentos é conhecida. Determine as massas dos 
ornamentos A , B e C de modo que o móbile fique em 
equilíbrio. 
 
3. As passarelas são sustentadas por hastes verticais e 
mantidas no lugar por porcas atarraxadas nas hastes. 
Cada passarela tem pessoas que se encontram 
concentradas sobre elas em posições especificas e com 
um peso indicado no desenho. Se as porcas são 
desenhadas para sustentar 300N, quais porcas estão 
predispostas a falhar? 
 
 
 
4. Determine as componentes verticais das reações para 
a viga. Esqueça o peso da viga. 
 
5. Calcule as reações nos apoios de:
 
6. Na figura uma viga uniforme, de comprimento L e 
massa m = 2,7 kg, está em repouso sobre duas 
balanças. Um bloco uniforme, de massa M = 3,5 kg, 
está em repouso sobre a viga, com o centro a uma 
distância L/4 da extremidade esquerda da viga. Quais 
são as leituras das balanças? 
 
7. Na figura uma escada de comprimento L = 15 m e 
massa m = 25 kg está encostada em um muro liso (sem 
atrito). A extremidade superior da escada está a uma 
altura h = 12,3 m acima do piso onde a extremidade 
inferior está apoiada (existe atrito entre a escada e o 
piso). O centro de massa 
da escada está a uma 
distância L/4 da 
extremidade inferior. Um 
bombeiro de massa M = 
65 kg sobe na escada até 
que seu centro de massa 
esteja a uma distância L/2 
da extremidade inferior. 
Quais são, neste 
momento, os módulos 
das forças exercidas pelo 
muro e pelo piso sobre a 
escada? 
17 g 
8. A figura mostra um cofre, de massa M = 330 kg, 
pendurado por uma corda presa a uma lança de 
guindaste de dimensões a = 2,3 m e b = 2,7 m. A lança 
é composta por uma viga articulada e um cabo 
horizontal. A viga, feita de material uniforme, tem uma 
massa m de 73 kg; a massa do cabo e da corda são 
desprezíveis. Calcule o valor da tensão do cabo. 
 
9. Uma barra horizontal de alumínio com 4,8 cm de 
diâmetro se projeta 5,3 m para fora de uma parede. 
Um objeto de 130 kg está suspenso na extremidade da 
haste. Desprezando a massa da barra, determine: 
a) A tensão de cisalhamento que age sobre a haste 
b) A deflexão vertical da extremidade da haste 
 
10. Um túnel de comprimento L = 150 m, altura H = 7,2 m, 
largura de 5,8 m e teto plano deve ser construído a uma 
distância d = 60 m da superfície. O teto do túnel deve 
ser sustentado inteiramente por colunas quadradas de 
aço com uma seção reta de 870 cm2. A massa de 1 cm3 
de solo é 2,8 g. 
Qual é o peso total que as colunas do túnel devem 
sustentar? 
Quantas colunas são necessárias para manter a tensão 
compressiva em cada coluna na metade do limite de 
elasticidade? 
 
11. Uma sala de estar tem 4,2 m de comprimento, 3,5 m 
de largura e 2,4 m de altura. 
a) Qual é o peso do ar na sala se a pressão do ar é 1,0 
atm? 
b) Qual é o módulo da força que a atmosfera exerce 
sobre o alto da cabeça de uma pessoa, que tem uma 
área da ordem de 0,35 m2? 
 
12. Na figura a água atinge uma altura H = 45 m atrás da 
face vertical de uma represa com W = 365 m de largura. 
Determine: 
a) A força horizontal a que está submetida a represa 
por causa da pressão manométrica da água. 
b) O torque produzido por essa força em relação a uma 
reta que passa por O e é paralelo à face plana da 
represa. 
 
13. Na figura, um bloco de massa específica 𝜌 =
800 𝑘𝑔 𝑚3⁄ flutua em um fluido de massa específica 
𝜌𝑓 = 1200𝑘𝑔 𝑚
3⁄ O bloco tem uma altura 𝐻 = 6 𝑐𝑚. 
a) Qual é a altura ℎ da parte submersa do bloco? 
b) Se o bloco é totalmente imerso e depois liberado, 
qual é o módulo da sua aceleração? 
 
14. A figura mostra um encanamento e indica a vazão (em 
cm3/s) e o sentido do escoamento em todos os canos 
exceto um. Quais são a vazão e o sentido do 
escoamento neste cano? 
 
15. A figura mostra que o jato de água que sai de uma 
torneira fica progressivamente mais fino durante a 
queda. As áreas das seções retas indicadas são 𝐴0 =
1,2 𝑐𝑚2 e 𝐴 = 0,35 𝑐𝑚2. Os dois níveis estão 
separados por uma distância vertical ℎ = 45 𝑚𝑚. Qual 
é a vazão da torneira? 
 
16. Um cano horizontal de calibre variável cuja seção reta 
muda de 𝐴1 = 1,2𝑥10
−3 𝑚2 para 𝐴2 = 𝐴1/2, conduz 
um fluxo laminar de agua. A diferença de pressão entre 
a parte larga e a parte estreita do cano é 3120 𝑃𝑎. Qual 
é a vazão 𝑅𝑣 de agua? 
 
17. Um cano com um diâmetro interno de 2,5 cm 
transporta água para o porão de uma casa a uma 
velocidade de 0,9 m/s com uma pressão de 170 kPa. Se 
o cano se estreita para 1,2 cm e sobe para o segundo 
piso, 7,6 m acima do ponto de entrada, quais são: 
a) A velocidade 
b) A pressão da água no segundo piso? 
 
18. Um grande aquário de 5 m de altura está cheio de água 
doce até uma altura de 2 m. Uma das paredes do 
aquário é feita de plástico e tem 8 m de largura. De 
quanto aumenta a força exercida sobre esta parede se 
a altura da água é aumentada para 4 m? 
 
19. A água que sai de um cano de 1,9 cm (diâmetro 
interno) passa por três canos de 1,3 cm. 
a) Se as vazões nos três canos menores são 26, 19, e 11 
L/min, qual é a vazão no tubo de 1,9 cm? 
b) Qual é a razão entre a velocidade da água no cano 
de 1,9 cm e a velocidade no cano em que a vazão é 26 
L/min? 
 
20. A água de um porão inundado é bombeada com uma 
velocidade de 5 m/s através de uma mangueira com 1 
cm de raio. A mangueira passa por uma janela 3 m 
acima do nível da água. Qual é a potência hidráulica da 
bomba? 
 
21. Um fio de aço de L = 130 cm e d = 1,1 mm é aquecido 
a 830 °C e conectado a dois suportes. Qual a força que 
aparece no fio quando ele é resfriado a 20 °C? 
 
22. Em um dia quente em Las Vegas um caminhão-tanque 
foi carregado com 27000 L de óleo diesel. Ele 
encontrou tempo frio ao chegar a Payson, Utah, onde 
a temperatura estava 25 k abaixo da temperatura de 
Las Vegas, e onde ele entregou a carga. Quantos litros 
foram-descarregados? O coeficiente de dilatação 
volumétrica do óleo diesel é 9,50x10-4 °C-1, e o 
coeficiente de dilatação linear do aço de que é feito o 
tanque do caminhão é 11x10-6 °C-1 
 
23. O coeficiente de dilatação linear do aço é de 1,1x10-5 
ºC-1. Os trilhos de uma via férrea têm 7m cada uma na 
temperatura de 0 °C. Sabendo-se que a temperatura 
máxima na região onde se encontra a estrada é 42 °C, 
o espaçamento mínimo entre dois trilhos consecutivos 
deve ser, aproximadamente, de: 
 
24. As barras A e B da figura têm, respectivamente, 
comprimentos 1000 mm e 1001 mm, à 20 °C. Seus 
coeficientes de dilatação lineal são 6x10–5 °C-1 e 2x10–5 
°C-1. Determine a temperatura em que a barra C ficará 
sempre na posição horizontal. 
 
25. a) Que quantidade de calor deve absorver uma 
amostrade gelo de massa m = 720 g a -10 °C para 
passar ao estado líquido a 15 °C? 
b) Se fornecemos ao gelo uma energia total de apenas 
210 kj (na forma de calor), quais são o estado final e a 
temperatura da amostra? 
 
26. A figura mostra a seção reta de uma parede feita com 
uma camada interna de madeira, de espessura 𝐿𝑎, uma 
camada externa de tijolos, de espessura 𝐿𝑑 = 2𝐿𝑎, e 
duas camadas externas de espessura e composição 
desconhecidas. A condutividade térmica da madeira é 
𝑘𝑎 e a dos tijolos é 𝑘𝑑 = 5𝑘𝑎. A área 𝐴 da parede 
também é desconhecida. A condução térmica através 
da parede atingiu o regime estacionário: as únicas 
temperaturas conhecidas são 𝑇1 = 25 ℃, 𝑇2 = 20 ℃ e 
𝑇5 = −10 ℃. Qual é a temperatura 𝑇4? 
 
27. Considere a placa da figura. Suponha que 𝐿 =
15 𝑐𝑚, A = 70 𝑐𝑚2 e que o material é cobre. Se 𝑇1 =
125 ℃, 𝑇2 = 10 ℃ e o regime estacionário é atingido, 
determine o calor conduzido através da placa. 
 
28. Calcule o fluxo de calor por 𝑚2 de parede de espessura 
𝐿 = 20 𝑐𝑚 de pinho cuja temperatura interna se 
encontra a 𝑇𝑖 = 25 ℃ com um coeficiente de 
convecção de ℎ𝑖 = 2 𝑊/𝑚
2 ∙ 𝐾 e uma temperatura 
externa de 𝑇𝑒 = 35 ℃ onde tem um vento muito 
rápido provocando um coeficiente de convecção de 
ℎ𝑒 = 50 𝑊/𝑚
2 ∙ 𝐾 
 
29. Um bloco cuja massa 𝑚 é 680 𝑔 está preso a uma mola 
cuja constante elástica 𝑘 é 65 𝑁/𝑚. O bloco é puxado 
sobre uma superfície sem atrito por uma distância 𝑥 =
11 𝑐𝑚 a partir da posição de equilíbrio em 𝑥 = 0 e 
liberado a partir do repouso no instante 𝑡 = 0. 
a) Quais são a frequência angular, a frequência e o 
período do movimento resultante. 
b) Qual é a amplitude das oscilações? 
c) Qual é a velocidade máxima 𝑣𝑚 do bloco e onde se 
encontra o bloco quando tem essa velocidade? 
d) Qual é o módulo 𝑎𝑚 da aceleração máxima do 
bloco? 
e) Qual é a constante de fase 𝛷 do movimento? 
f) Qual é a função deslocamento 𝑥(𝑡) do sistema bloco-
mola? 
 
30. Em 𝑡 = 0 o deslocamento 𝑥(0) do bloco de um 
oscilador linear como o da figura é −8,5 𝑐𝑚. A 
velocidade do bloco 𝑣(0) nesse instante é −0,93 𝑚/𝑠, 
e a aceleração 𝑎(0) é 47 𝑚/𝑠
2 
a) Qual é a frequência angular 𝜔 desse sistema? 
b) Quais são os valores da constante de fase 𝛷 e da 
amplitude 𝑥𝑚? 
 
 
31. Quando um pulso sonoro, como o som de um bater de 
palmas, é produzido perto da escadaria da pirâmide 
dos maias as ondas sonoras são refletidas pelos 
degraus, primeiro pelos mais próximos e depois pelos 
mais afastados. Os degraus têm 0,263 m de largura e 
altura, a velocidade do som é 343 m/s. A trajetória das 
ondas sonoras até os degraus mais baixos pode ser 
tomada como sendo aproximadamente horizontal. A 
trajetória até os degraus mais altos faz um ângulo de 
aproximadamente 45° com a horizontal. Com que 
frequência fbase os ecos produzidos pela reflexão dos 
pulsos nos degraus próximos da base da pirâmide 
chegam ao ouvinte? Com que frequência falto os ecos 
produzidos pela reflexão dos pulsos nos degraus 
próximos do alto da pirâmide chegam ao ouvinte, um 
pouco mais tarde? 
 
32. Uma centelha elétrica tem a forma de um segmento 
de reta de comprimento 𝐿 = 10 𝑚 e emite um pulso 
sonoro que se propaga radialmente. A potência da 
emissão é 𝑃𝑠 = 1,6𝑥10
4 𝑊. 
a) Qual é a intensidade 𝐼 do som a uma distância 𝑟 =
12 𝑚 da centelha? 
 
33. Uma onda sonora como uma frequência de 300 Hz tem 
uma intensidade de 1 𝜇𝑊/𝑚2. Qual é a amplitude das 
oscilações do ar causadas por esta onda? 
 
34. Uma menina está sentada perto da janela aberta de um 
trem que viaja para leste com uma velocidade de 
10 𝑚/𝑠. O tio da menina está parado na plataforma e 
observa o trem se afastar. O apito da locomotiva 
produz um som com uma frequência de 500 𝐻𝑧. O ar 
esta parado. 
a) Que frequência o tio ouve? 
b) Que frequência a menina ouve? 
c) Um vento do leste começa a soprar a 10 𝑚/𝑠. Que 
frequência o tio passa a ouvir? 
d) Que frequência a menina passa a ouvir?