resumo de fisica 4np

Física

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USP-SP

Eduardo Nerd

22.03.2018

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Resumo de física 4º NP
Ondulatória
Ondas
Ondas são apenas pertubações .Não há transporte de matéria , apenas de energia. Uma pertubação é chamada de pulso que equivale a um meio comprimento de onda. Elas se propragam em meios elásticos. Podem ser , de acordo com a direção de propagação: Unidimensionais- propagação em uma só direção,ex: um pulso na corda;bidimensionais-propagação em duas dimensões ,ou seja ,em um plano,EX: onda do mar; tridimensionais-propagação em três dimensões,ou seja ,no espaço .EX:ondas sonoras no ar atmosférico.
Quanto a natureza as ondas podem ser:Mecânica ou eletromagnética.
As ondas mecânicas dependem da elasticidade ,ou seja, tem que ter um meio material ,é inevitável. Consequentemente, ondas mecânicas não se propagam no vácuo.
As ondas eletromagnética são variações do campo elétrico .Necessitam de cargas elétricas oscilantes. Logo não presisam de meio material, podem se propagar no vácuo.
Tipos de ondas :principalmente são:
Transversais-São ondas cujas direções de vibração é perpendicular à direção de propagação. Ex: ondas eletromagnéticas, um pulso se propagando numa corda.
Longitudinais- São ondas cujas direções de vibração é coincidente à direção de propagação.
EX:O SOM se propagando no ar e nos líquidos.
Grandezas das ondas:Observe a figura acima. A mão representa a fonte da onda. Cristas são os pontos mais altos,vales são os pontos mais baixos. Comprimento de onda é a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos. Para dois pontos estarem em concordância de fase a distância entre eles deverá ser , no mínimo, um comprimento de onda.
Mas , para estarem em oposição de fase , essa distância deverá ser número ímpar de meios comprimentos de ondas .

Lembrar que que cada ponto de onda transversal oscila perpendicularmente em MHS. A propagação da onda se deve pela troca de energia potencial entre dois pontos.
Nas ondas longitudinais podemos associar a crista como sendo o ponto de maior compressão e o vale como sendo o ponto de maior rarefação.
Propagação em meios unidimensionais:
Quanto mais tenso o meio ,maior é a sua velocidade de propagação .Vejamos algumas fórmulas:
Lembrar que as ondas eletromagnéticas se propagam apenas na velocidade da luz. Logo o comprimento de onda é inversamente proporcional à frequência
Frente de onda é a fronteira entre a região já atingida pela onda e a região ainda não atingida.
Raio de onda é uma linha orientada que tem origem na fonte de ondas e é
Perpendicular às frentes de onda. Os raios de onda indicam a direção e o sentido de propagação das ondas num meio.
Reflexão
Em se tratando de cordas(ondas unidimensionais) :
Extremidade fixa:ocorre inversão de fase
extremidade livre :reflexão sem inversão de fase.
Em se tratando de ondas planas( ondas bidimensionais):As reflexões de ondas bi e tridimensionais obedece a duas leis – as mesmas leis que foram estudadas na óptica geométrica. O raio incidente, o raio refletido e a reta normal à superfície refletora no ponto
de incidência estão contidos sempre num mesmo plano (são coplanares).
o ângulo de incidência(i) é igual ao ângulo de reflexão(r). Lembrar que esses ângulos são feitos com a perpendicular ao trem de ondas e à normal.
Refração
Como vimos em óptica, na refração a frequência não se altera!!!O que altera é o comprimento de onda e consequentemente sua velocidade.
Vamos analisar os casos:
Em se tratando de cordas: lembrar que pela relação de taylor ,a velocidade é menor em cordas mais densas.
Quando um pulso se propaga de uma corda menos para mais densa , há reflexão com inversão de fase , além da refração.A amplitude diminui.
Quando um pulso se propaga de uma corda mais para menos densa , há reflexão sem inversão de fase , além da refração. A amplitude aumenta.
Em se tratando de ondas bidimensionais:vale a lei de snell.Primeira Lei: o raio incidente IP, a reta normal N e o raio refratado PR são coplanares, isto é, pertencem ao mesmo plano.
Segunda Lei:os ângulos de incidência i e de refração r relacionam-se com as velocidades
V1 e v2 segundo a expressão:

Ex: o som se propagando do ar para a água. O som se propaga melhor em meios mais densos. Logo na água sua velocidade é maior, consequentemente ,o índice de refração é menor. Logo a água é menos refringente que o ar.
O principio de Huygens
Cada ponto de uma frente de onda comporta-se com uma nova fonte de ondas
elementares(secundária), que se propagam para além da região já atingida pela onda com a mesma freqüência da onda original. Esse princípio pode ser usado para todo tipo de onda.
Esse princípio explica a :reflexão, refração e a
difração
Se um trem de onda retilíneas (ou circulares) incidir sobre um obstáculo (ou abertura) que tenha a mesma ordem de grandeza do comprimento de onda (l) da onda incidente, irá ocorrer a difração, ou seja, a onda o (a) contornará o obstáculo, atingindo regiões impossíveis de receber diretamente a onda incidente.
As figuras representam, respectivamente, um obstáculo e uma abertura, cujas medidas têm aproximadamente um comprimento de onda.
A velocidade e a frequência não se alteram.
Interferência de ondas
Princípio da independência:Quando duas, ou mais ondas, se cruzam em um determinado ponto do espaço, cada uma delas se comporta independentemente das outras.
Principio da superposição:Quando duas, ou mais ondas, se cruzam em um determinado ponto do espaço, os efeitos individuais que cada uma delas provocaria no meio, durante a superposição,
terminam por se somar algebricamente.
Interferência construtiva:é quando a superposição dos pulsos dá um “reforço” à amplitude da onda. Ou seja, os pulsos tem que estar no mesmo semiplano.
Interferência destrutiva: Nesse caso ,os pulsos são de semiplanos opostos e o pulso resultante é menor que o maior pulso. Se os pontos dos respectivos pulsos estiverem em oposição de fase, haverá uma interferência destruriva total.

Interferência de ondas bidimensionais
Dadas duas fontes A e B em concordância de fase
Para qualquer ponto ventral (IC) a diferença das distâncias entre esse ponto e as fontes é nula ou um múltiplo par de meios comprimentos de onda. Onde N = 0, 2, 4, 6, ... ----Interferência construtiva.
Para qualquer ponto nodal (ID) a diferença das distâncias entre esse ponto e as fontes é um número ímpar de meios comprimentos de onda.
Onde N = 1, 3, 5, 7, ...-------Interferência destrutiva.
Atenção --- se as fontes estiverem em oposição de fase a regra se inverte.
N Par => ID (interferência destrutiva)
N ímpar => IC (interferência construtiva)
Interferência luminosa –experiência de young
As fendas F1 e F2 passam, então, a funcionar com duas fontes de ondas coerentes, ou
seja, em concordância de fase. As ondas, originadas nas fendas F1 e F2,entre si e
determinam sobre o anteparo um iluminamento desigual, onde regiões claras se alternam
com regiões escuras, conforme a interferência seja construtiva ou destrutiva. Essas regiões
constituem as franjas de interferência
•Com N par nos pontos onde ocorre interferência construtiva;
•Ou com N ímpar nos pontos onde ocorre interferência destrutiva.
d é a distância entre as fontes ; y é a distância da franja central ao ponto de interferência ; L é a distância entre os anteparos. A distância entre as franjas claras e escuras é sempre a mesma.
importante----A interferência da luz explica as diversas colorações observadas nas bolhas de sabão e nas películas de óleo depositadas sobre a água. Os raios de luz refletidos nas faces superior e inferior da bolha ou da película interferem uns com os outros,produzindo as colorações. Uma mesma bolha ou película apresentam
várias cores devido á variação de suas paredes.
Fenômenos relacionados a interferência:
Batimento: é a superposição de ondas com frequências diferentes. Ex: um violino emitindo duas notas diferentes(dó e ré por ex.)
Ondas estacionárias:
Distância entre dois ventres ou dois nós consecutivos vale :
Distância entre um ventre e um nó consecutivo vale.
Ondas estacionárias é a superposiçãpo de duas ondas idênticas se movendo em sentidos opostos.
A amplitude resultante é o dobro de cada onda que se superpõe. A=2a
Nos nós sempre há interferência destrutiva total. Eles não se movem. Nos ventres , acontece interferência construtiva.
Agora vamos adiantar alguns assuntos de acústica que estão diretamente relacionados a ondas estacionárias:
Cordas vibrantes:
São cordas que acontecem ondas estacionárias e suas extremidades são nós.
O comprimento de onda é 2L/n. QUANDO n=1 diz-se que é o 1º harmônico(frequência natural) e assim sucessivamente para nº harmônicos.
Tubos sonoros abertos
É a mesma coisa das cordas vibrantes , a diferença nos tubos abertos é que as extremidades são ventres.
Tubos sonoros fechados
Nesse caso uma extremidade é nó e uma é ventre. O comprimento de onda é, para harmônico de ordem i: 4L/i.
Sendo i ímpar.
Polarização de ondas
Ondas transversais podem ser polarizadas. Ondas não polarizadas podem oscilar em qualquer direção no plano perpendicular à direção de propagação. Ondas polarizadas no entanto oscilam em apenas uma direção perpendicular à linha de propagação. Logo ,ondas longitudinais(som por ex.) não podem ser polarizadas.
Acústica
•Som - As ondas sonoras são produzidas por deformações provocadas pela diferença de pressão em um meio elástico qualquer (ar, metais, isolantes, etc), precisando deste meio para se propagar. Desta forma, percebemos que o som é uma onda mecânica,não propagando no vácuo . Quanto mais denso o meio , melhor é a propagação do som.
•Dentre as várias grandezas que caracterizam o som temos:
•Intensidade – Diferencia um som forte de um som fraco .
•Altura – Diferencia um som grave (baixa freqüência) de um som agudo (alta freqüência)
•Timbre – Diferencia o som emitido por fontes diferente.
•Ex: Piano e Flauta emitindo a mesma nota musical
efeito doppler
•Este efeito consiste na mudança aparente
da freqüência de uma onda emitida por uma fonte conforme os movimentos da fonte ou do observador.
•De maneira geral, temos:
f ’ = f ( vso + vobs ) / ( vso + vfonte )
•
•f ’- freqüência aparente
•f – freqüência real
•f ’ > f ( aproximação ) (vs+ vo) / (vs- vf)
•f ’ < f ( afastamento ) (vs- vo) / (vs+ vf)

Termodinânica
Lembrar que:
PV=NRT e PV/T=k
t=trabalho trocado com o ambiente
Δt=variação de temperatura
ΔU= Q – t à Q = ΔU + t
Q à Quantidade de calor trocado com o meio:
Q > 0 à o sistema recebe calor;
Q < 0 à o sistema perde calor.
ΔU à Variação da energia interna do gás:
ΔU=3/2 NR Δt
ΔU > 0 à a energia interna aumenta, portanto, sua temperatura aumenta;
ΔU < 0 à a energia interna diminui, portanto, sua temperatura diminui.
t à Energia que o gás troca com o meio sob a forma de trabalho:
t= Pm ΔV
t> 0 à o gás fornece energia ao meio, portanto, o volume aumenta;
t < 0 à o gás recebe energia do meio, portanto, o volume diminui.
Para qualquer caso ,para calcular o trabalho, basta tirar a área sob a reta do gráfico PxV.
Transformações particulares:
Temos quatro:isotérmica, isocórica, adiabática e isobárica.
Boi: Nas três primeiras mencionadas, uma variável zera. Q = ΔU + t. Ou seja , Q ou ΔU
ou t zera .
Transformação isotérmica
Como a temperatura é a mesma não variação de energia interna,ou seja, ΔU=0.
Q = t
Nesse caso PV=K.O gráfico vai acompanhar uma certa isoterma cuja temperatura dá pra calcular com a equação de clayperon.
Transformação isocórica
Como o volume não varia ,não há realização de trabalho. Ou seja, t =0
Q = ΔU
Ao passarmos essa transformação para o gráfico PV, perceberemos que é uma reta paralela ao eixo das ordenadas.
Sendo Cv o calor específico molar a volume constante:
Q=n Cv Δt
Transformação adiabática
Nesse caso não há trocas de calor com o ambiente
Q=0 então ΔU= - t
�
�
atenção: A para B não é uma isoterma. Este caminho passa por várias isotermas.
Y é o expoente de poisson=Cp/Cv.
Transformação isobárica
Nesse caso ,como P e T variam proporcionalmente, há realização de trabalho e variação de energia interna. Conforme a 1º lei:
Q = ΔU + t
Pode-se imaginar no gráfico Px V ,essa transformação como sendo uma reta paralela ao eixo das abcissas.
ΔU=3/2 NR Δt
nesse caso: t=p ΔV=N R Δt, logo
Q= 3/2 NR ΔT + NR ΔT = 5/2NR ΔT
Seja Cp o calor específico a pressão constante:
Q = n Cp ΔT
Relação de Mayer
Cp – Cv=R
A lei de joule para gases perfeiros:
“A energia interna de uma dada quantidade
de gás perfeito é função exclusiva de sua
temperatura”.Não importa o caminho da transformação , o que importa é o ΔT .
ΔU=3/2 NR ΔT= n Cv ΔT
Transformações cíclicas
Transformação Cíclica ou ciclo de um gás perfeito é o
conjunto de transformações em que as condições finais de pressão, volume e temperatura são as mesmas que suas condições iniciais.
Como a temperatura do ciclo coincide com a temperatura inicial, a variação da energia interna (ΔU) do gás numa transformação cíclica é nula, conforme a Lei de Joule:
Se a transformação for realizada no sentido horário, há uma conversão de calor em trabalho, ou seja, o trabalho é maior do que zero (W > 0).
Se a transformação for realizada no sentido anti-horário existe uma conversão de trabalho em calor, ou seja, o trabalho é menor do que zero (W < 0). O módulo do trabalho é numericamente igual a área do ciclo.
Atenção às pegadinhas!!!
1º-Em algumas questões, Obeserve o gráfico com atenção se o mesmo está em PxV para que possamos trabalhar melhor. Cuidado que ele pode vir em TxP , e assim calcular erroneamente o trabalho,por exemplo.
2º- Atente-se às medidas de pressão e volume no gráfico PxV. O bserve:
P x V
atm(atmosfera) L(litros)
N/m²(pascal) m³
Lembrar que:
1 pa x m³= 1 J
1 atm x L = 100J
2º lei da termodinâmica
“O calor não pode fluir espontaneamente de
um corpo para outro de temperatura mais alta”.
“É impossível construir uma máquina
térmica que, operando em ciclos termo-dinâmico,
converta totalmente o calor recebido em
trabalho.”

CONVERSÃO de CALOR em TRABALHO
Rendimento das Maquinas Térmicas
Maquina Térmica – dispositivo que, trabalhando com duas fontes térmicas, faz a conversão entre calor e energia mecânica (trabalho).
η = energia útil/energia total
η =[t]/[Q1] η = 1 – [Q2]/[Q1]
Conversão de trabalho em calor
Eficiência das máquinas frigoríficas:
Eu pus uma pequena teoria sobre máquinas frigoríficas porque no livro(tópicos) esse assunto não está bem abordado.
Máquinas frigoríficas
Segundo o postulado de Clausius, é impossível transferir energia sob a forma de calor de forma espontânea, de uma fonte fria para uma fonte quente. Para que tal aconteça, é necessário fornecer trabalho ao sistema, e, nesse caso, temos uma máquina frigorífica. As máquinas frigoríficas, como um frigorífico ou uma arca congeladora, recebem trabalho (através da energia eléctrica proveniente da rede eléctrica), e usam-no de modo a retirarem energia sob a forma de calor do seu interior, transferindo-a por condução para o exterior.
Deste modo, o
interior de um frigorífico encontra-se a uma temperatura baixa, próxima de 0 ºC, enquanto que a parte de trás de um frigorífico está normalmente a uma temperatura superior à do meio ambiente onde se encontra.
O princípio de funcionamento de uma máquina frigorífica encontra-se esquematizado na figura acima:
Deste modo, a energia sob a forma de calor que é transferida para a fonte quente é igual à soma da energia sob a forma de calor retirada à fonte fria, com o trabalho necessário para que ocorra esse fluxo de energia:
|Qq| = W + |Qf|
Eficiência das máquinas frigoríficas
A eficiência de uma máquina frigorífica é tanto maior, quanto maior for a quantidade de energia sob a forma de calor que retirar da fonte fria, ou seja, do interior do frigorífico, para a mesma quantidade de trabalho fornecido pelo motor do frigorífico.
A eficiência de uma máquina frigorífica é o quociente entre a energia sob a forma de calor que sai da fonte fria, Qf, e o trabalho necessário para realizar essa transferência de energia:
�
:
Ao contrário do rendimento de uma máquina térmica, a eficiência pode ser maior que 1. A eficiência típica de uma máquina frigorífica varia entre 4 e 6. Por exemplo, se a eficiência for igual a 5, então o frigorífico retira 5 J de energia da fonte fria (interior do frigorífico) para a fonte quente (exterior), por cada 1 J de energia eléctrica que consome.
Seria impossível que a máquina frigorífica retirasse energia da fonte fria, sem receber qualquer energia do exterior (sem receber trabalho), uma vez que tal não estaria de acordo com a 2ª lei da termodinâmica.
�

Ciclo de Carnot
Uma expansão isotérmica reversível. O sistema recebe uma quantidade de calor da fonte de aquecimento (L-M) Uma expansão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (M-N)
Uma compressão isotérmica reversível. O sistema cede calor para a fonte de resfriamento (N-O)
Uma compressão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (O-L)
Numa máquina de Carnot, a quantidade de calor que é fornecida pela fonte de aquecimento e a quantidade cedida à fonte de resfriamento são proporcionais às suas temperaturas absolutas, assim:
�
Assim, o rendimento de uma máquina de Carnot é:
� e �
Logo:
�
Esse é o rendimento máximo teórico.
Sendo:
�= temperatura absoluta da fonte de resfriamento
�= temperatura absoluta da fonte de aquecimento
Com isto se conclui que para que haja 100% de rendimento, todo o calor vindo da fonte de aquecimento deverá ser transformado em trabalho, pois a temperatura absoluta da fonte de resfriamento deverá ser 0K.
Partindo daí conclui-se que o zero absoluto não é possível para um sistema físico.
Máquina frigorífica ideal de Carnot:
Esta é a eficiência máxima teórica:

Dilatação
----Linear----
Lembrar que L=ΔL + Lo
-----superficial-----
�
onde
atenção: Quando temos uma placa,por ex.,com um furo, quando ela sofre dilatação o furo dilata como se tivesse preenchido.
--------- Volumétrica----------
Os líquidos se dilatam como se fosse volume, mas não podemos desconsiderar o recipiente. Portanto:
Exercícios
ondulatoria----
1) A figura representa a propagação de dois pulsos em cordas idênticas e homogêneas. A extremidade esquerda da corda, na situação I, está fixa na parede e, na situação lI, está livre para deslizar, com atrito desprezível, ao longo de uma haste.
Faça um desenho de como será a reflexão
2) A figura a seguir mostra uma onda transversal periódica, que se propaga com velocidade v1 = 8 m/s em uma corda AB, cuja densidade linear é m1. Esta corda está ligada a uma outra BC, cuja densidade é m2, sendo que a velocidade de propagação da onda nesta segunda corda é v2 = 10 m/s. Determine: O comprimento de onda quando se propaga na corda BC .
3) Considere as seguintes afirmações e julque-as sobre o fenômeno de interferência da luz proveniente de duas fontes.Caso errada , explique porque.
O fenômeno de interferência de luz ocorre somente no vácuo.
II) O fenômeno de interferência é explicado pela teoria ondulatória da luz.
III) Quaisquer fontes de luz, tanto coerentes quanto incoerentes, podem produzir o fenômeno de interferência.
4) Um observador, situado no ponto O, recebe ondas sonoras emitidas por duas fontes situadas nos pontos A e B, idênticas, que emitem em oposição de fase.A velocidade de propagação do som emitido pelas fontes é de 340m/s e a freqüência é de 170Hz. No ponto O ocorre qual interferência? Construtiva ou destrutiva. explique.
5) Uma corda feita de um material, cuja densidade linear é 10 g/m, está sob tensão provocada por uma força de 900 N. Os suportes fixos distam de 90 cm. Faz-se vibrar a corda transversalmente e esta produz ondas estacionárias, representadas na figura a seguir. A freqüência das ondas componentes, cuja superposição causa esta vibração, é:__.
6) Uma corda de 1,0 m de comprimento está fixa em suas extremidades e vibra na configuração estacionária conforme a figura a seguir:Conhecida a freqüência de vibração igual a 1000 Hz, podemos afirmar que a velocidade da onda na corda é:_________.
Para se estudar as propriedades das ondas num tanque de água, faz-se uma régua de madeira vibrar regularmente, tocando a superfície da água e produzindo uma série de cristas e vales que se deslocam da esquerda para a direita.
Na figura acima estão esquematizadas duas barreiras verticais separadas por uma distância aproximadamente igual ao comprimento de onda das ondas.Após passar pela abertura, discuta em qual(s) variável(s) a seguir que a onda apresentará modificaçaõ:comprimento de onda, frequência , velocidade ou a direção de propagação.
8) Quando se ouve uma orquestra tocando uma sonata de Bach, consegue-se distinguir diversos instrumentos, mesmo que estejam tocando a mesma nota musical. A qualidade fisiológica do som que permite essa distinção é________
9) Julgue as afirmações a seguir , caso incorreta explique por que.
a) Ondas sonoras são ondas mecânicas longitudinais.
b) As ondas sonoras propagam-se mais rapidamente nos sólidos e líquidos do que nos gases.
c) Quanto mais grave for o som emitido, maior será a freqüência da onda sonora respectiva.
d) Na extremidade aberta de um tubo sonoro que produz um harmônico, há um ventre de onda sonora estacionária.
e) O timbre de uma onda sonora pode identificar a fonte sonora que o produziu.
10)Idem ao nº 9
Quando uma ambulância se aproxima ou se afasta de um observador, este percebe uma variação na altura do som emitido pela sirene (o som percebido fica mais grave ou mais agudo). Esse fenômeno é denominado Efeito Doppler. Considerando o observador parado,
a) o som PERCEBIDO fica mais agudo à medida que a ambulância se afasta.
b) o som PERCEBIDO fica mais agudo à medida que a ambulância se aproxima.
c) a freqüência do som EMITIDO aumenta à medida que a ambulância se aproxima.
d) o comprimento de onda do som PERCEBIDO aumenta à medida que a ambulância se aproxima.
e) o comprimento de onda do som PERCEBIDO é constante, quer a ambulância se aproxime ou se afaste do observador, mas a freqüência do som EMITIDO varia.
1) Duas cordas, de intensidades lineares diferentes, são unidas conforme indica a figura.As extremidades A e C estão fixas e a corda I e mais densa que a corda II. Admitindo-se que as cordas não absorvam energia, em relação à onda que se propaga no sentido indicado, pode-se afirmar que.
a) o comprimento de onda e o mesmo nas duas cordas.
b) a velocidade é a mesma nas duas cordas.
c) a velocidade é maior na corda I.
d) a freqüência é maior na corda II.
e) a freqüência é mesma nas duas cordas.
2) Ondas estacionárias ocorrem em conseqüência de.
a) refração de ondas. b) reflexão de ondas.c) difração de ondas.
d) polarização de ondas.e) dispersão de ondas.
3) A principal
diferença entre o comportamento de ondas transversais e de ondas longitudinais consiste no fato de que estas:
a) não produzem efeitos de interferência. b) não se refletem.
c) não se refratam d) não se difratam. e) não podem ser polarizadas.
4) “Cada ponto de uma frente de onda pode ser considerado como a origem de ondas secundárias tais que a envoltória dessas ondas forma a nova frente de onda.” Julgue as afirmações a seguir , caso incorreta explique por que.
I- Trata-se de um princípio aplicável somente a ondas transversais.
II- Tal princípio e aplicável somente a ondas sonoras.
III- E um princípio válido para todos os tipos de onda tanto mecânicas quanto eletromagnéticas.
5) Um vibrador produz ondas planas na superfície de um liquido com freqüência f = 10 Hz e comprimento de onda l = 28 cm. Ao passarem do meio I para o meio II, como mostra figura, foi verificada uma mudança na direção de propagação das ondas. (Dados: sen 30o = cos 60o = 0,5;
sen 60o = cos 30o = raiz de 3 sobre dois; sen 45o = cos 45o= 0,7
No meio II os valores da freqüência e do comprimento de onda serão, respectivamente, iguais a:________________.
6) um ponto P pertence à primeira franja de interferência máxima com luz proveniente de duas fontes luminosas coerentes F1 e F2. A diferença , em meios comprimentos de onda, vale:_____________.
7) Uma bolha de sabão observada sob a luz solar apresenta-se multicolorida. Este fenômeno ondulatório da luz é conhecido como:
a) dioptria. b) reflexão. c) difração. d) polarização.e)interferência.
8) Uma onda sonora, devido à sua natureza, não sofre:
a) reflexão. b) polarização. c) interferência. d) difração.e)refração.
9) O som da sirene de um carro patrulha estacionado no acostamento de uma rodovia é mais agudo (maior freqüência) para os motoristas que estejam se aproximando do carro patrulha e mais grave (menor freqüência) para aqueles que estejam se afastando do carro patrulha. Este fato é uma conseqüência de:_______________
10) Na superposição de dois sons provocando o fenômeno de batimento, é verdade que:
a) eles têm fases diferentes. b) ambos têm a mesma fase.
c) eles têm freqüências ligeiramente diferentes. d) propagam-se em sentidos opostos. e) eles têm amplitudes diferentes.
12) Um trem de ondas senoidais de freqüência 440 Hz propaga-se ao longo de uma corda tensa. Verifica-se que a menor distância que separa dois pontos que estão sempre em oposição de fase é 40 cm.Nestas condições, a velocidade de propagação das ondas tem valorde:_____________
13) Para que duas ondas sofram interferência destrutiva, com extinção total, elas devem ter::
a) a mesma direção e fases opostas. b) a mesma direção, a mesma freqüência, a mesma amplitude e fases opostas. c) a mesma freqüência e fases opostas. d) a mesma amplitude e a mesma freqüência. e) a mesma direção, a mesma freqüência e fases opostas.
14) O Princípio de Huygens estabelece que:
a) cada ponto de uma frente de onda serve de fonte para ondas secundárias. b) as frentes de ondas primárias e secundárias são sempre paralelas. c) a luz é constituída de partículas e ondas. d) o som é uma onda transversal. e) a luz se propaga em linha reta.
15) No fenômeno da difração sofrida por uma onda, é CORRETO afirmar que:
a) sua velocidade não se altera. b) seu comprimento de onda diminui. c) sua freqüência aumenta. d) sua freqüência diminui. e) sua velocidade diminui.
16) É costume, após uma chuva, aparecerem manchas multicoloridas nas poças formadas nos postos de gasolina. Dentre os fenômenos ocorridos com a luz na película de óleo que sobrenada a água, aquele responsável pelas pela formação de cores é a:
a) difração. b) refração. c) dispersão. d) polarização e)interferência.
17) Com relação à velocidade de propagação do som, podemos afirmar que é:
a) maior nos sólidos do que nos líquidos. b) maior nos gases do que nos sólidos. c) maior nos líquidos do que nos sólidos. d) nula nos sólidos. e) máxima no vácuo.
18) Entre as afirmativas abaixo, a respeito de fenômenos ondulatórios, assinale a que é FALSA.
a) a velocidade de uma onda depende do meio de propagação.
b) A velocidade do som no ar independe da freqüência.
c) No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas possuem o mesmo período. d) Ondas sonoras são longitudinais. e) Ondas sonoras não podem ser polarizadas.
19) Cantores de ópera se tornam famosos por serem capazes de quebrar um copo de cristal cantando a nota adequada. O fenômeno responsável por isso é a:
a) difração. b) reflexão. c) ressonância. d) interferência. e) polarização.
20) Uma onda sonora, propagando-se no ar com freqüência f, comprimento de onda l e velocidade v, atinge a superfície de uma piscina e continua a se propagar na água.Neste processo, pode-se afirmar que:
a) apenas f varia. b) apenas v varia. c) apenas f e l variam.
d) apenas l e v variam. e) apenas f e v variam.
Termodinâmica
3ª) A figura a seguir representa o ciclo de Carnot, para um gás ideal.
Nessas condições, são feitas as seguintes afirmativas , julgue-as , se erradas explique porque:
(I) Na compressão adiabática, a energia interna do gás diminui.
(II) Na expansão isotérmica, o gás recebe calor de uma das fontes.
(III) Na expansão adiabática, a temperatura do gás diminui.
(IV) Na compressão isotérmica, a energia interna do gás diminui.
(V) Na transformação cíclica, o gás atinge o equilíbrio térmico com a fonte quente, antes de reiniciar novo ciclo.
4ª) O gráfico pressão x temperatura, na figura a seguir, representa uma transformação cíclica realizada por 1,0mol de gás ideal. O trabalho realizado pelo gás em cada ciclo é de 2.000J.Dada a constante universal dos gases ideais, R=8,31J/(mol.K), o trabalho realizado durante a transformação isotérmica é :__________________
5ª). Uma certa massa de gás ideal sofre uma compressão isotérmica muito lenta passando de um estado A para um estado B. As figuras representam diagramas TP e TV, sendo T a temperatura absoluta, V o volume e P a pressão do gás. Nesses diagramas, a transformação descrita anteriormente só pode corresponder às quais curvas ?
6ª) O gráfico representa a transformação de um gás ideal que passa do estado I para o estado II e, depois, do estado II para o estado III.Para que o gás passe do estado I para o II, é necessário que se lhe forneçam 100kJ de calor; para que passe do estado II para o III, que se lhe retirem 50kJ de calor. Sabe-se que a pressão do gás no estado I é de 100kPa.
Pode-se afirmar que a variação da energia interna do gás ao passar do estado I para o III é igual a:_________
7
ª) O diagrama anterior, da pressão em função do volume, mostra as transformações termodinâmicas sofridas por n moles de um gás ideal. Assim, tem-se as seguintes afirmações .Julgue-as.Caso falsa explique porquê.
I) As variações de energia interna do gás nos trechos ABC e ADC são diferentes.
II) O calor absorvido no trecho AB é igual ao trabalho realizado pelo gás, nesse trecho.
III) Na expansão adiabática (trecho BC), o trabalho realizado pelo gás é diretamente proporcional a T1-T0.
IV) Tanto no trecho AD quanto no trecho DC, o gás absorve calor.
8ª)Numa máquina a vapor, a caldeira está a 227°C. Determine o rendimento máximo que esta máquina pode ter quando o vapor escapa diretamente na atmosfera à pressão normal, como nas antigas locomotivas a vapor.:____
9ª) Deseja-se congelar 200 kg de água 0 °C, utilizando um refrigerador cuja eficiência vale 1/3 da eficiência do refrigerador ideal de Carnot, Se a temperatura da sala onde está o congelador é de 29 °C, qual o trabalho realizado, em joules, pelo compressor do refrigerador ?
Dados : Calor latente de fusão do gelo (Lf) = 80 cal/g. 1 cal = 4,18 J.
10ª) Um relógio é controlado por um pêndulo que marca corretamente os segundos a 20°C. O pêndulo é feito de um material cujo coeficiente
de dilatação linear é 16.10-6 °C-1. Quando a temperatura é mantida a 30°C o atraso do relógio em uma semana é de:____________
13ª) Um cilindro de parede lateral adiabática tem sua base em contato com uma fonte térmica e é fechado por um êmbolo adiabático pesando 100N. O êmbolo pode deslizar sem atrito ao longo do cilindro, no interior do qual existe uma certa quantidade de gás ideal. O gás absorve uma quantidade de calor de 40J da fonte térmica e se expande lentamente, fazendo o êmbolo subir até atingir uma distância de 10cm acima da sua posição original.Nesse processo, calcule a variação de energia interna do gás:
14ª) Uma certa massa de gás, inicialmente a uma temperatura de 1500 K, no estado A, sofre uma transformação ABCD, mostrada no gráfico p x V, conforme a figura.
Assinale, entre as alternativas seguintes, aquela que é INCORRETA:
a) a transformação AB é uma compressão isobárica;
b) a transformação BCD é uma expansão isotérmica;
c) a temperatura no estado D é maior do que a temperatura no estado A;
d) as temperaturas nos estados B, C e D são iguais;
e) a temperatura no estado D é igual a 300 K.
15ª) Um líquido encontra-se, inicialmente, à temperatura Ti, pressão Pi e volume Vi, em um recipiente fechado e isolado termicamente do ambiente, conforme ilustra a figura a seguir.
Após se acionar um agitador, imerso no líquido, verifica-se que a temperatura do líquido aumenta para um valor T. São desprezíveis as capacidades térmicas do calorímetro, do termômetro e do agitador. Supondo constante o calor específico c do líquido no intervalo de temperatura considerado, o módulo do trabalho realizado pelo agitador sobre o líquido terá sido, aproximadamente: a) Pi Vi - m c (T – Ti) b) Pi Vi c) m c (T – Ti) d) m c (T - Ti) / Pi Vi
e) Pi Vi / m c (T - Ti)
16ª)Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclo entre as temperaturas de 27°C e 227°C. Em cada ciclo ela recebe 1000 cal da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por ciclo ao exterior, em calorias, vale _________
17ª) Nos gráficos a seguir, V representa o volume ocupado por uma certa massa de gás perfeito, T a sua temperatura absoluta e P a sua pressão.
Os gráficos que representam as transformações isocórica e isobárica são, respectivamente,_____________
19ª) O rendimento máximo de uma antiga locomotiva a vapor é de 8 % quando o vapor escapa diretamente na atmosfera à pressão normal,Qual é a temperatura do vapor na caldeira desta máquina ?
20ª) A expressão “dilatação anômala da água” refere-se ao fato de uma determinada massa de água, a pressão constante:
a) possuir volume máximo a 4°C.
b) aumentar sua massa específica quando sua temperatura aumenta de 0°C para 4°C.
c) aumentar de volume quando a temperatura aumenta de 0°C para 4°C.
d) reduzir de volume quando sua temperatura aumenta a partir de 4°C.
e) possuir uma massa específica constante acima de 4°C.
8 - A turbina de um avião tem rendimento de 80% do rendimento de uma máquina ideal de Carnot operando às mesmas temperaturas.Em vôo de cruzeiro, a turbina retira calor da fonte quente a 127°C e ejeta gases para a atmosfera que está a -33°C.O rendimento dessa turbina é de :_________.
1) Analise as afirmativas seguintes e assinale aquelas que estão corretas explicando as erradas:
I. Se duas barras, feitas do mesmo material, forem submetidas a mesma elevação de temperatura, ambas sofrerão dilatações iguais. II. O comprimento de uma barra metálica será duplicado se dobrarmos o valor de sua temperatura. III. A densidade da água é máxima a 4°C. IV - O coeficiente de dilatação aparente de um líquido é maior que o real. V - Se aquecermos uma lâmina bimetálica, ela irá se curvar para o lado do metal de menor coeficiente de dilatação térmica.
2) Considere uma chapa metálica de material homogêneo, com a forma de um quadrado e tendo um orifício circular. Se a chapa for aquecida de modo uniforme e seu lado aumentar de 1%, então a área do orifício:
a) aumentará de 1%. b) diminuirá de 1%.
c) aumentará de 2%. x d) diminuirá de 2%. e) permanecerá a mesma.
6) 18g de água a 100°C converte-se em vapor no interior de um cilindro com êmbolo que desliza com atrito desprezível. O êmbolo é suficientemente leve para o vapor de água se manter em equilíbrio com a pressão atmosférica em cada instante. Dado: Patm = 760mmHg = 1,034 kgf = 101330Pa; Lv da água = 540cal/g ; 1cal = 4,2J.Considere que o vapor dágua tem comportamento de gás perfeito.
Que fração do calor de vaporização, aproximadamente, se dispendeu no trabalho de expansão ?
07ª) Esta questão se refere à utilização de gás natural na geração de energia elétrica no Brasil.Ao se queimar 1,0 kg de gás natural obtém-se 5.107 joules de calor, parte do qual pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica. Considere uma usina queimando 7200 quilogramas de gás natural por hora, a uma temperatura de 1227 °C . O calor não aproveitado na produção de trabalho é cedido para um rio de vazão 5000 litros/segundo, cujas águas estão inicialmente a 27 °C.Considere o calor específico da água c= 4000 J/kg.°C.Determine, aproximadamente, o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina.
18ª) A potência desenvolvida pelo motor de um automóvel antigo é de 50 KW e o seu rendimento é de 25 %. Nestas condições, quanto ele gasta de gasolina por hora, aproximadamente ?
Dado : 1 cal=4,2 J;calor de combustão da gasolina = 9000 Kcal/litro.
11) O gráfico representa a variação do comprimentos, em função da temperatura, de duas barras metálicas M e N.
Podemos afirmar que:
a) Os coeficientes de dilatação das barras M e N são iguais.
b) A barra M tem maior coeficiente de dilatação do que a barra N.
c) O coeficiente de dilatação da barra M é menor do que o da barra N.
d) As barras M e N têm sempre o mesmo comprimento.
e) Os comprimentos iniciais das barras são iguais..
13) Um gás ideal monoatômico (n = 0,5 mol) sofre uma transformação, AB, indicada na figura. Sendo R = 8,3J/mol.K, os valores aproximados do trabalho e da quantidade de calor, na transformação AB, são, respectivamente, iguais a:_______
6- Um gás ideal evolui de um estado A para um estado B, de acordo com o gráfico a seguir:
São feitas três afirmações a respeito desse gás, ao evoluir de A para B ,julgue-as:
I. O seu volume aumentou. II. Ele realizou trabalho. III. Ele recebeu calor.
1) Analise as afirmativas seguintes e assinale aquelas que estão corretas. É explique o erro das erradas
I- Se duas barras, feitas do mesmo material, foram submetidas a mesma elevação de temperatura, ambas sofreriam dilatações iguais. II- O comprimento de uma barra metálica será duplicado se dobrarmos o valor de sua temperatura. III- A densidade da água é máxima a 4°C. IV - O coeficiente de dilatação aparente de um líquido é maior que o real. V - Se aquecermos uma lâmina bimetálica , ela irá se curvar para o lado do metal de menor coeficiente de dilatação térmica.
1) Uma superfície plana enegrecida, exposta à radiação solar, absorve 1,0 cal . cm-2 e por minuto. Essa energia vai aquecer a água de uma caldeira, que se mantém à temperatura de 100° C. O vapor que sai da caldeira alimenta uma máquina térmica com um condensador (fonte fria) a 30° C, cujo rendimento industrial é igual ¼ do rendimento máximo e que se fornece a potência de 1,0 kw.
a) Determinar o rendimento industrial.
b) Determinar a potência calorífera absorvida pela caldeira.
c) Determinar a área da superfície absorvente da radiação solar.
d) Determinar o consumo da água por hora, sabendo que a caldeira é alimentada por água à temperatura inicial de 15°C.
2) Na máquina referida no problema anterior (potência útil = 16 x 10 kw) os atritos e outras resistências absorvem o correspondente a 20% da potência da máquina. O vapor só transporta 75% do calor
fornecido pelo combustível na caldeira.
A máquina funciona entre as temperaturas 45° C e 200° C e consome 160 kg de hulha por hora, cujo calor de combustão é 8 x 102 kcal . kg-1.
a) Determinar o rendimento industrial da máquina;
b) Determinar o rendimento térmico;
c) Determinar o rendimento teórico ou máximo.
3) Certa porção de gás ideal sofre o ciclo de transformações indicado no gráfico:
Determine:
a) O trabalho realizado em cada uma das etapas do ciclo.
b) O trabalho total realizado pelo gás ao completar o ciclo.
c) A quantidade de calor que se converte em energia mecânica a cada ciclo completado.
d) A potência de uma máquina térmica que utiliza esse ciclo, sabendo que os ciclos são realizados com uma freqüência de 5,0Hz.
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