Questes Objetivas Unidades 1a4 prova

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Disciplina: Física: Termodinâmica, Ondas e Óptica 
Questões objetivas – Atividades A1 - Unidades 1 a 4 
Grupo de Física 
 
Questões Objetivas 
Unidade 1 – HIDROSTÁTICA 
1) Em um trabalho de pesquisa escolar, Gabriel, aluno do quarto ano do Ensino Fundamental, 
perguntou a seu pai porque o gelo flutua na água. Seu pai, sem paciência, respondeu que o 
gelo sentia frio e para se aquecer subia até a superfície. Gabriel ficou desconfiado da resposta 
do pai e pesquisou na internet para encontrar a resposta correta. 
 
Em relação à flutuação do gelo, motivadora da história, considere as afirmativas a seguir. 
I - O gelo, sendo água concentrada, não consegue separar a água líquida e afundar, e, 
por causa disso, flutua. 
II - O gelo flutua em água porque o valor de sua densidade é menor que o valor da 
densidade da água. 
III - Se um cubo de gelo de massa 20 g estiver boiando em água, atuará sobre ele um 
empuxo de 20 gf. 
IV - Se um cubo de gelo de 20 g derreter inteiramente em um copo completamente 
cheio de água, 20 mL de água entornarão. 
Somente está CORRETO o que se lê em: 
 a) I e II 
 b) II e IV 
 c) III e IV 
 d) II e III 
 
I - O gelo não contém água líquida (ERRADO) 
II – Correto. Lembrando que quanto menor a temperatura do gelo menor a densidade (Ver gráfico). Se a 
densidade do gelo é igual à da água ele flutua abaixo da linha da superfície, se a densidade do gelo é menor 
que a da água líquida ele flutua acima da linha da superfície. 
III - Correto, se o objeto está flutuando, o empuxo é igual ao peso do objeto. 
IV – Errado, Para derramar 20 ml de água somente se o bloco tivesse totalmente fora da água e isso não vai 
ocorrer (1ml = 1cm3). 
Se um copo está totalmente cheio de água líquida e um cubo de gelo, esse cubo pode estar totalmente 
submerso, se a densidade do gelo for igual à da água líquida ou parcialmente submerso, se a densidade for 
menor. 
Se ele está flutuando (abaixo ou acima da linha da superfície): 
 
 
 
E=P 
ρH2O g Vdesl=mgelo g 
ρH2O Vdesl=mgelo 
1 g/cm3 . Vdesl=20 
Vdesl=20 cm
3 
Logo, como a massa do gelo é de 20 g e sabemos que ele flutua, Vdesl=20 cm
3 
 
Se o cubo de gelo derreter ele irá ocupar um volume de: 
ρH2O =m/V 
V=m/ ρH2O 
V=20/1= 20 cm3 
Logo, á água líquida do cubo derretido ocupará exatamente o mesmo volume que o cubo de gelo ocupava 
antes de derreter. 
 
 
 
2) O maior tubo que um mergulhador pode usar para respirar, denominado snorkel, na atividade de 
mergulho livre, tem um tamanho de 50 cm. Nesta situação, mergulhado na profundidade de 50 cm, 
qual é a diferença de pressão, em atmosferas, a que o mergulhador está submetido? 
(ρmar = 1030 kg/m
3 e g = 9,8 m/s2)? 
 
a) 5,00 
b) 1,05 
c) 0,05 
d) 0,95 
 
A diferença de pressão é dada por: 
ΔP = ρ.g.h 
ΔP = (1030 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 0,5 m) / 1,01x105 (para obter a resposta em atm) = 0,05 atm 
 
 
3) Quando um peixe está em repouso na água, ele está numa situação denominada equilíbrio 
estático. Este fato é explicado pelo Princípio de Arquimedes. Nesta situação, pode-se afirmar que: 
 
a) o empuxo da água é igual ao peso do peixe. 
b) o empuxo da agua é menor que o peso do peixe. 
c) o peso do peixe é equilibrado pela viscosidade da água. 
d) o peso do peixe é pequeno, comparado com a pressão da água. 
 
4) Prensas e elevadores hidráulicos utilizam a transmissão de pressão em um fluido em equilíbrio, 
denominado Princípio de Pascal, para reduzir os esforços necessários para elevar ou amassar um 
corpo. A figura a seguir mostra um modelo simplificado de elevador hidráulico. 
 
Determine o módulo da força F, em Newtons, aplicada no êmbolo A para que o sistema esteja em 
equilíbrio. 
 
a) 6400 
b) 8000 
c) 3200 
d) 1600 
 
Pelo Princípio de Pascal, temos: 
A pressão no fluido em A será transmitida a B: 
PA=PB 
F1/AA = F2/AB 
F/1 m2 = 800 N/0,25 m2 
F = 3200 N 
 
5) (UFRGS-93) Uma pedra, cuja massa específica é de 3,2 x 103 kg/m3, ao ser inteiramente 
submersa em determinado líquido, sofre uma perda aparente de peso igual à metade do peso que 
ela apresenta fora do líquido. A massa específica desse líquido é, em kg/m3: 
 
a) 1,6x103 
b) 3,2x103 
c) 4,8x103 
d) 2,0x103 
 
Essa perda aparente do peso é a força de empuxo, seu valor é metade do peso da pedra na ar. 
E = Par/2 
ρfluido.V.g = (ρpedra.V.g)/2 
Cancelando o volume V e a aceleração da gravidade g, obtemos: 
ρfluido = 3,2 x 10
3 kg/m3/2 = 1,6 x 103 kg/m3 
 
6) Um bloco maciço e homogêneo, de massa específica igual a 1400 kg/m3, flutua mantendo 40% 
do seu volume acima da superfície livre de um líquido. A massa específica desse líquido, em kg/m3, 
é igual a: 
 
a) 1,40 x103 
b) 2,80x103 
c) 2,33 x103 
d) 1,68x103 
 
O volume deslocado é 0,6 x Volume do bloco, já que 60% do bloco está dentro do líquido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7) Empresas de abastecimento de água, como a Copasa, em Minas Gerais, costumam usar uma 
unidade de medida de pressão denominada mca (metro de coluna de água). Se um reservatório da 
Copasa trabalha com uma pressão de 10 mca, essa pressão em atm vale, aproximadamente: 
 
a) 1,00 
b) 10,00 
c) 0,50 
d) 2,00 
 
A pressão de um fluido em equilíbrio depende da profundidade e da densidade do fluido. 
ΔP = ρ.g.h = 1000 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 10 m = 98000 Pa 
Sendo 1 atm = 1,01x1,01x105 Pa: 
ΔP = 98000 / 1,01x105 = 0,97 atm (aproximadamente 1,00 atm) 
10 metros de coluna de água corresponde a pressão de 1 atm. 
 
 
 
 
 
 
 
8) Uma pessoa sozinha, em pé, afunda no mar enquanto um navio, com 2 000 pessoas a bordo, em 
pé, pode flutuar. Diferentemente de estar dentro de um navio, a pessoa em pé, diretamente no 
mar, afunda porque: 
 
a) a densidade da pessoa é maior do que o empuxo da água sobre ela. 
b) a inércia da pessoa no navio é maior que o empuxo da água sobre ela. 
c) o empuxo da água sobre a pessoa é maior do que seu peso. 
d) o peso da água que ela desloca é menor do que seu próprio peso. 
 
A alternativa a) está incorreta, pois não podemos comparar diretamente a densidade da pessoa com o 
empuxo da água sobre a pessoa, pois a as grandezas são diferentes. A unidade no SI de densidade é kg/m3 
e o empuxo é uma força cuja unidade no SI é N (Newton). 
 
Assim, a pessoa afunda no mar porque a força peso da pessoa é maior do que a força de empuxo sobre 
ela, onde o empuxo é igual ao peso do fluido deslocado. Então nesse caso, o peso da água que a pessoa 
desloca é menor do que o seu próprio peso. 
 
9) Três crianças se divertem em uma piscina com auxílio de uma boia. A força com que a água 
empurra essas crianças e a boia para cima é, de acordo com o Princípio de Arquimedes, igual: 
a) ao peso do volume de água deslocado pela boia. 
b) a pressão exercida pelas crianças e pela boia. 
c) a densidade da água vezes o volume das crianças. 
d) ao peso de cada criança subtraído do peso da boia. 
 
 
10) A ilustração representa a experiência de Torricelli, realizada ao nível do mar. Com essa 
experiência, foi possível comprovar a existência da pressão atmosférica e medir seu valor pela 
primeira vez. O tubo utilizado por ele possuía um metro de comprimento e encontrava-se, 
inicialmente, completamente preenchido com mercúrio. 
 
 
Fonte: Experiência de Torricelli. In: Site “Mundo Educação”. Disponível em: <http://goo.gl/Qahw9X>. Acesso: 07 
jun. 2016. (Adpatado). 
 
A partir de sua experiência, Torricelli concluiu que o mercúrio desceu parcialmente devido à: 
 
a) existência de ar no tubo de vidro. 
b) pressão do vácuo no tubo de vidro. 
c) existência da pressão atmosférica. 
d) pressão do mercúrio no recipiente.Unidade 2 - TEMPERATURA, CALOR E DILATAÇÃO 
 
1) Em uma serralheria, um funcionário deseja ajustar um pino de metal ao orifício de uma placa, 
originalmente à temperatura de 22 oC. Entretanto, ele observa que o orifício já feito na placa possui 
diâmetro ligeiramente menor que o necessário, impedindo o encaixe do pino na placa. Em qual 
alternativa são apresentadas soluções possíveis para o problema proposto? 
 
a) Aquecer o pino ou resfriar a placa. 
b) Resfriar a placa e o pino simultaneamente. 
c) Resfriar o pino ou aquecer a placa. 
d) Aquecer o pino e a placa simultaneamente. 
 
 
2) Ao se aumentar em 1 oC a temperatura de uma barra metálica de 1 m de comprimento, observa-
se que seu comprimento aumenta em 2 x 10-2 mm. Uma haste de 80 cm de comprimento, feita do 
mesmo material, é submetida a um aumento de temperatura de 20 oC. Qual é a dilatação 
verificada na haste? 
a) 0,32 mm 
b) 0,23 mm 
c) 0,56 mm 
d) 0,65 mm 
 
Primeiro, é necessário calcular o coeficiente de dilatação da barra, que será o mesmo da haste. Utilizamos 
então a equação da dilatação linear, ΔL = Lo.α.Δt. Fazendo as substituições dos valores fornecidos, temos: 
2 x 10-2 mm = 1,0.103 mm x α x 1 oC → α = 2 x 10-5 oC-1. 
A seguir, procedemos ao cálculo da variação do comprimento da haste, usando a mesma equação, porém 
com os dados desse objeto. 
800 mm x 2 x 10-5 oC-1 x 20 oC = 0,32 mm. 
 
3) Dois cabos A e B, feitos de metais diferentes de mesmo comprimento, são submetidos a uma 
mesma variação de temperatura ΔT. Na nova temperatura, observa-se que os comprimentos de A e 
B aumentam 2% e 6%, respectivamente. Qual é a razão entre os coeficientes de dilatação linear dos 
cabos A e B (α A/ α B)? 
a) 0,18 
b) 0,22 
c) 0,25 
d) 0,33 
 
Para encontrar a razão pedida, devemos escrever a expressão para a razão ΔLA/ΔLB. 
Da equação ΔL = α.Lo. ΔT, temos: 
ΔLA = α A.LoA. ΔT e ΔLB = α B.LoB. ΔT. 
Como os valores LoA, LoB e ΔT são iguais, ao fazer a divisão, teremos: 
ΔLA/ΔLB = α A/ α B. 
Substituindo os percentuais de dilatação, temos: 
0,02/0,06 = α A/ α B. Logo, a fração procurada (α A/ α B) = ⅓ = 0,33. 
 
 
 
4) Em certa placa metálica, cujo coeficiente de dilatação linear é 17 x 10-6 oC-1, foi feito um orifício 
circular que apresenta, a 20 °C, área igual a 200 mm2. Qual o acréscimo de área verificado quando 
se eleva a temperatura da chapa para 220°C? 
a) 1,36 mm2 
b) 0,68 mm2 
c) 1,50 mm2 
d) 0,75 mm2 
 
Orifícios e buracos dilatam-se como se fossem sólidos. Logo, deve-se calcular a dilatação superficial para 
descobrir o aumento da área do orifício após o aquecimento da placa. 
 A equação para a dilatação superficial é: ΔA = β.Ao.ΔT, onde β = 2.α. 
Assim: β = 2 x 17 x 10-6 = 34 x 10-6 oC-1. 
Fazendo as substituições na equação para a dilatação superficial, temos: 
ΔA = 200 mm2 x (34 x 10-6 oC-1) x (220-20) oC = 1,36 mm2. 
 
5) Um frasco cheio de líquido até sua borda é aquecido. Nessa situação, observamos que parte do 
volume do líquido transborda do frasco. Como se chama o volume de líquido transbordado? 
 
a) Dilatação real do líquido. 
b) Dilatação aparente do líquido. 
c) Dilatação real do frasco. 
d) Dilatação real do líquido. 
 
6) Uma fonte calorífica fornece 1,50 x 105 J a uma determinada massa de água. Após certo tempo, 
a temperatura da água, cujo calor específico é 4180 J/kg.K, aumenta de 20 oC para 60 oC. Calcule a 
massa de água aquecida, em quilogramas. 
 
a) 0,60 
b) 0,70 
c) 0,80 
d) 0,90 
 
A equação que relaciona a variação de temperatura experimentada por uma substância com a quantidade 
de calor absorvida é a equação fundamental da calorimetria: 
ΔQ = m.c.ΔT. 
Substituindo os dados, temos: 
1,50 x 105 J = m x 4180 J/kg.K x (60 – 20) oC 
 m = 0,90 kg 
 
7) Uma pessoa deseja transformar, sob pressão normal, 50 g de água, a 20°C, em vapor de água, a 
100°C. Para atingir esse objetivo, qual será a quantidade de calor necessária? (Dados: calor 
específico da água = 4180 J/kgK; calor latente de vaporização = 2,26 x 106 J/kg) 
 
a) 1,30 x 105 J 
b) 1,13 x 105 J 
c) 1,67 x 104 J 
d) 9,61 x 104 J 
 
Observação: 
Quando a substância NÃO muda de fase se utiliza a equação: Q=mcΔT, como o aquecimento da água 
líquida. 
Quando o calor é adicionado ou retirado para a mudança de fase se utiliza a equação: Q=mL, neste caso é 
adicionado calor para transformar líquido em vapor. 
Também observe que, ao aquecer uma substância, ΔT será positivo e ao resfriar ΔT será negativo. 
Ao utilizar a equação Q=mL, se for para adicionar calor a equação é positiva, para retirar é negativa. 
 
A transformação mencionada no exercício é realizada em duas etapas distintas: 
- Aquecimento da água de 20 oC até 100 oC. 
- Transformação da água em vapor (que ocorre à temperatura constante de 100 oC). 
Para a primeira etapa, temos: ΔQ1 = m.c.ΔT. 
Substituindo os valores: ΔQ1 = 0,050 kg x4180 J/kgK x (100 -20) °C = 1,67 x 104 J. 
Para a segunda etapa, temos: ΔQ2 = m.L = 0,050 kg x 2,26 x 106 J/kg = 1,13 x 105 J. 
Somando as quantidades de calor das duas etapas ΔQ1 + ΔQ2, teremos a quantidade total de 
calor necessária para a transformação pedida no exercício. ΔQ1 + ΔQ2 = 1,30 x 105J. 
 
8) Nesta questão, são apresentadas algumas afirmações sobre temperatura e escalas 
termométricas. Analise-as e indique qual delas é verdadeira. 
a) A menor temperatura possível de ser atingida por qualquer substância é -273 K. 
b) Em uma porta de madeira com maçaneta metálica, a maçaneta estará sempre a uma 
temperatura menor do que a porta. 
c) A variação de temperatura, medida nas escalas Celsius e Kelvin, é sempre equivalente. 
d) A temperatura mede a quantidade de calor de uma substância. 
 
O valor de uma mesma temperatura na escala Celsius e Kelvin é diferente, mas a diferença é 
igual, ou seja, se a temperatura é 20o C seu valor em K é 293 K, mas se a temperatura variar 
1 oC, ela varia 1 K também! 
Desta forma, em equações com ΔT, não é necessário converter as temperaturas para K, mas 
quando se tratar de temperatura absoluta a conversão é necessária. Por exemplo, na equação 
dos gases ideais PV=nRT, a temperatura deve estar em K, caso a unidade da constante dos gases 
(R) estiver no SI (R = 8,3 J/mol.K). 
 
9) Uma pessoa aquece uma certa quantidade de água, inicialmente a 0 oC, até 10 oC. O que ocorre 
com o volume e com a densidade dessa massa de água durante o aquecimento na faixa de 
temperatura considerada? 
a) O volume aumenta e a densidade diminui continuamente em todo o intervalo considerado. 
b) De 0 a 4 oC, o volume diminui e a densidade aumenta; acima de 4 oC, ocorre o contrário. 
c) De 0 a 4 oC, o volume aumenta e a densidade diminui; acima de 4 oC, ocorre o contrário. 
d) O volume e a densidade aumentam continuamente em todo o intervalo considerado. 
 
d = m/V, se o volume diminui, a densidade aumenta! (Apostila, pág. 37) 
 
10) A lâmina bimetálica é composta de dois metais diferentes unidos, com mesmo comprimento à 
temperatura ambiente. Na figura, considere que o coeficiente de dilatação linear de A seja maior 
que o de B. 
 
Fonte: Lâmina bimetálica à temperatura ambiente. In: BLOG: OS FUNDAMENTOS DA FÍSICA. 
Disponível em: <http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2011/03/cursos-do-blog-
respostas-0103.html>. Acesso em: 11 jun. 2016. 
 
Como ficará a lâmina após ser aquecida? 
 
a) Curvada para cima, o metal B externo à curvatura. 
b) Curvada para baixo, o metal A externo à curvatura. 
c) Permanecerá plana, com os dois metais de mesmo comprimento. 
d) Permanecerá plana, com o metal A mais comprido que o metal B. 
 
Por estarem os dois metais justapostos, apesar de terem o mesmo comprimento inicial, a dilatação em 
ambos será diferente. Dessa maneira, como o metal A dilata-se mais do que o metal B, ele forçará o metal 
B para baixo, criando uma curva na qual o metal A ficará na parte externa. 
 
2)Unidade 3 - Gases, 1ª e 2ª Lei da Termodinâmica 
 
1) Em um experimento sobre os gases ideais, uma amostra de 20 L de gás hidrogênio (H2) 
encontrava-se inicialmente à temperatura de 27 oC, e pressão de 700 mmHg. Essa amostra foi 
então aquecida e sua temperatura atingiu 87 oC e 600 mmHg de pressão. Nesse novo estado, qual 
será o volume ocupado pelo gás? 
a) 20 L 
b) 28 L 
c) 38 L 
d) 40 L 
 
Para um gás ideal, é válida a relação: 
2
22
1
11
T
Vp
T
Vp

, sendo os índices 1 e 2 representativos de dois 
estados distintos do gás. Importante lembrar que, nessa relação, as temperaturas devem 
necessariamente estar expressas em Kelvin. Para as demais grandezas, é suficiente que estejam nas 
mesmas unidades. Considerando o estado inicial como estado 1 e atribuindo ao novo estado (final) o 
índice 2, temos: 
 
360
600
300
20700 2Vxx 
, o que nos leva a: 14000 x 360 = 300 x 600 x V2. 
Desenvolvendo, chegamos ao resultado: V2 = 
5
6
108,1
1004,5
x
x
= 28 L. 
 
 
2) O diagrama p x V destaca duas transformações possíveis de ocorrer em uma amostra gasosa: A 
 B e A C. 
 
TERMODINÂMICA (IV). 25 jun. 2013. In: BLOG Os fundamentos da física. Disponível em: 
<http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013_06_01_archive.html>. Acesso em: 16 jun. 2016. 
São feitas afirmações sobre características dessas transformações. Analise-as e identifique a única 
verdadeira. 
a) Em AC, o trabalho foi positivo e a temperatura aumentou. 
b) Em AB o trabalho foi negativo e a temperatura aumentou. 
c) Em AB e em AC a temperatura diminuiu. 
d) Em AC, a pressão e a temperatura permaneceram constantes. 
 
A letra a é verdadeira, pois de A para C o volume aumenta (V2 > V1), o que caracteriza trabalho positivo e 
a temperatura vai de T1 para T2. (O ponto A está na curva T1 e o ponto C está na curva T2.) Como a 
isoterma T1 está abaixo da isoterma T2, o valor da temperatura ao longo de T1 é menor do que ao longo de 
T2. 
Em AB o trabalho é nulo, (pois o volume permanece constante) diferente do afirmado na letra b. 
Em AB e em AC a temperatura aumenta, diferente do afirmado na letra c. 
Em AC, a pressão permanece constante (como afirmado na letra d), porém a temperatura aumenta. 
 
3) Em uma transformação isotérmica, uma dada massa gasosa recebe 2000 J na forma de calor de 
uma fonte externa. A variação da energia interna e o trabalho realizado pelo gás são, 
respectivamente: 
 
a) 0 e 2000 J 
b) 2000 J e 0 
c) 0 e 0 
d) 2000 J e 2000 J 
 
A variação da energia interna é nula (ΔU = 0), pois a transformação é isotérmica. 
Aplicando-se a primeira lei da termodinâmica (ΔU = Q - W), temos: 
 Q = W, para que ΔU = 0. Assim, como Q = 2000 J então W = 2000 J. 
 
4) O diagrama p x V descreve uma transformação cíclica sofrida por uma amostra de gás ideal. Ao 
longo da isoterma AB, o trabalho é 3,2 x 104 J. 
 
 
Fonte: SANTOS, José Carlos Fernandes dos. Transformações cíclicas e máquinas térmicas. In: Site “Globo – Educação – Física. 
Disponível em: <http://educacao.globo.com/fisica/assunto/termica/transformacoes-ciclicas-e-maquinas-termicas.html>. Acesso em: 
19 jun. 2016. (Adaptado). 
 
A quantidade de calor injetada no sistema ao longo de um ciclo é: 
 
a) - 1,2 x 104 J. 
b) - 2,0 x 104 J. 
c) 1,2 x 104 J. 
d) 8,0 x 103 J. 
 
Em uma transformação cíclica, a variação da energia interna é nula (ΔU = 0). 
Pela Primeira Lei da Termodinâmica, ΔU = Q - W, temos como condição para ΔU = 0: Q = W. 
O trabalho total é a soma do WAB + WBC. WBC = p ΔV. 
Logo WBC = 0,5 x 10
5 x (0,50 – 0,10). 
WBC = - 0,20 x 10
5 J. 
O trabalho no ciclo é, então: W = 3,2 x 104 + (- 0,20 x 105). W = 1,2 x 104 J. 
Como Q = W, Q = 1,2 x 104 J. 
 
 
 
5) A figura ilustra o esquema geral de uma máquina térmica. Considere uma máquina térmica que 
opere com os seguintes parâmetros: recebe 800 J da fonte quente e rejeita 300 J para uma fonte 
fria. 
 
 
Fonte: Esquema de funcionamento da máquina térmica. In: Site “Mundo Educação”. Disponível em: 
<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/segundo-principio-termodinamica.htm>. Acesso em: 19 jun. 
2016. (Adaptado). 
 
Nessa máquina, qual é a correspondência entre os valores e as referências indicadas no esquema? 
a) Q1 = 300 J; Q2 = 800 J; W = -800 J. 
b) Q1 = 800 J; Q2 = 300 J; W = 800 J. 
c) Q1 = 800 J; Q2 = 300 J; W = 300 J. 
d) Q1 = 800 J; Q2 = 300 J; W = 500 J. 
 
A fonte quente é, por definição, a fonte de calor que opera a maior temperatura e é a “fonte de energia” 
propriamente dita da máquina térmica. No esquema representado, a fonte quente (QQ) está representada 
por Q1, que “alimenta” a máquina térmica. Então Q1 = 800 J. 
Logo, Q2 somente pode ser a fonte fria, ou QF. Nesse caso, representada pelo ambiente para onde parte 
da energia, que não foi convertida em trabalho, será dirigida. Então Q2 = 300 J. 
Finalmente, o trabalho (W) é dado pela relação: W = QQ – QF. 
Então W = 800 J – 300 J = 500 J. 
 
6) Um refrigerador de Carnot retira 4 kW de calor de um ambiente operando entre as 
temperaturas de 300 K e 200 K. Nessas condições, a quantidade de energia consumida pelo 
refrigerador em meia hora de operação será: 
a) 3,6 x 106 J 
b) 7,2 x 106 J. 
c) 4,0 x 103 J. 
d) 2,9 x 106 J. 
 
Num refrigerador de Carnot é válida a seguinte relação entre as quantidades de calor e temperaturas de 
operação: TQ/TF = QQ/QF. 
Substituindo os valores, chegamos à relação: 300/200 = QQ/QF. Ou seja, 1,5 = QQ/QF, que pode ser escrita 
como: QQ = 1,5QF. 
Como o refrigerador retira 4 kW (quilo watt), isso equivale a 4000 J a cada segundo, logo QF = 4000 J e QQ 
= 6000 J. 
O trabalho realizado a cada segundo será W = | QQ| - |QF| = 2000 J. A potência é dada por: 
P = W/Δt. Para meia hora (1800 s) de operação, temos: W = 2 x 103 x 1800. W = 3,6 x 106 J. 
 
 
7) Uma máquina opera no Ciclo de Carnot, recebendo 1000 J da fonte quente, entre as 
temperaturas de 800 K e 400 K. Qual é a eficiência dessa máquina e qual o trabalho realizado? 
 
a) e = 0,5; W = 1000 J. 
b) e = 1,0; W = 1000 J. 
c) e = 0,5; W = 500 J. 
d) e = 1,0; W = 500 J. 
 
No ciclo de Carnot, a eficiência é dada por: e = 1- (TF/TQ). Então, e = 1 – (400/800) = 1 – 0,5 = 0,5. Ou seja, 
50% de rendimento. A eficiência, por sua vez, representa a percentagem de energia recebida da fonte 
quente que é convertida em trabalho. Então, se e = 0,5, significa que dos 1000 J recebidos, metade é 
convertida em trabalho. Logo, W = 500 J. 
 
 
8) A termodinâmica é baseada em princípios ou leis da termodinâmica, e descreve basicamente os 
processos de transferência de energia ocorridos nesses processos. A seguir são feitas afirmações 
sobre os princípios termodinâmicos. Classifique cada uma das afirmações como VERDADEIRA (V) 
ou FALSA (F). 
 
I - É impossível que qualquer máquina térmica apresente rendimento superior ao de uma máquina 
de Carnot, operando entre as mesmas temperaturas. 
II - A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação da energia. 
III – Sob certas condições, é possível transformar integralmente calor em trabalho. 
IV - Em um processo cíclico, a variação da energia interna do sistema é nula. 
Qual é a sequência CORRETA? 
 
a) V V F V. 
b) F V V V. 
c) V F F V. 
d) F V V F. 
 
I – O Ciclo de Carnot é, por definição, o ciclo de máximo rendimento possível para uma máquina térmica, 
trabalhando entre duas temperaturas dadas. Logo, a afirmativa I é verdadeira (V). 
II – O princípio geral da conservação da energia afirma que toda a energia disponível em um sistema se 
conserva, ou seja, se mantém constante. Logo, em qualquer sistema, parte da energia disponível pode ser 
convertida em trabalho e parte se transformará em calor. A afirmativa II é verdadeira (V). 
III – Essa afirmação contradiz a 2ª Lei da Termodinâmica, que afirma ser impossívela conversão de 100% 
de energia na forma de calor em trabalho. Logo, a afirmativa III é falsa (F). 
IV – Um processo, para ser cíclico, deve iniciar e terminar no mesmo ponto, o que implica que as 
temperaturas inicial e final sejam as mesmas. A energia interna, por sua vez, depende apenas da 
temperatura, então se as temperaturas inicial e final são iguais, a variação da energia interna do sistema 
no processo cíclico é nula. 
Resumindo, a sequência correta de classificação é: V V F V. 
 
 
 
9) Uma máquina térmica, operando no ciclo de Carnot, trabalha entre duas fontes cujas 
temperaturas são 227°C e -73°C. Qual é a eficiência percentual dessa máquina? 
a) 10%. 
b) 25%. 
c) 35%. 
d) 60%. 
 
A eficiência (e) de uma máquina de Carnot é dada por: e = 1 – (TF/TQ), com as temperaturas expressas em 
Kelvin. Convertendo as temperaturas, temos: 
TF -73 + 273 = 200 K e TQ = 227 + 273 = 500 K. 
Fazendo as substituições, temos: e = 1 – (200/500). 
Logo, e = 1 – 0,4 = 0,6. 
O rendimento expresso em percentual equivale a 60%. 
 
10) Uma amostra com 5 mols de um gás ideal, armazenado a 100 °C e sob pressão de 1,0x105 Pa, 
está em um recipiente de volume desconhecido. Qual é o volume desse recipiente? 
a) 0,041 m3. 
b) 0,072 m3. 
c) 0,15 m3. 
d) 0,30 m3. 
 
Usando a lei dos gases PV = nRT, com as unidades no SI, temos: 
1 x 105 Pa x V = 5 mols x 8,21 J/mol.K x 373 K logo V = 0,15 m3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Unidade 4 - Movimentos Periódicos e o Movimento Harmônico Simples 
 
1) No século XVI, Galileu Galilei observou que um candelabro da Catedral de Milão balançava 
quando o vento batia nele, gastando um certo tempo para executar esse balanço. Se o vento 
soprava mais forte, o pêndulo ia mais longe, mas gastava o mesmo tempo para executar esse 
movimento. Galileu usou o seu pulso para medir esse tempo. Esse movimento é bem modelado 
pelas equações do MHS (movimento harmônico simples) aplicadas a um pêndulo simples, nas quais 
o tempo de uma oscilação depende do comprimento desse pêndulo. 
O comprimento de qualquer material apresenta variações quando a temperatura ambiente varia, 
de maneira que o período de um pêndulo simples também irá variar. No verão, um pêndulo 
simples, cujo comprimento é 90 cm, executa um certo número de oscilações em um tempo igual a 
1800 s. Em quanto tempo esse pêndulo irá executar o mesmo número de oscilações no inverno, se 
com a redução de temperatura seu comprimento variar de 19 cm? 
a) 1981 s 
b) 1600 s 
c) 2027 s 
d) 1450 s 
 
Como período depende da raiz quadrada do comprimento e o comprimento foi reduzido devido à redução 
de temperatura no inverno, temos: Lf/Li = (90 – 19)/90 = 0,789, cuja raiz vale 0,888. 
Esse é o fator que altera o período, fornecendo Tf = 0,888 x 1800 = 1599 s. 
 
 
2) A figura abaixo representa um corpo mantido em repouso, preso a uma mola ideal, comprimida 
de 10 cm, e apoiado em uma superfície horizontal e sem atrito. 
 
Fonte: Núcleo de Educação a Distância (NEaD), Una, 2016. 
 
No instante t = 0, o corpo é abandonado e passa a realizar um movimento harmônico simples em 
torno da posição de equilíbrio O, que é a origem do eixo Ox, completando duas oscilações por 
segundo. 
O módulo dos valores máximos do deslocamento, velocidade e aceleração são, respectivamente: 
a) 0,10 m, 1,256 m/s e 15,78 m/s2 
b) 0,10 m, 12,56 m/s e 1,578 m/s2 
c) 1,0 m, 15,78 m/s e 1,256 m/s2 
d) 1,0 m, 12,56 m/s e 15,78 m/s2 
 
Usando as equações do movimento, temos que o módulo dos valores máximos ocorrem para os valores 
do seno e cosseno iguais a 1. 
Xmax = 0,1 m, Vmax = Aω = 0,1 x 2π x 2 = 1,256 m/s e amax = Aω
2 = 0,1 x (2π x 2)2 = 15,78 m/s2 
 
 
3) (ENADE 2008 - Adaptada) A análise de capacidade do processo de produção em uma empresa 
de cerâmica para pisos parte dos seguintes dados para os tempos-padrão dos ciclos de máquina: 
 Prensa: ciclos de 72 segundos para 2 peças por ciclo; 
 Esmalte: ciclos de 30 min, em uma esmaltadeira capaz de processar simultaneamente 60 
peças; 
 Forno para queima: ciclos de queima de 1 h, com até 240 placas de cerâmica a cada ciclo. 
A empresa já trabalha em 3 turnos diários de 8 horas, sem interrupção, e as necessidades de 
paradas das máquinas para preparação e manutenção são desprezíveis. A previsão de demanda 
indica a possibilidade de aumento de vendas de 10% ao ano, nos próximos 3 anos. A fábrica vende, 
atualmente, 2.000 peças de piso por dia, em média. 
FREITAS PEREIRA, Claudio Levi de, 2003 (com adaptações). 
Com base nos dados desse texto e nos conceitos da Física, assinale a afirmativa CORRETA. 
 
a) O período da prensa, esmalte e forno, respectivamente, são: 72 s, 30 min, 1h. 
b) A frequência da prensa, esmalte e forno, respectivamente, são: 72 s, 30 min, 1h. 
c) O período de cada turno nessa empresa é de 24 horas. 
d) A frequência de troca de turnos nessa fábrica é de 4 por dia. 
 
Para se chegar à resposta, basta usar a definição de período: o tempo gasto em cada ciclo. Neste 
caso: prensa 72 s, esmalte 30 min, forno 1 h. 
 
4) No esquema abaixo, um corpo de 1 kg está preso a uma mola de massa desprezível (k = 100 
N/m). O referido corpo, em repouso na posição B de equilíbrio do conjunto, é puxado até a posição 
C e, em seguida, abandonado. 
 
Fonte: Núcleo de Educação a Distância (NEaD), Una, 2016. 
 
O intervalo de tempo necessário para que esse corpo passe por B pela primeira vez é: 
 
a) 0,2 segundos 
b) 20 segundos 
c) 0,05 segundos 
d) 0,8 segundos 
 
Para o corpo passar por B pela primeira vez, ele deve andar 1 amplitude, o que corresponde a 1/4 
do período. 
Como T = 2π/ω e ω = √ , temos T = 2π√ = 0,2π segundos, dividido por 4, temos 0,05π 
segundos. 
 
5) Um astronauta pousa em um planeta e deseja medir a aceleração da gravidade usando um 
pêndulo simples ideal. Ele dependura um objeto de massa 0,50 kg em um fio inextensível de 1,0 m 
de comprimento. O objeto, ao ser posto para oscilar, realiza 100 ciclos em 2,50 minutos. Qual é a 
gravidade local? 
 
a) 5,70 m/s2 
b) 57,3 m/s2 
c) 8,60 m/s2 
d) 17,5 m/s2 
 
Para um pêndulo simples T = 2π√ . Nessa situação foi medido o tempo de 100 ciclos, logo 
T = 2,5 x 60/100 = 1,5 s. Resolvendo a equação para g, temos: g = 4 π2x1/1,52 = 17,5 m/s2. 
 
 
6) Numa escola que funciona em horário integral, o sinal para o término das aulas é acionado 
automaticamente por um relógio de pêndulo, que dispara uma campainha elétrica no momento 
adequado. Um grupo de estudantes, desejando ir embora mais cedo, planeja prender uma moeda 
de 1 real na massa do pêndulo, imaginando que assim ele irá oscilar mais rapidamente, adiantando 
o relógio e antecipando o sinal. 
O plano dará certo? Por quê? 
 
a) Não, porque o período de oscilação não depende da massa. 
b) Sim, porque aumentando a massa do pêndulo, reduz-se o período. 
c) Sim, porque a moeda, sendo metálica, afeta o valor de "g", alterando o período de oscilação do 
pêndulo. 
d) Não, porque aumentando-se a massa do pêndulo, o período aumenta. O relógio será atrasado e 
não adiantado, como pretendem os estudantes. 
 
O período de um pêndulo simples é dado por: T = 2π√ . 
Assim, o período só depende do comprimento do pêndulo e da aceleração da gravidade no local. 
 
7) Vários sistemas físicos funcionam, em uma primeira aproximação, como um oscilador harmônico 
simples. Em um laboratório de física básica, um objeto é preso a uma mola fixa e colocado sobre 
um trilho horizontal sem atrito. Sobre o objeto é colocada uma moeda e o conjunto é posto a 
oscilar. Durante todo o movimento de oscilação a moeda permanece estática sobre o objeto. 
Considerando um movimento completo do oscilador, em que ponto do movimento a força de 
atrito entre a moeda e o objeto foi maior? 
 
a) No ponto de equilíbrio. 
b) No ponto onde a velocidade do objeto é máxima. 
c) No ponto onde a velocidade do objetoé zero. 
d) No ponto onde o deslocamento do objeto é nulo. 
 
Como a força restauradora é diretamente proporcional ao deslocamento (Fel = - k.x), ela deve ser 
máxima no maior afastamento da posição de equilíbrio. Nesse ponto, temos aceleração máxima 
e velocidade zero. 
 
8) Uma peça rotativa, que gira com velocidade constante movida por um moinho de água, é usada 
para movimentar um socador de grãos (veja o esquema na Figura I). O movimento do socador pode 
ser considerado, com boa aproximação, como harmônico simples. O gráfico da figura II mostra 
como varia a velocidade do socador em função do tempo. 
 
Fonte: Núcleo de Educação a Distância (NEaD), Una, 2016. 
 
Com base nas informações fornecidas, é correto afirmar que: 
a) a aceleração do socador é máxima nos instantes 2 e 4 segundos. 
b) a velocidade do socador é máxima nos instantes 2 e 4 segundos. 
c) a amplitude da movimentação do socador é igual a 10 cm. 
d) o período do movimento do socador é igual a 6 segundos. 
 
9) A Terra demora 1 ano para completar uma volta ao redor do Sol. Este é chamado um movimento 
periódico e 1 ano é o período do movimento. Qual é a frequência do movimento da Terra em torno 
do Sol? Considere 1 ano = 365 dias. 
 
a) 3,17 x 10-6 Hz 
b) 1,16 x 10-5 Hz 
c) 2,32 x 10-5 Hz 
d) 3,17 x 10-8 Hz 
 
Como um dia tem 24 x 3600 segundos, temos f = 1/(24 x 3600 x 365) = 3,17 x 10-8 Hz. 
 
10) Um pêndulo simples oscila com uma pequena amplitude. Para duplicar o período do pêndulo, 
deve-se: 
a) reduzir a sua massa pela metade. 
b) duplicar a força usada para iniciar o movimento do pêndulo. 
c) quadruplicar o seu comprimento. 
d) duplicar a amplitude de oscilação. 
 
Como o período é diretamente proporcional à raiz quadrada do comprimento, ele deve ser multiplicado 
por quatro. 
 
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