Ondas e Termodinâmica - Física

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Exerc´ıcios sobre Ondas e Termodinaˆmica
1. Uma fila de soldados, marchando a 120 passos por minuto, acompanha
os passos com a batida de um tambor que vai na frente da fila. Observa-
se que os soldados na extremidade posterior da fila esta˜o marchando
para a frente com o pe´ esquerdo quando o soldado que toca o tambor
esta´ avanc¸ando com o pe´ direito. Qual e´ o comprimento aproximado
da fila?
2. Terremotos geram ondas sonoras no interior da Terra. Ao contra´rio
de um ga´s, a Terra pode transmitir tanto ondas sonoras transversais
(S) como ondas sonoras longitudinais (P). A velocidade das ondas S
e´ da ordem de 4,5 km/s e a das ondas P e´ da ordem de 8,0 km/s.
Um sismo´grafo registra as ondas P e S de um terremoto. As primeiras
ondas P chegam 3,0 minutos antes das primeiras ondas S. Se as ondas
se propagaram em linha reta, a que distaˆncia ocorreu o terremoto?
3. O ultra-som para diagno´stico na frequeˆncia de 4, 5 MHz e´ usado para
examinar tumores em tecidos moles.
(a) Qual e´ o comprimento de onda no ar de uma onda sonora desse
tipo?
(b) Se a velocidade do som no tecido for de 1500 m/s, qual sera´ o
comprimento de onda desta onda no tecido?
4. Dois sons diferem em n´ıvel sonoro por 1 dB. Qual e´ a raza˜o entre a
maior intensidade e a menor intensidade?
5. Quando fazemos vibrar a extremidade de uma corda periodicamente,
a onda que se forma sobre ela e´ chamada de onda harmoˆnica.
Uma onda harmoˆnica com frequeˆncia de 60 Hz e amplitude de 0,02 m
desloca-se em uma corda a` velocidade de 10 m/s. Que func¸a˜o descreve
a variac¸a˜o da altura y da corda em termos da posic¸a˜o x na corda e do
tempo?
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6. Uma corda de 3,0 m de comprimento, fixa nas suas duas extremidades,
ressoa no seu segundo harmoˆnico, na frequeˆncia de 60 Hz. Qual e´ a
velocidade das ondas que se propagam nessa corda dando origem a`
onda estaciona´ria?
7. Qual e´ a leitura na escala Celsius que corresponde a duas vezes a leitura
na escala Farenheit?
8. Considere que 200 J de trabalho sa˜o realizados sobre um sistema e que
70,0 cal sa˜o extra´ıdas do sistema na forma de calor. No sentido da
primeira lei da termodinaˆmica, quais sa˜o os valores (incluindo sinais
alge´bricos) de τ , Q e ∆U?
9. Um sistema termodinaˆmico e´ levado de um estado inicial A para um
outro estado B e de volta ao estado A, passando pelo estado C, como
mostrado na figura.
(a) Complete a tabela abaixo da figura com o sinal de cada grandeza
termodinaˆmica associada com cada etapa do ciclo;
(b) Calcule o valor nume´rico do trabalho realizado pelo sistema para
o ciclo ABCA completo.
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10. Dois mols de um ga´s ideal sa˜o aquecidos a` pressa˜o constante de 1 atm,
de T = 300 K, ate´ T = 380 K.
(a) Desenhe um diagrama p-V para esse processo;
(b) Calcule o trabalho realizado pelo ga´s.
11. Um ga´s no interior de um cilindro se expande de um volume igual a 0,11
m3 para 0,32 m3. O calor flui para dentro do sistema com uma taxa
suficiente para manter a pressa˜o constante igual a 1, 8×105 Pa durante
a expansa˜o. O calor total fornecido ao sistema e´ igual a 1, 15× 105 J.
(a) Calcule o trabalho realizado pelo ga´s;
(b) Ache a variac¸a˜o da energia interna do ga´s.
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