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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE CI ÊNCIAS NATURAIS Curso: Licenciatura em Ciências da Natureza e Ciências Ambientais Disciplina: Física Geral Código: SCN0128 Turma: CN e CA Professora: Dr a . Ana Mónica Ferreira-Rodrigues Sala 512D Tel.: 2244 5527 e-mail: anarodrigues@unirio.br Lista de Exercícios I Ref.: 1) Halliday, D., Resnick, R., Walker, J., “Fundamentos de Física”, Vol. 2, 4ª Edição ou superior, editora LTC. 2) Young, H.D., Freedman, R.A., “Sears & Zemansky Física”, Vol. 2, 12ª Ed. – Editora Pearson & Addison Wesley. 3) Tipler, P.A., Mosca, G., “Física”, Vol.1 e 2 , 5ª Edição, Editora LTC. 4) Hewitt, P., “Fundamentos de Física Conceitual” ou “Física Conceitual”, 1ª Edição, Editora Bookmam. 5) Okuno, E., Caldas, I.L., Chow, C., “Física para ciências biológicas e biomédicas”, 1ª Edição, Editora Harbra. Parte 1 Responda levando em consideração a precisão dos dados fornecidos no problema! 1) Na escala de temperatura de Réaumur, o ponto de fusão do gelo é 0ºR e o ponto de ebulição da água é 80ºR. Deduza as expressões para converter as temperaturas que estão na escala Réaumur para as escalas Celsius e Fahrenheit. R.: RC Tt 25,1 e 32 4 9 RF Tt . 2) Se 500g de chumbo fundido, a 327ºC, forem colocados em uma cavidade de um grande bloco de gelo a 0ºC, qual a quantidade de gelo que se derreterá? Dados: kgkJL Pbf 7,24, , kgkJL gelof 5,333, , KkgkJcPb .128,0 . R.: g L TcLm mQ gf PbPBPbfPb g 8,990 , , . 3) Em um dia frio é possível aquecer as mãos esfregando-as uma na outra. a) Considere que o coeficiente de atrito entre as mãos seja de 0,5 e que a força normal entre as mãos é de 35 N, e ainda, que as mãos sejam esfregadas a uma taxa de 35 cm/s. Qual a taxa de geração de calor? R.: W dt dQ 13,6 . b) Admita que a massa de cada mão seja de 350 g, e o respectivo cmão= 4 kJ/kg.K. Se todo o calor gerado é usado para elevação da temperatura das mãos, por quanto tempo as mãos precisam ser esfregadas para produzir uma elevação de 5ºC na sua temperatura? Dica: O aquecimento das mãos se dá por atrito e transferência de calor de uma mão na outra. R.: min19t . 2 Parte 2 4) Um gás ideal inicialmente a 20ºC e 200 kPa tem 4 L de volume. Em uma expansão isotérmica quase- estática sua pressão é reduzida a um valor de 100 kPa. Calcule: a) o trabalho feito pelo gás; R.: Resolvendo a integral do W temos que W = 555J. b) o calor adicionado ao gás durante a expansão. R.: Aplicando a 1ª Lei da termodinâmica e lembrando que ∆Eint = 0 nos processos isotérmicos temos que, Q = 555J, já que o W feito sobre o gás é de – 555 J. 5) Responda às seguintes questões conceituais: a) Explique porque não se pode resfriar uma cozinha, em um dia quente, apenas abrindo a porta de um refrigerador. Por que se resfria o ambiente com um ar condicionado em funcionamento, mas isso não ocorre mantendo-se a porta de um refrigerador aberta? R.: Como descrito pela segunda lei da termodinâmica, mais calor deve ser transmitido para o ambiente externo do que é removido por uma geladeira ou ar condicionado. O compressor da geladeira encontra-se dentro da cozinha (logo ele aquece o ambiente externo, que neste caso é a cozinha). Já no ar condicionado, o compressor fica fora do ambiente a ser resfriado, portanto o calor é liberado para o ambiente externo ao recinto que é resfriado pelo ar condicionado. b) Se duas curvas adiabáticas se interceptassem em um digrama PV, seria possível completar um ciclo mediante um caminho isotérmico entre as duas curvas adiabáticas, como mostra a fig.1. Mostre que, dessa forma, tal ciclo violaria a segunda lei da termodinâmica. R.: Assumindo-se o inicio do ciclo, no sistema cíclico apresentado, a partir da expansão isotérmica, o W realizado pelo sistema é a área fechada dentro do ciclo. É apenas durante a expansão que o calor é extraído de um reservatório, e como sabemos não há transferência de calor em um processo adiabático (Q = 0). Portanto, seria possível converter completamente calor em energia mecânica sem perdas de calor para um reservatório frio o que violaria a segunda lei da termodinâmica. Fig.1
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