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Física Teórica II_Exercícios_AV2 (1)

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Física teórica II
Aula VI
1. A Física está em nosso cotidiano. Até quando tomamos o nosso tradicional cafezinho sentimos a presença da Física, no calor que flui pela xícara e na troca de calor existente entre o café e o meio ambiente.
Geralmente, armazenamos o café já pronto, em garrafas térmicas, pois sabemos que elas possuem paredes duplas com câmara de vácuo e são espelhadas, como mostrado na figura.
Levando-se em conta as leis da calorimetria, elas são construídas dessa forma porque: 
II- A câmara de vácuo impede a transmissão do calor por condução;
2. Considere 3 fenômenos simples:
I - Circulação de um ar condicionado;
II - Aquecimento de um objeto exposto ao sol;
III - Aquecimento de uma barra de ferro.
Associe a cada um deles, nessa ordem, o principal tipo de transferência de calor que ocorre nesses fenômenos:
R.: Convecção, irradiação, condução
3. Uma chapa de cobre de 2,0cm de espessura e 1,0m² de área tem suas faces mantidas a 100ºC e 20ºC. Admita que o regime é estacionário. Sabendo que a condutibilidade térmica do cobre é de 320kcal/h.m.ºC, o fluxo de calor que atravessa a chapa de cobre é igual a:
1,28.106 kcal/h
Aula VII
1. A temperatura de um gás ideal em um contênier selado de 0,40 cm³ é reduzida de 380 K para 270 K. A pressão final do gás é de 30 kPa. A capacidade de calor molar a um volume constante do gás é de 28,0 J/mol . K. O calor absorvido pelo gás, em kJ, se aproxima mais de:
R.: -16.
2. A compressão, a uma pressão constante de 40 kPa, é executada sobre 7,0 moles de um gás não-atômico ideal .A compressão reduz o volume do gás de 0,25 m³ para 0,12 m³. A variação na energia interna do gás, em kJ, se aproxima mais de:
R.: -,78.
3. Um gás não atômico ideal sofre uma expansão isotérmica de 300 K, à medida que o volume aumenta de 0,09 m³para 0,36 m³. A pressão final é de 100 kPa. A variação na energia interna do gás, em kJ, se aproxima mais de:
R.: zero.
Aula VIII
1. Quando a luz vai para a água:
R.: Sua velocidade e seu comprimento de onda variam, mas sua frequência não varia.
2. Quando você se afasta de um espelho plano em uma parede, sua imagem:
R.: É sempre do mesmo tamanho.
3. O estudo da Física traz consigo informações que são importantes em diversas áreas do conhecimento.  A exploração sísmica de petróleo e gás natural, por exemplo, se utiliza de uma propriedade geral das ondas ― reflexão e refração. Quando a luz penetra em um meio mais denso, ele é deslocado em direção a uma linha perpendicular à superfície.
Durante o trabalho de avaliação de uma área na região Nordeste do país, para uma possível exploração da energia eólica, alguns técnicos utilizaram um equipamento que possuía em sua montagem lentes de vidro. Pode-se afirmar que essas lentes focalizam a luz por meio de uma propriedade óptica chamada: 
R.: Refração da luz.
Aula IX
1. Suponha que você posicione o seu rosto na frente de um espelho côncavo:
R.: Se você se posicionar entre o centro de curvatura e o ponto focal do espelho, você não será capaz de ver sua imagem.
2. Ao observar seu rosto em um espelho esférico convexo, a imagem observada é:
R.: Virtual e reduzida
3. Um objeto com 5cm de altura é posicionado a 3cm de um espelho côncavo, cuja distância focal é igual a 12cm. É correto afirmar que a distância da imagem até o vértice do espelho é igual a:
R.: -6,0cm
Aula X
1. Um copo de vidro com uma base chata de 4,6mm de espessura contém um álcool líquido com 2 mm de altura. Os índices de refração do vidro e do líquido são 1,50 e 1,34, respectivamente.
A espessura aparente da base de vidro vista com incidência normal de cima do líquido, em mm, está mais próxima de:
R.: 3,1
2. Na figura a seguir, o raio da parte curva da lente L1 é 24,0cm e o índice de refração do material da lente é 1,50cm.
O comprimento focal de L1 está mais próximo de:
R.: -48,0 cm
3. Na figura a seguir, os raios das partes curvas da lente L 4 são 19,5cm e 22,8cm e o índice de refração do material da lente é 1,44cm.
O comprimento focal de L 4 está mais próximo de:
R.: -306,0cm
Exercícios do anexo:
Suponha que 1kg de água a 100°C é convertido em vapor a 100°C à pressão atmosférica padrão (1,00 atm = 1,01.105 Pa). O volume da água varia de um valor inicial de 2,00.10-3m3 para 5,0.,10-2m3. 
Determine o valor do trabalho realizado pelo sistema durante esse processo. 
R.: 4 848 J.
Ache o rendimento de um motor que recebe 2000J de calor durante a fase de combustão e perde 1500J de calor na descarga e no atrito.
R.: 25%
Se um motor tiver um rendimento de 20% e perder 3000J de energia em virtude do atrito, qual o trabalho realizado efetuado pelo motor?
R.: 750J
Alguns biólogos, envolvidos no projeto para a implantação do uso da energia eólica no Estado do Ceará, iniciaram uma explicação sobre a importância da penetração da luz em meios aquáticos, devido à ocorrência da fotossíntese em meios bióticos. O comprimento de onda e a intensidade da luz, que é associada à energia transportada pela luz, são características importantes do ponto de vista ambiental. Com base no estudo da óptica, é correto afirmar que: 
R.: (e) A luz branca pode ser decomposta em 7 comprimentos de onda ao passar por meios com índices de refração diferentes. 
Lourdes está produzindo um curta metragem. Em uma das cenas, são necessários vários objetos idênticos; porém, a jovem cineasta não possui verba para comprar os materiais necessários. Um dos membros de sua equipe teve uma ótima ideia, sugeriu que fossem utilizados espelhos para que o número de objetos parecesse maior no filme. A equipe conseguiu dois espelhos e os posicionou fazendo um ângulo de 30° entre eles. 
Quantas imagens foram vistas para cada objeto posicionado entre os espelhos?
R.: 11 imagens para cada objeto colocado entre os espelhos.
Um pequeno objeto foi posicionado a uma distância de 60 cm do vértice de um espelho que possui distância focal igual a 40cm. A imagem conjugada pelo espelho é real, invertida e ampliada. 
Determine a distância da imagem e o valor do aumento linear transversal:
R.: a 120cm do vértice do espelho, o aumento será A = -2.
Calcule o valor da distância focal e o tipo de espelho esférico que deve ser utilizado para obter uma imagem que seja igual a 2/3 da dimensão do objeto. 
Sabe-se que o objeto está a 1,80m do vértice do espelho e tem como característica o fato de ser virtual e direita reduzida.
R.: -3,60m
Utilizando um programa de simulação sobre refração, verificamos que existe uma correlação entre o valor do índice de refração do meio (n2), o ângulo de refração e a velocidade da luz nesse meio. Considere o ar como o meio 1(local de onde o feixe de luz partiu). A partir dos resultados obtidos e com base nas Leis da óptica, é correto afirmar que:
R.: (d) Quanto maior o valor do índice de refração, mais próximo da reta normal estará o ângulo refratado.
Uma lente de vidro delgada duplamente convexa tem raios de curvaturas iguais. O comprimento focal da lente é +52,5 cm e o índice de refração do vidro é 1,52. O raio de curvatura de cada superfície convexa, em cm, está mais próximo de:
R.: 55
Na Figura a seguir, a lente delgada forma uma imagem 15,0 cm à direita do objeto. O comprimento focal da lente está mais próximo de:
R.: -46,7 cm
Um feixe de luz monocromática, propagando-se no ar, incide segundo um ângulo de 45° com a normal, em uma lâmina de faces paralelas, de espessura igual a 6 cm constituída de material de índice de refração . Calcule o ângulo de refração na primeira face e o desvio lateral sofrido pelo feixe de luz incidente.
R.: 30° e o desvio é aproximadamente igual a 1,79cm
Uma louca-a-deus está sobre o eixo central de uma lente simétrica delgada a 20 cm da lente. A ampliação lateral da lente. A ampliação lateral da lente é A=-0,25, e p índice de refração da substância der que é feita a lente é 1,65. 
(a) Determine o tipo de imagem produzido pela lente; o tipo de lente; se o objeto (louva-a-deus) está mais próximo ou mais distanteda lente que o ponto focal; de que lado da lente é formada a imagem: se a imagem é invertida ou não. 
R.: Lente convergente, imagem real, invertida e reduzida
(b) Quais os dois raios de curvatura da lente? 
R.: r = 5,2 cm
O ponto próximo de um certo olho humano hipermétrope fica 100cm à frente do olho. Para ver com nitidez um objeto situado a uma distância de 25 cm do olho, qual é lente de contato necessária?
R.: Precisamos de uma lente convergente com f = 33cm, sendo então, a potência correspondente de +3,0 dioptrias
Existem instrumentos ópticos conhecidos como a lupa, o microscópio composto e o telescópio refrator. Faça uma pesquisa sobre o funcionamento e aplicações desses instrumentos. Aproveite o os conceitos aprendidos em sua pesquisa e resolva o problema que segue: 
Calcule a convergência e a distância focal de uma lupa cujo aumento nominal é A = 4,0 vezes. Admite-se d = 0,25m (distância mínima da visão distinta) 
R.: A pesquisa deverá ser avaliada pelo tutor. A resposta do problema é C= 16 di e f = 6,3 cm.
Um raio de luz passa do ar para a água, sendo p índice de refração nesse meio igual a 1,33, determine a velocidade de propagação da luz na água.
R.: v=2,6. m/s
Durante uma brincadeira, Lia aponta um feixe de luz na superfície de um meio que possui índice de refração igual a 1,73. Sabendo-se que o meio de incidência é ar e que o feixe incide fazendo 60° com a reta normal, conforme mostra a figura, determine:
o valor do ângulo de refração. R.: r=30°
a velocidade da luz no meio 2. R.: v=1,73.m/s
Um raio luminoso monocromático, incide sob um ângulo de 60° sobre uma lâmina de faces paralelas, de n =1,74 e espessura igual a 6 cm. Sabe-se que a lâmina está imersa no ar, calcule o desvio lateral do feixe após emergir da lâmina.
R.: O desvio lateral será igual a 3,47cm.
Determine o aumento linear transversal da imagem de um objeto luminoso de 16 cm de altura que foi posicionado a 30 cm de uma lente delgada convergente de 2,5 dioptrias.
R.: 4.
A transmissão de calor entre os corpos pode ocorrer por três processos diferentes. Sobre esses processos considere os seguintes exemplos: 
I – A aproximação da mão aberta em frente à chapa do ferro mantido na posição vertical; 
II- O toque rápido com o dedo molhado na chapa quente; 
III- O movimento característico, aproximadamente circular, de subida e descida da água sendo aquecida em um recipiente de vidro. 
Em cada uma das três situações descritas, a transmissão de calor ocorre, respectivamente, através de:
Radiação, condução, convecção.
Uma barra de alumínio de comprimento L = 1,0m tem uma de suas extremidades em contato térmico com gelo fundente e outra com vapor de água a 100°C. A barra está envolta em amianto para evitar perdas de calor. A secção transversal da barra é de 20cm2 e o alumínio tem coeficiente de condutibilidade térmica k = 0,50 cal/s.cm°C. 
Mantido em regime estacionário, podemos afirmar que a massa de gelo que se funde em 4.10 3 s será igual a:
R.: 500g
Os refrigeradores possuem paredes internas constituídas geralmente por poliestireno. Supondo que um refrigerador tenha a área interna total igual a 4m2 e espessura de 20mm, sendo a diferença de temperatura entre o interior e o exterior igual a 20°C, utilizando a condutividade térmica do poliestireno k = 0,01W/m-1.k-1, podemos afirmar que o calor que flui através dessas paredes no intervalo de uma hora é igual a :
R.: 144 kJ
Um cilindro de cobre de comprimento L= 2,0m e área de secção transversal A = 10 cm2 é embrulhado com uma manta isolante de lã de vidro e suas extremidades são conectadas a recipientes contendo água em ebulição e gelo fundente, sob pressão normal. 
Calcule o fluxo de calor que o travessa. 
Dado: k = 385 W/m.k
R.: 19,25 W
A prata tem coeficiente de condutibilidade térmica aproximadamente igual a 1cal/s.cm.°C. Uma barra de prata possui comprimento de 20cm e área de secção transversal igual a 2cm2. 
Colocamos a extremidade A da barra em vapor a 100°C e a extremidade B em gelo fundente (Calor latente de fusão do gelo, L = 80 cal/g).
(a) Determine o fluxo de calor através da barra. Resp. Q = 6,4.105kcal
(b) Determine a massa de gelo que se funde em 8 minutos. Resp. H = 1,28.106 kcal/h
Uma chapa de cobre de 2,0cm de espessura e 1,0m2 de área tem suas faces mantidas a 100°C e 20ºC. Admita que o regime é estacionário. Sabendo que a condutibilidade térmica do cobre é de 320kcal/h.m.°C, determine: 
(a) O fluxo de calor que atravessa a chapa de cobre. Resp. 10 cal/s.
(b) A quantidade de calor que atravessa a chapa em 0,5 horas. Resp. 60g.

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