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CARNEIRO, J.C.S., IFCE 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará – IFCE Curso: Engenharia Civil - Campus Fortaleza - Sem: 2016/2 Disciplina: Física I - Prof: José Carlos Carneiro - Turno: Manhã 1ª Lista de Exercícios – Capítulo 1 - Introdução à Física OBS: Utilizar aproximação de 𝟎, 𝟎𝟏 em todos os problemas. 1. Complete as seguintes igualdades: a) 𝟕𝟖𝟎 𝐦 = 𝐡𝐦 b) 𝟎, 𝟑𝟎𝟒𝟕 𝐡𝐦 = 𝐤𝐦 c) 𝟎, 𝟒 𝐤𝐠 = 𝐝𝐠 d) 𝟏𝟓, 𝟐 𝐡𝐠 = 𝐤𝐠 e) 𝟏 𝐚𝐧𝐨 = 𝐬 f) 𝟑𝐝 𝟐𝐡 𝟏𝟎 𝐦𝐢𝐧 = 𝐦𝐢𝐧 g) 𝟎, 𝟓 𝐦/𝐬 = 𝐤𝐦/𝐡 h) 𝟎, 𝟑 𝐤𝐦/𝐡 = 𝐦𝐦/𝐬 i) 𝟐𝟓𝟎𝟎 𝐤𝐠/𝐦𝟑 = 𝐠/𝐜𝐦𝟑 j) 𝟕, 𝟖 𝐠/𝐜𝐦𝟑 = 𝐤𝐠/𝐝𝐦𝟑 2. Escreva os resultados de medidas que seguem utilizando notação científica, forneça também a ordem de grandeza de cada uma delas. a) 𝟐𝟎𝟎 milhões de habitantes; b) 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟖𝟏𝟒 𝐤𝐠;; c) 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟔𝟖 𝐬; d) 𝟎, 𝟎𝟒𝟓. 𝟏𝟎−𝟑 𝐬; e) 𝟑𝟗𝟖𝟓. 𝟏𝟎𝟒 𝐤𝐦; f) 𝟎, 𝟑𝟏𝟒𝟐 𝐬; g) 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟕𝟐. 𝟏𝟎−𝟓 𝐜𝐦; h) 𝟑𝟕𝟗 𝐡; i) 𝟔𝟑𝟕𝟎𝟎𝟎𝟎 𝐦; j) 𝟐𝟕𝟗𝟔𝟎𝟎𝟎 𝐡. 3. Efetue as operações seguintes referindo-se à unidade indicada: a) 𝟒𝟓𝟏 𝐜𝐦 + 𝟑, 𝟐 𝐝𝐚𝐦 + 𝟐𝟒 𝐝𝐦 = 𝐦 b) 𝟕 𝒅𝒎𝟐 + 𝟕, 𝟐 𝒄𝒎𝟐 + 𝟕𝟏 𝒎𝒎𝟐 = 𝒎𝟐 c) 𝟏 𝐤𝐠 + 𝟏 𝐡𝐠 + 𝟏 𝐝𝐚𝐠 − 𝟏𝟏𝟏𝟎 𝐠 = 𝐠 d) 3 anos – 15 meses 8 dias e 3 horas = 𝐬 4. Efetue os cálculos a seguir e exprima o resultado em notação científica. a) (𝟓,𝟔𝐱𝟏𝟎−𝟓).(𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓) (𝟐,𝟒𝐱𝟏𝟎−𝟏𝟐) b) (𝟏𝟒, 𝟐)(𝟔, 𝟒𝐱𝟏𝟎𝟕)(𝟖, 𝟐𝐱𝟏𝟎−𝟗) − 𝟒, 𝟎𝟔 c) (𝟔,𝟏𝒙𝟏𝟎−𝟔) 𝟐 (𝟑,𝟔𝒙𝟏𝟎𝟒) 𝟑 (𝟑,𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟏) 𝟏 𝟐⁄ d) (𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟔𝟒) 𝟏 𝟑⁄ [(𝟏𝟐,𝟖𝐱𝟏𝟎−𝟑)(𝟒𝟗𝟎𝐱𝟏𝟎−𝟏) 𝟏 𝟐⁄ ] 5. Efetue os seguintes cálculos, arredonde o resultado expressando-o em notação científica. a) (𝟐𝟎𝟎, 𝟗). (𝟓𝟔𝟗, 𝟑) b) (𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟓𝟏𝟑). (𝟔𝟐, 𝟑𝐱𝟏𝟎𝟕) c) 𝟐𝟖, 𝟒𝟎𝟏 + (𝟓, 𝟕𝟖𝒙𝟏𝟎𝟒) d) 𝟔𝟑,𝟐𝟓 (𝟒,𝟏𝟕𝐱𝟏𝟎−𝟑) 6. A Terra tem a forma aproximada de uma esfera com 𝟔, 𝟑𝟕. 𝟏𝟎𝟔𝐦 de raio. Determine: a) A circunferência da Terra em quilômetros, CARNEIRO, J.C.S., IFCE 2 b) A área da superfície da Terra em quilômetros quadrados; c) O volume da Terra em quilômetros cúbicos. 7. A massa de um átomo de urânio é 𝟒, 𝟎. 𝟏𝟎−𝟐𝟔 𝐤𝐠. Quantos átomos de urânio existem em 𝟖𝐠 de urânio puro? 8. O micrômetro (𝟏𝛍𝐦) também é chamado de mícron. Responda: a) Quantos mícrons tem 𝟏, 𝟎𝐤𝐦? b) Que fração do centímetro é igual a 𝟏, 𝟎𝛍𝐦? 9. Os engenheiros hidráulicos dos Estados Unidos usam frequentemente, como unidade de volume de água, o acre-pé, definido como o volume de água necessário para cobrir 𝟏 acre de terra até uma profundidade de 𝟏 pé. Uma forte tempestade despejou 𝟐, 𝟎 polegadas de chuva em 𝟑𝟎𝐦𝐢𝐧 em uma cidade com uma área de 𝟐𝟔𝐤𝐦𝟐. Que volume de água, em acres-pés, caiu sobre a cidade? 10. A Antártica é aproximadamente semicircular, com um raio de 𝟐𝟎𝟎𝟎𝐤𝐦. A espessura da cobertura de gelo é 𝟑𝟎𝟎𝟎𝐦. Quantos centímetros cúbicos de gelo contêm a Antártica? (Ignore a curvatura da Terra.) 11. Até 1913, cada cidade do Brasil tinha sua hora local. Hoje em dia, os viajantes acertam o relógio apenas quando a variação de tempo é igual a 𝟏, 𝟎𝐡 (o que corresponde a um fuso horário). Que distância, em média, uma pessoa deve percorrer, em graus de longitude, para passar de um fuso horário a outro e ter que acertar o relógio? (Sugestão: a Terra gira 𝟑𝟔𝟎° em aproximadamente 𝟐𝟒𝐡.) 12. Por cerca de 𝟏𝟎 anos após a Revolução Francesa, o governo francês tentou basear as medidas de tempo em múltiplos de dez: uma semana tinha 𝟏𝟎 dias, um dia tinha 𝟏𝟎 horas, uma hora consistia em 𝟏𝟎𝟎 minutos e um minuto consistia em 𝟏𝟎𝟎 segundos. Responda: a) Qual a razão da semana decimal francesa para a semana comum? b) Qual a razão do segundo decimal francês para o segundo comum? CARNEIRO, J.C.S., IFCE 3 13. Três relógios digitais A, B e C funcionam com velocidades diferentes e não têm leituras simultâneas de zero. A figura abaixo mostra leituras simultâneas de pares dos relógios em quatro ocasiões. Na primeira ocasião, por exemplo, B indica 𝟐𝟓, 𝟎𝐬 e 𝐂 indica 𝟗𝟐, 𝟎𝐬. Se o intervalo entre dois eventos é 𝟔𝟎𝟎𝐬 de acordo com o relógio A, qual é o intervalo entre os eventos? a) No relógio B; b) No relógio C. c) Quando o relógio 𝐀 indica 𝟒𝟎𝟎𝐬, qual é a indicação do relógio 𝐁? d) Quando o relógio 𝐂 indica 𝟏𝟓, 𝟎𝐬, qual é a indicação do relógio 𝐁? (Suponha que as leituras sejam negativas para instantes anteriores a zero.). 14. Um tempo de aula (𝟓𝟎𝐦𝐢𝐧) é aproximadamente igual a 𝟏microsséculo. Responda: a) Qual é a duração de um microsséculo em minutos? b) Usando a relação 𝐞(%) = ( 𝐫𝐞𝐚𝐥 − 𝐚𝐩𝐫𝐨𝐱𝐢𝐦𝐚𝐝𝐨 𝐫𝐞𝐚𝐥 ) . 𝟏𝟎𝟎 determine o erro percentual 𝐞(%) dessa aproximação. 15. Como a velocidade de rotação da Terra está diminuindo gradualmente, a duração dos dias está aumentando: o dia no final de 𝟏, 𝟎𝐬é𝐜𝐮𝐥𝐨 é 𝟏, 𝟎𝐦𝐬 mais longo que o dia no início do século. Qual é o aumento da duração do dia após 𝟐𝟎 séculos? 16. A planta de crescimento mais rápido de que se tem notícia é uma Hesperoyucca whipplei que cresceu 𝟑, 𝟕𝐦 em 𝟏𝟒 dias. Qual foi a velocidade de crescimento da planta em micrômetros por segundo? 17. Suponha que você esteja deitado na praia, perto do Equador, vendo o Sol se pôr em um mar calmo, e liga um cronômetro no momento em que o Sol desaparece. Em seguida, você se levanta, deslocando os olhos para cima de uma distância 𝐇 = 𝟏, 𝟕𝟎𝐦, e desliga o cronômetro no momento em que o Sol volta a desaparecer. Se o tempo indicado no cronômetro é 𝒕 = 𝟏𝟏, 𝟏𝐬, qual é o raio da Terra? CARNEIRO, J.C.S., IFCE 4 18. O ouro, que tem uma massa específica de 𝟏𝟗, 𝟑𝟐𝒈/𝒄𝒎𝟑, é um metal extremamente dúctil e maleável, isto é, pode ser transformado em fios ou folhas muito finas. Responda: a) Se uma amostra de outro, com uma massa de 𝟐𝟕, 𝟔𝟑𝐠, é prensada até se tornar uma folha com 𝟏, 𝟎𝟎𝟎𝛍𝐦 de espessura, qual é a área dessa folha? b) Se, em vez disso, o ouro é transformado em um fio cilíndrico com 𝟐, 𝟓𝟎𝟎𝛍𝐦 de raio, qual é o comprimento do fio? 19. Supondo que a água tenha uma massa específica de exatamente 𝟏𝒈/𝒄𝒎𝟑, determine: a) A massa de um metro cúbico de água em quilogramas; b) Se são necessárias 𝟏𝟎, 𝟎𝐡 para drenar um recipiente com 𝟓𝟕𝟎𝟎𝐦𝟑 de água. Qual é a “vazão mássica” da água do recipiente, em quilogramas por segundo? 20. Durante uma tempestade, parte da encosta de uma montanha, com 𝟐, 𝟓 𝐤𝐦 de largura, 𝟎, 𝟖𝟎 𝐤𝐦 de altura ao longo da encosta e 𝟐, 𝟎 𝐦 de espessura, desliza até um vale em uma avalanche de lama. Suponha que a lama fique distribuída uniformemente em uma área quadrada do vale com 𝟎, 𝟒𝟎 𝐤𝐦 de lado e que a lama tem uma massa específica de 𝟏𝟗𝟎𝟎 𝐤𝐠/𝐦𝟑. Qual é a massa da lama existente em uma área de 𝟒, 𝟎 𝒎𝟐 do vale? 21. Em um centímetro cúbico de uma nuvem cúmulo típica existem de 𝟓𝟎 𝐚 𝟓𝟎𝟎 gotas d’água, com um raio típico de 𝟏𝟎 𝝁𝒎. Para essa faixa de valores,determine os valores mínimo e máximo, respectivamente, das seguintes grandezas: a) O número de metros cúbicos de água em uma nuvem cúmulo cilíndrica com 𝟑, 𝟎 𝐤𝐦 de altura e 𝟏, 𝟎 𝐤𝐦 de raio; b) O número de garrafas de 𝟏 litro que podem ser cheias com essa quantidade de água; c) A massa da água contida nessa nuvem, sabendo que a massa específica da água é 𝟏𝟎𝟎𝟎𝐤𝐠/𝐦𝟑. 22. Um mol de átomos contém 𝟔, 𝟎𝟐. 𝟏𝟎𝟐𝟑 á𝐭𝐨𝐦𝐨𝐬. Qual é a ordem de grandeza do número de mols de átomos que existem em um gato grande? As massas de um átomo de hidrogênio, de um átomo de oxigênio e de um átomo de carbono são 𝟏, 𝟎 𝒖, 𝟏𝟔 𝒖 𝒆 𝟏𝟐 𝒖, respectivamente. CARNEIRO, J.C.S., IFCE 5 23. Um recipiente vertical cuja base mede 𝟏𝟒, 𝟎 𝐜𝐦 por 𝟏𝟕, 𝟎 𝐜𝐦 está sendo enchido com barras de chocolate que possuem um volume de 𝟓𝟎 𝐦𝐦𝟑 e uma massa de 𝟎, 𝟎𝟐𝟎𝟎 𝐠. Suponha que o espaço vazio entre as barras de chocolate seja tão pequeno que pode ser desprezado. Se a altura das barras de chocolate no recipiente aumenta à taxa de 𝟎, 𝟐𝟓𝟎 𝐜𝐦/𝐬, qual é a taxa de aumento da massa das barras de chocolate que estão no recipiente em quilogramas por minuto? 24. Nos Estados Unidos, uma casa de boneca tem uma escala de 𝟏: 𝟏𝟐 em relação a uma casa de verdade (ou seja, cada distância na casa de boneca é 𝟏/𝟏𝟐 da distância correspondente na casa de verdade) e uma casa em miniatura (uma casa de boneca feita para caber em uma casa de boneca) tem uma escala de 𝟏: 𝟏𝟒𝟒 em relação a uma casa de verdade. Suponha que uma a casa de verdade tenha 𝟐𝟎 𝐦 de comprimento, 𝟏𝟐 𝐦 de largura, 𝟔, 𝟎 𝐦 de altura e um telhado inclinado padrão (com o perfil de um triângulo isósceles) de 𝟑, 𝟎 𝐦 de altura. Determine: a) O volume, em metros cúbicos, da casa de bonecas; b) O volume, em metros cúbicos, da casa em miniatura correspondente? 25. Numa experiência de laboratório foi obtida a tabela abaixo: 𝐗 𝟐, 𝟎𝟎 4,00 6,00 8,00 10,0 𝐘 𝟓, 𝟎𝟎 𝟐, 𝟓𝟎 𝟏, 𝟔𝟕 𝟏, 𝟐𝟓 1,00 Analisando a tabela, você pode concluir que: a) 𝐗 é proporcional a 𝐘; b) A razão 𝐗/𝐘 é constante; c) 𝐘 = 𝟐, 𝟓𝐗; d) 𝐘 é inversamente proporcional a 𝐗; e) 𝐘 é inversamente proporcional a 𝐗𝟐. 26. A relação entre duas grandezas 𝐌 𝐞 𝐍 é 𝐌. 𝐍𝟐 = 𝐤 (k é uma constante diferente de zero). Que relação é essa? a) 𝐌 é diretamente proporcional a 𝐍; b) 𝐌 é inversamente proporcional a 𝐍; c) 𝐌 é diretamente proporcional ao quadrado de 𝐍; CARNEIRO, J.C.S., IFCE 6 d) 𝐌 é inversamente proporcional a quadrado de 𝐍; e) 𝐌 é diretamente proporcional à raiz quadrada de 𝐍. 27. Sabendo que a quantia paga pelo consumo de energia elétrica é dada por 𝐲 = 𝐦𝐱 + 𝐩, onde: 𝐲 - montante em reais; 𝐱 - número de quilowatts-hora consumidos; 𝐦 - preço de quilowatt-hora (𝒌𝑾𝒉); 𝐩 - parcela fixa. Dê no caso em que 𝒎 = 𝟐 𝟑 𝒆 𝒑 = 𝟐: a) O gráfico da função; b) O número de 𝐤𝐖𝐡 consumidos, sabendo que a conta apresentada foi de R$ 𝟒𝟐𝟎, 𝟎𝟎. 28. Num recipiente de massa 𝟑𝟎𝟎𝐠 e volume 𝟏𝟎𝟎𝟎𝐜𝐦𝟑 é colocado um líquido de densidade 𝒎 𝒗 = 𝟏, 𝟖𝒈/𝒄𝒎𝟑. Determine: a) A massa 𝐌 em função do volume 𝐯 do líquido (𝐌 = massa do recipiente + líquido); b) A massa 𝐌 quando o volume do líquido for 𝟒𝟎𝟎𝒄𝒎𝟑; c) O volume 𝐯 quando 𝐌 = 𝟔𝟔𝟎𝐠. 29. No estudo dos movimentos, a posição de um móvel sobre uma reta é dada através da abscissa 𝐱 do ponto em que o mesmo se encontra, em cada instante 𝐭. Assim, 𝐱 é função de 𝐭. Dizemos que o movimento é uniforme quando a função 𝐱 é do 1° grau em 𝐭, isto é: 𝐱(𝐭) = 𝐯𝐭 + 𝐱𝟎 onde 𝐱𝟎 é a posição do móvel no instante 𝐭 = 𝟎 e a taxa de variação de 𝐱 em relação a 𝒕 é a velocidade 𝐯. Nessas condições, considere dois móveis 𝐀 𝐞 𝐁 deslocando-se sobre uma estrada retilínea com movimentos dados por 𝒙𝑨 = 𝟐𝒕 − 𝟑 e 𝒙𝑩 = 𝒕 + 𝟐 com 𝐱 em metros e 𝐭 em segundos, faça o que se pede: a) Construa num mesmo sistema cartesiano os gráficos de 𝐱𝐀 𝐞 𝐱𝐁; b) Determine o instante em que os dois móveis se encontram. Sugestão: No ponto de encontro os dois móveis têm a mesma abscissa 𝐱. 30. Uma determinada massa de gás é colocada num recipiente dotado de um êmbolo móvel. O recipiente está ligado a um medidor de pressão. Mantendo-se constante a temperatura, mudamos a posição do êmbolo e, consequentemente, o volume do gás varia. Para cada volume 𝐕 corresponde uma pressão 𝐩 do gás. Experiências realizadas permitiram construir a tabela: 𝒑 (atm) 𝐕 (litros) 𝟑, 𝟎 𝟏, 𝟎 𝟏, 𝟓 𝟐, 𝟎 𝟏, 𝟎 𝟑, 𝟎 𝟎, 𝟕𝟓 𝟒, 𝟎 Responda: a) Verifique se 𝐩 𝐞 𝐕 são grandezas inversamente proporcionais; CARNEIRO, J.C.S., IFCE 7 b) Construa o gráfico cartesiano de 𝐩 = 𝐟(𝐕). 31. Para encher um tanque, usa-se uma torneira de vazão ∅, sendo ∆𝐭 o intervalo de tempo necessário para que o tanque fique completamente cheio. Em experiências sucessivas, sempre tendo tanque vazio de início, abre-se a torneira cada vez mais, mantendo a vazão constante até que o tanque se encha completamente. O intervalo de tempo de enchimento altera-se com a vazão da torneira, conforme a seguinte tabela: ∆𝒕 (𝒎𝒊𝒏) ∅ (𝒍/𝒎𝒊𝒏) 𝟐𝟓 𝟐, 𝟎 𝟏𝟐, 𝟓 𝟒, 𝟎 𝟏𝟎 𝟓, 𝟎 𝟓, 𝟎 𝟏𝟎 𝟒, 𝟎 𝟏𝟐, 𝟓 𝟐, 𝟎 𝟐𝟓 Responda: a) Verifique se as grandezas ∆𝐭 𝐞 ∅ são inversamente proporcionais; b) Construa o gráfico cartesiano de ∆𝐭 = 𝐟(∅). 32. A distância 𝐝 de um veículo ao marco zero de uma estrada, em função do tempo 𝐭, é dada pelo gráfico: O instante 𝐭 = 𝟎 corresponde ao instante em que o veículo partiu. Determine: a) A distância do veículo ao marco zero no instante 𝐭 = 𝟎; b) Após quanto tempo o veículo atinge o marco zero; c) A distância do veículo ao marco zero no instante 𝐭 = 𝟐𝐡; d) A expressão que relaciona 𝐝 𝐜𝐨𝐦 𝐭; e) Em que instante de tempo o veículo passa pelo marco 𝟏𝟐𝟎 𝐤𝐦? 33. Um corpo lançado a partir do solo descreve uma parábola de equação 𝒚 = 𝟏𝟎𝟎𝒙 − 𝟐𝒙𝟐 (𝒙 𝒆 𝒚 𝒆𝒎 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔). Forneça: a) O alcance do lançamento (distância 𝐀𝐁); CARNEIRO, J.C.S., IFCE 8 b) A altura máxima atingida (distância 𝐂𝐃). 34. Uma bola é lançada verticalmente para cima. Suponha que a sua altura 𝐡 em metros relativamente ao solo, 𝐭 segundos após o lançamento, seja dada aproximadamente por: 𝐡 = −𝟓𝐭𝟐 + 𝟐𝟎𝐭 + 𝟑𝟎. Responda: a) Em que instante a bola atingirá sua altura máxima? b) Qual é a altura máxima atingida pela bola? 35. Um dia na praia a temperatura atingiu seu valor máximo às 𝟏𝟒 horas. Supondo que nesse dia a temperatura 𝐟(𝐭) em graus era uma função do tempo 𝐭 medido em horas, dada por 𝒇(𝒕) = −𝒕𝟐 + 𝒃𝒕 − 𝟏𝟓𝟔 quando 𝟖 < 𝑡 < 20, obtenha: a) O valor de 𝐛; b) A temperatura máxima atingida nesse dia. 36. Determine os zeros de cada uma das funções e classifique-as em crescente ou decrescente: a) 𝒇(𝒙) = 𝟐𝒙 − 𝟒; b) 𝒚 = −𝒙 + 𝟑; c) 𝒚 = 𝟐𝒙; d) 𝒇(𝒙) = 𝒙 𝟑 − 𝟏; e) 𝒚 = 𝟏−𝟑𝒙 𝟐 37. O valor de uma máquina decresce linearmente com o tempo devido ao desgaste. Sabendo-se quehoje ela vale 𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎 dólares e daqui a 𝟓 anos 𝟏𝟎𝟎𝟎 dólares, qual será seu valor daqui a 𝟑 anos? 38. Determine para quais valores reais de 𝐱 a função 𝐟(𝐱) = 𝟐𝐱𝟐 − 𝟓𝐱 + 𝟑 assume valores positivos. 39. Obtenha a derivada das seguintes funções: a) 𝒚 = 𝟓𝒙 − 𝟕 b) 𝒚 = 𝟏𝟎 c) 𝒚 = 𝟑𝒙𝟐 + 𝟖𝒙 − 𝟏𝟎 d) 𝒚 = 𝒙𝟑 + 𝒙𝟐 − 𝒙 + 𝟑 e) 𝒚 = 𝒔𝒆𝒏𝒙 + 𝒄𝒐𝒔𝒙 f) 𝒚 = 𝟑𝒍𝒏𝒙 g) 𝒚 = 𝒙𝟐 + 𝟐𝒙 + 𝟏 h) 𝒚 = 𝟐. 𝟑𝒙 i) 𝒚 = 𝒄𝒐𝒔𝒙−𝒔𝒆𝒏𝒙 𝟐 j) 𝒚 = 𝟏𝟎𝒆𝒙 l) 𝒚 = 𝒙𝒔𝒆𝒏𝒙 m) 𝒚 = 𝒙𝟐𝒆𝒙 40. Obtenha a equação da reta tangente ao gráfico da função 𝐟(𝐱) = 𝐜𝐨𝐬𝐱 no ponto de coordenadas ( 𝝅 𝟑 , 𝟏 𝟐 ).
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