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1. Fazer a associação correta entre os algarismos romanos de I a IV e as letras de A a D. I. Mecânica II. Cinemática III. Dinâmica IV. Estática A) Estuda as leis da natureza que podem explicar os movimentos. B) É a ciência que estuda os movimentos. C) Identifica as forças que atuam em um corpo e a relação entre elas para que haja equilíbrio. D) Descreve os movimentos geometricamente sem investigar as suas causas. RESOLUÇÃO: I. B II. D III. A IV. C 2. Um trem tem comprimento L = 200m e faz uma viagem de São Paulo para o Rio de Janeiro percorrendo uma distância de 400km. Durante a viagem, o trem atravessa um túnel de comprimento 400m. Pretende-se calcular I. a velocidade escalar média do trem na viagem de São Paulo ao Rio de Janeiro; II. o tempo gasto pelo trem para atravessar o túnel. a) Apenas na situação I o trem é considerado um corpo extenso. b) Apenas na situação II o trem é considerado um ponto material. c) Nas duas situações o trem é considerado corpo extenso. d) Nas duas situações o trem é considerado um ponto material. e) Na situação I o trem é considerado um ponto material e na situação II o trem é considerado um corpo extenso. RESOLUÇÃO: Na situação I, o tamanho do trem é desprezível em comparação com a distância que ele percorre, sendo considerado ponto material. Na situação II, a distância a ser percorrida é a soma dos comprimentos do trem e do túnel e ele é considerado um corpo extenso. Resposta: E 3. No movimento de translação em torno do Sol, o planeta Terra é considerado um ponto material porque a) a massa da Terra é muito menor que a do Sol. b) o raio da Terra é muito menor que o do Sol. c) o diâmetro da Terra é muito menor que o comprimento de sua órbita. d) a trajetória da Terra em torno do Sol tem a forma de uma elipse. e) a distância da Terra ao Sol é constante. RESOLUÇÃO: No movimento de translação, a Terra é considerada um ponto material porque suas dimensões são desprezíveis em comparação com a distância por ela percorrida em sua órbita em torno do Sol. Resposta: C MÓDULO 1 FUNDAMENTOS DA CINEMÁTICA – 1 FÍ S IC A A FRENTE 1 – MECÂNICA C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 1 4. Conta-se que um curioso incidente aconteceu durante a Primeira Guerra Mundial. Quando voava a uma altitude de dois mil metros, um piloto francês viu o que acreditava ser uma mosca parada perto de sua face. Apanhando-a rapidamente, ficou surpreso ao verificar que se tratava de um projétil alemão. J. Perelman. Aprenda física brincando. S.Paulo: Hemus, 1970. O piloto consegue apanhar o projétil, pois a) ele foi disparado em direção ao avião francês, freado pelo ar e parou justamente na frente do piloto. b) o avião se movia no mesmo sentido que o dele, com velocidade visivelmente superior. c) ele foi disparado para cima com velocidade constante, no instante em que o avião francês passou. d) o avião se movia no sentido oposto ao dele, com velocidade de mesmo valor. e) o avião se movia no mesmo sentido que o dele, com velocidade de mesmo valor. RESOLUÇÃO: Se a bala e o avião tiverem velocidades iguais (em módulo, direção e sentido), então a bala estará em repouso em relação ao avião e o piloto poderá pegá-la sem sofrer dano algum. Resposta: E 5. (MODELO ENEM) – Uma garota ganhou um carro novo e a 100km/h colide com um poste. Ao prestar depoimento na delegacia, ela afirma ao delegado que não teve culpa alguma. O delegado espantado argumenta: Como você não teve culpa? Você bateu num poste. A garota, acuada, usa argumentos da Física para justificar o seu erro ao volante. Sr. Delegado, o senhor não sabe a que velocidade vinha o poste!!! Do ponto de vista estritamente da Física, a) a frase da garota é absurda, pois um poste não pode estar em movimento. b) os conceitos de repouso e movimento não dependem do referencial adotado. c) o argumento da garata, embora seja absurdo para explicar a colisão, tem conteúdo físico: se o referencial for o carro, a garota está em repouso e o poste se movimenta a 100km/h. d) para um referencial fixo no solo terrestre, a garota estava em repouso. e) para um referencial fixo no carro o poste está em repouso. RESOLUÇÃO: Os conceitos de repouso e movimento são relativos, pois dependem do referencial adotado. Em relação ao solo, o poste está em repouso e a garota está a 100km/h; em relação ao carro, a garota está em repouso e o poste está a 100km/h. Resposta: C 1. Considere um trem movendo-se em trajetória retilínea e horizontal com velocidade constante. Uma pessoa A parada em relação ao trem abandona uma pequena esfera de uma altura H acima do piso do trem. Despreze o efeito do ar. Considere uma pessoa B parada em relação ao solo terrestre e uma pessoa C correndo no solo terrestre paralelamente ao movimento do trem e com velocidade constante igual à do trem. Assinale a opção que representa corretamente a forma da trajetória da esfera em relação aos observadores A, B e C RESOLUÇÃO: 1) A esfera mantém, por inércia, uma velocidade horizontal igual à do trem e, portanto, em relação a A e a C, a trajetória é retilínea e vertical. 2) Em relação a B, a esfera tem um movimento horizontal mantido por inércia e um movimento vertical sob ação da gravidade originando uma trajetória parabólica. Resposta: D MÓDULO 2 EQUAÇÃO HORÁRIA DOS ESPAÇOS 2 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 2 2. (UNESP-2015-MODELO ENEM) – A fotografia mostra um avião bombardeiro norte-americano B52 despejando bombas sobre determinada cidade no Vietnã do Norte, em dezembro de 1972. (www.nationalmuseum.af.mil. Adaptado.) Durante essa operação, o avião bombardeiro sobrevoou, horizon tal - mente e com velocidade vetorial constante, a região atacada, enquanto abandonava as bombas que, na fotografia tirada de outro avião em repouso em relação ao bombardeiro, aparecem alinhadas verticalmente sob ele, durante a queda. Desprezando-se a resistência do ar e a atuação de forças horizontais sobre as bombas, é correto afirmar que a) no referencial em repouso sobre a superfície da Terra, cada bomba percorreu uma trajetória parabólica. b) no referencial em repouso sobre a superfície da Terra, as bombas estavam em movimento retilíneo acelerado. c) no referencial do avião bombardeiro, a trajetória de cada bomba é representada por um arco de parábola. d) enquanto caíam, as bombas estavam todas em repouso, uma em relação às outras. e) as bombas atingiram um mesmo ponto sobre a superfície da Terra, uma vez que caíram verticalmente. RESOLUÇÃO: Em relação ao avião, cada bomba cai verticalmente. Em relação ao solo terrestre, cada bomba descreve uma parábola resultado da combinação de dois movimentos simultâneos: 1) Movimento horizontal, mantido por inércia, com velocidade igual à do avião. 2) Movimento vertical sob ação da gravidade. Resposta: A 3. Dois carros, A e B, assimiláveis a pontos materiais, percorrem uma mesma estrada reta com posições definidas pelas equações horárias. sA = 20,0t (SI) e sB = 900 – 30,0t (SI) Determine a) a distância D entre os carros na origem dos tempos (t = 0); b) o instante TB em que o carro B passa pela origem dos espaços (s = 0); c) o instante TE em que os carros estarão lado a lado. RESOLUÇÃO: a) Para t = 0 sA = 0 e sB = 900m b) sB = 0 ⇒ 900 – 30,0TB 30,0TB = 900 ⇒ c) t = TE ⇔ sA = sB 20,0 TE = 900 – 30,0TE 50,0TE = 900 ⇒ Respostas: a) D = 900m b) TB = 30,0s c) TE = 18,0s 4. Uma partícula descreve uma circunferência no sentido horário partindo da posição A no instante t = 0 A circunferência descrita tem comprimento igual a 200m. A equação horária que descreve o movimento de partícula é dada por: s = 2,0t2 (SI) em que s representa o espaço no instante t. Nos instantes t1 = 5,0s e t2 = 20,0s, a partícula estará posicionada respectivamenteem: a) A e C; b) B e C; c) B e A; d) C e D; e) A e D. RESOLUÇÃO: 1) Para t1 = 5,0s, temos s1 = 2,0(5,0) 2(m) = 50,0m (B) 2) Para t2 = 20,0s, temos s2 = 2,0(20,0) 2(m) = 800m A partícula deu 4 voltas completas e retornou ao ponto A. Resposta: C D = sB – sA = 900m TB = 30,0s TE = 18,0s – 3 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 3 5. Uma partícula descreve uma trajetória circular movendo-se no sentido horário com equação horária dada por: s = 2,0t2(SI) válida para t ≥ 0 A origem dos espaços é o ponto A e o comprimento da circunferência vale 32,0m. Determine a) o instante t1 em que a partícula passa pela primeira vez na posição B. b) os instantes em que a partícula passa pela posição A. RESOLUÇÃO: a) 1) Para t = t1 ⇒ s = sB = m = 8,0m 2) s = 2,0t2 (SI) 8,0 = 2,0t2 1 ⇒ t2 1 = 4,0 (SI) ⇒ b) A partícula passa por A quando s = n c = 32,0n em que n é um inteiro não negativo 32,0n = 2,0t2 ⇒ t2 = 16,0n t = 4,0��n (s) Respostas: a) t1 = 2,0s b) 4,0��n (s) para n inteiro não negativo 1. (UNICAMP-SP-VAGAS REMANESCENTES-2016-MODELO ENEM) – Um corredor dispõe de um relógio de pulso equipado com sensores que medem velocidade, distância percorrida e número de passos dados. Em determinado percurso, o aparelho registrou uma velocidade escalar média de 3,0m/s, a um ritmo de 150 passos por minuto. Qual o comprimento médio de 1 passo do corredor nesse percurso? a) 0,83m. b) 1,00m. c) 1,20 m. d) 1,50m. e) 1,60m RESOLUÇÃO: V = = 3,0 = MÓDULO 3 VELOCIDADE ESCALAR MÉDIA 32,0 ––––––– 4 t1 = 2,0s ne ––––– Δt Δs ––––– Δt e = 1,20m 150 . e ––––––– 60 4 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 4 2. (MEDICINA-ALBERT EINSTEIN-2016-MODELO ENEM) Jetpack para corredores os fará correr 1,6 km em quatro minutos Trata-se do 4 Minute Mile (4MM), um acessório capaz de aumentar a velocidade de corrida de uma pessoa que esteja a pé. Foi desenvolvido por estudantes da Arizona State University. Enquanto pesquisava próteses para amputados, a equipe notou que poderia trabalhar no design de um protótipo que ajudasse o ser humano a correr mais rápido. Como aplicar as forças? Até mesmo um exoesqueleto foi pensado para gerar a força necessária para aumentar a velocidade, mas o resultado final foi o Jetpack. Como o nome sugere, o objetivo é fazer com que seja possível correr uma milha (aproximadamente 1,6 km) em quatro minutos. Os testes têm sido promissores. O tempo gasto por um atleta, usando o Jetpack, em corridas de 200 metros, foi 3 segundos mais rápido que o normal, mesmo carregando esse peso extra. Outra ideia é usar o Jetpack em missões militares, como infiltrações e ofensivas que necessitem de rápido deslocamento. Por enquanto, o projeto ainda não passou da fase de protótipo. Disponível em: http://www.tecmundo.com.br/. Adaptado. Com base nas informações do texto, determine a velocidade escalar média aproximada, em km/h, de uma pessoa que, usando o Jetpack 4MM, tenha percorrido uma milha dentro do tempo previsto pelos estudantes da Arizona State University. a) 24 b) 6,7 c) 5,0 d) 0,5 Resolução Do enunciado, temos: �s � 1,6km �t = 4,0min = h Vm = Vm � Resposta: A 3. (PUC-RJ-2016) – Um corredor corre 4,0km com uma velocidade escalar de 8,0km/h e depois corre mais 4,0km em 60min. Calcule a velocidade escalar média do corredor, em km/h, no percurso total. a) 4,0 b) 5,3 c) 6,0 d) 6,7 e) 8,0 RESOLUÇÃO: 1) De A para B: V1 = ⇒ 8,0 = ⇒ Δt1 = 0,5h 2) De A para C: Vm = = Resposta: B 4,0 –––– 60 �s ––– �t 1,6km ––––––– 4,0 –––– h 60 Vm � 24km/h 40 –––– Δt1 Δs1 –––– Δt1 8,0km ––––––––– 1,5h Δs –––– Δt km Vm � 5,3 –––––h – 5 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 5 4. (OLIMPÍADA BRASILEIRA DE FÍSICA-2015) – Considere uma partícula que se move em linha reta de acordo com a função horária x = 3,0 + 5,0t + 2,0t2, em que a posição x é dada em metros e o tempo t em segundos. Qual a velocidade escalar média da partícula entre os instantes t1 = 3,0s e t2 = 4,0s, em m/s? a) 17,0 b) 19,0 c) 21,0 d) 34,0 e) 38,0 RESOLUÇÃO: x = 3,0 + 5,0t + 2,0t2 (SI) Para t1 = 3,0s ⇒ x1 = 3,0 + 15,0 + 18,0(m) = 36,0m Para t2 = 4,0s ⇒ x2 = 3,0 + 20,0 + 32,0 (m) = 55,0m Vm = = (m/s) ⇒ Resposta: B 5. A tabela abaixo contém as velocidades escalares, consideradas constantes, em metros por segundo, que 5 nadadoras apresentaram na ida e na volta nadando estilo livre em uma piscina de 50 metros de comprimento. a) Qual delas fez a virada em primeiro lugar? b) Qual nadadora venceu a competição? RESOLUÇÃO: a) A nadadora que fez a virada em primeiro lugar foi a B porque tem maior velocidade escalar na ida. b) Vai vencer a competição a nadadora que tiver maior velocidade escalar média no trajeto total de ida e volta. Δ t1 = ; Δ t2 = ; Δt = Δt1 + Δt2 = + Δ t = ⇒ Vm = = 2d Vm = (média harmônica) VA = 1,00 m/s ; VB = (m/s) � 0,98 m/s VC = (m/s) � 0,76 m/s Portanto, a vencedora foi A. Respostas:a) B b) A 1. (UFTM-MODELO ENEM) – Em uma viagem pelo interior de Minas Gerais, um motorista, partindo do repouso da cidade de Sacramento às 20h30min, chegou à cidade de Uberaba às 22h30min do mesmo dia. Considerando-se que a distância entre essas duas cidades, ao longo da rodovia, é de 72km, é correto afirmar que, nessa viagem, o veículo a) manteve velocidade escalar superior a 72km/h em todo o percurso. b) manteve uma velocidade escalar constante e igual a 36km/h. c) atingiu a velocidade escalar de 10m/s em algum instante. d) permaneceu parado durante algum intervalo de tempo após a sua partida. e) não ultrapassou a velocidade escalar de 10m/s. RESOLUÇÃO: Vm = = = = 10m/s Durante o trajeto, a velocidade escalar pode ser variável, assu - mindo valores abaixo e acima de 36km/h. Para que a média seja 10m/s e como a velocidade escalar varia de modo contínuo, em algum instante a velocidade escalar assumiu o valor de 10m/s. Resposta: C 2 . 0,50 . 1,60 ––––––––––––– 2,10 MÓDULO 4 VELOCIDADE ESCALAR INSTANTÂNEA Δs ––––– Δt 72km ––––––– 2h 36km –––––––– h 2 . 1,25 . 0,80 ––––––––––––– 2,05 NADADORA A B C D E ida 1,00 1,25 0,50 0,60 0,80 volta 1,00 0,80 1,60 0,90 0,70 d ––– V2 d ––– V1 d ––– V2 d ––– V1 V1V2–––––––––– d(V2 + V1) Δs ––– Δt d(V2 + V1)–––––––––– V1V2 2V1V2–––––––––– V2 + V1 Vm = 19,0m/s 55,0 – 36,0 ––––––––––– 4,0 – 3,0 Δx –––– Δt 6 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 6 2. (OLIMPÍADA BRASILEIRA DE FÍSICA-2015) – Considere que queremos calcular a velocidade escalar de um automóvel em um instante t = 3,0s, e apenas seja fornecida a função horária da posição em função do tempo. Qual a velocidade escalar no instante t = 3,0s em km/h? É dada a função horária: x = 3,0 + 5,0t + 2,0t2, onde x é dado em metros e t em segundos. a) 30km/h b) 40,1km/h c) 50,1km/h d) 61,2km/h e) 72,3km/h RESOLUÇÃO: x = 3,0 + 5,0t + 2,0t2 (SI) V = 5,0 + 4,0t (SI) Para t1 = 3,0s ⇒ V1 = 17,0 . 3,6km/h ⇒ Resposta: D 3. (MODELO ENEM) – A máxima velocidade escalar que um ser humano consegue atingir numa corrida é de 16,0m/s. Numa corrida de 100m rasos, foi relatado que a coordenada de posição x de um atleta variou com o tempo de movimento t conforme a relação: x = 1,0t2 (SI) Podemos afirmar que a relação proposta é incoerente com a realidade física, pois a) o atleta não teria partido do repouso. b) o tempo gasto para percorrer os 100m é incompatível com a realidade. c) o atleta cruzaria a linha de chegada com velocidade escalar superior a 16,0m/s. d) o atleta teria uma velocidade escalar média maior que 16,0m/s.e) a velocidade escalar do atleta deveria ser constante. RESOLUÇÃO: 1) Tempo gasto na corrida: x = 100m ⇒ 100 = 1,0T2 ⇒ Esse tempo é compatível com a realidade. 2) V = = 2,0t (SI) Para t = T = 10,0s ⇒ V = Vf = 20,0m/s Este valor é incompatível com a realidade. 3) A velocidade escalar média seria: Vm = = = 10,0m/s Resposta: C 4. Uma partícula se move ao longo do eixo x e sua coordenada de posição x varia com o tempo t conforme a relação: x = 4,0(t – 2,0)2 (SI) No instante t1 a partícula passa pela origem das coordenadas (x = 0) e sua velocidade escalar vale V1. Os valores de t1 e V1 são dados por: a) t1 = 2,0s e V1 = 2,0m/s b) t1 = 2,0s e V1 = 0 c) t1 = 0 e V1 = 0 d) t1 = 4,0s e V1 = 4,0m/s e) t1 = 4,0s e V1 = 0 RESOLUÇÃO: 1) Para x = 0, temos t1 = 2,0s 2) x = 4,0(t2 – 4,0t + 4,0) (SI) x = 4,0t2 – 16,0t + 16,0 (SI) V = 8,0t – 16,0 (SI) Para t1 = 2,0s ⇒ Resposta: B 5. Um projétil é lançado verticalmente para cima a par tir do solo terrestre. A altura h do projétil (espaço) varia com o tempo t, se gundo a relação: h = 20,0t – 5,0t2 (SI) Determine a) o instante t1 em que o projétil atinge sua altura máxima; b) a altura máxima H atingida pelo projétil. RESOLUÇÃO: a) O projétil atinge a altura máxima quando V = 0. V = = 20,0 – 10,0t (SI) 20,0 – 10,0 t1 = 0 ⇒ b) t = t1 = 2,0s h = H = 20,0 . 2,0 – 5,0 (2,0)2 (m) H = 40,0 – 20,0 (m) Respostas: a) t1 = 2,0s b) H = 20,0m V1 = 17,0m/s Ts = 10,0s dx ––– dt Δx ––– Δt 100m –––––– 10,0s V1 = 0 dh ––– dt t1 = 2,0s H = 20,0m V1 = 61,2km/h – 7 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 7 6. O gráfico abaixo representa a ve lo cidade escalar de uma partícula que descreve uma tra je tória re ti lí nea, em função do tem po. No intervalo de tem po de 0 a T, a par tí cula inverteu o sen tido de seu movi men to a) nenhuma vez. b) uma vez. c) duas vezes. d) três vezes. e) quatro vezes. RESOLUÇÃO: Para que haja inversão no sentido do movimento, a velo ci da de escalar deve trocar de sinal. Resposta: C 1. (VUNESP-UNICID-2015) – A tabela indica as posições (s) e as velocidades (v) de um mesmo móvel, nos instantes t0 = 0 e t = 5,0s de seu movimento. É correto afirmar que, no intervalo entre t0 e t, a velocidade escalar média, em m/s, e a aceleração escalar média, em m/s2, desse móvel são iguais, respectivamente, a a) 2,0 e 2,0. b) 1,0 e 2,0. c) 1,0 e 0,5. d) 1,0 e 1,0. e) 2,0 e 1,0. RESOLUÇÃO: 1) Vm = = = 1,0m/s 2) �m = = = 2,0m/s 2 Resposta: B 2. (OBC-2015-MODELO ENEM) – Os veículos de maior aceleração escalar são os dragsters. Na categoria Top Fuel, a velocidade escalar varia de zero a 540km/h em apenas 5,0s. Nesse intervalo de tempo, a aceleração escalar média é, em m/s2, mais próxima de: a) 150 b) 100 c) 80 d) 30 e) 15 RESOLUÇÃO: �m = ΔV = 540 = m/s = 150m/s �m = = ⇒ Resposta D MÓDULO 5 ACELERAÇÃO ESCALAR t(s) 0 5,0 s(m) 0 5,0 v(m/s) 0 10,0 Δs ––– Δt 5,0 – 0 –––––––– 5,0 – 0 m ––– s ΔV ––– Δt 10,0 – 0 –––––––– 5,0 – 0 m ––– s2 ΔV –––– Δt 540 ––––– 3,6 km –––– h �m = 30m/s 2m–––– m2 150 ––––– 5,0 ΔV –––– Δt 8 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 8 3. (INSPER-2016-MODELO ENEM) COM OS PÉS NA LUA Como foi a trajetória que levou à maior façanha tecnológica de todos os tempos POR Redação Super Foi a maior conquista tecnológica de todos os tempos. Mesmo hoje, 35 anos depois que o homem chegou à Lua, a imagem ao lado ainda fascina e emociona. Foram nove dias de tensão e excitação, naquele julho de 1969. A saga começou no dia 16, com 1 bilhão de pessoas à frente da televisão. Na base de lançamento da Nasa, no Cabo Canaveral, o procedimento padrão dos lançamentos espaciais: contagem regressiva, ignição dos motores, decolagem do foguete. Na tela, um rastro de fumaça branca. (...) Adaptado de: Revista Superinteressante. Edição 201a. Julho de 2004 A física estabelece que a aceleração escalar média (am) de um corpo em movimento é a razão entre as variações da velocidade escalar (�V) e do tempo (�t) correspondentes a esse movimento. Entretanto, para que seja feita a comparação entre as acelerações observadas em di fe rentes fenômenos, as unidades de medida utilizadas devem ser as mes mas. No caso dos lançamentos espaciais, é importante fazer a com pa ração com o módulo da aceleração da gravidade na Terra (g = 9,8m/s2). Fazendo-se essa comparação com a aceleração que colocou a Apollo 11 a 185 quilômetros de altitude, obtemos um valor a) inferior à metade de g. b) cerca de 20% abaixo de g. c) aproximadamente igual a g. d) aproximadamente igual ao dobro de g. e) aproximadamente igual ao triplo de g. RESOLUÇÃO: �V = 27000 = = 7500m/s am = = ⇒ Resposta: C 4. Uma partícula descreve uma trajetória retilínea e sua coordenada de posição x varia com o tempo t conforme a relação: x = 2,0(t3 – 8,0) (SI) No instante t1 em que a partícula passa pela origem dos espaços, sua velocidade escalar vale V1 e sua aceleração escalar vale �1. Os valores de V1 e �1, em unidades SI, são respectivamente: a) 0 e 0 b) 24,0 e 24,0 c) 8,0 e 8,0 d) 16,0 e 24,0 e) 24,0 e 16,0 RESOLUÇÃO: 1) Quando a partícula passar pela origem, teremos: x = 0 e t31 = 8,0 e 2) x = 2,0t3 – 16,0 (SI) V = 6,0t2 (SI) � = 12,0t (SI) t1 = 2,0s ⇒ Resposta: B A AVENTURA DA IDA 1. Adeus, atmosfera Em aproximadamente 12,5 minutos, três estágios do Saturno V lançaram a Apollo 11 a 185 quilômetros de altitude, numa viagem a 27 mil quilômetros por hora 2. No espaço sideral Na órbita da Terra, bastava pouca energia para a nave ser lançada em direção à Lua. Um único motor impulsionou-a a 40 mil quilô - metros por hora rumo ao satélite natural 3. Temperaturas extremas De um lado, o calor do Sol. Do outro, o frio do espaço escuro. Para equilibrar a temperatura, uma rotação de 180 graus sobre o próprio eixo a cada 20 minutos 4. Alunissagem perigosa Neil Armstrong assumiu o controle manual do Eagle para evitar um pouso desastroso, num local cheio de pedras. Sua pulsação chegou a 150 batimentos por minuto km –––– h 27000 –––––– 3,6 am � 10m/s 2 = g m ––– s �V –––– �t 7500 ––––––––– 12,5 . 60 m ––– s t1 = 2,0s V1 = 24,0m/s �1 = 24,0m/s 2 – 9 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 9 5. (FUVEST-TRANSFERÊNCIA-2016) – Um veículo acelera a partir do repouso e seu motor desenvolve uma força constante, mas o atrito com o ar atrapalha o movimento e exerce uma força com intensidade proporcional à velocidade. Assim, a lei de aceleração escalar desse veículo, a, é a = a0 – b v, em que a0 = 5,0m/s 2, b é uma constante e v é a velocidade escalar que varia em função do tempo, representada no gráfico abaixo. A partir do gráfico, determina-se que b, é um valor mais próximo de: a) 0,01s–1 b) 0,03s–1 c) 0,08s–1 d) 0,3s–1 e) 1,0s–1 Nota: para o cálculo de b, use os valores de V e a no instante t = 9,0s RESOLUÇÃO: 1) No intervalo de 8,0s a 10,0s, a aceleração escalar é praticamente constante e é dada por: a = = = 2,5m/s2 2) a = a0 – b V 2,5 = 5,0 – b 30,0 30,0b = 2,5 b = (SI) ⇒ Resposta: C 1. (UFSCar-SP-MODELO ENEM) – O movimento de três corpos sobre a mesma trajetória reta tem as seguintes características: • Corpo X: realiza um movimento progressivo, sendo que sua posição inicial era positiva. • Corpo Y: realiza um movimento retrógrado, sendo que sua posição inicial era negativa. • Corpo Z: realiza um movimento progressivo, tendo como posição inicial a da origem da trajetória. • Todos os corpos têm velocidades com módulos constantes. De acordo com as características apresentadas, é correto afirmar quea) X e Y certamente se encontrarão, independentemente dos módulos das suas velocidades. b) Y e Z certamente se encontrarão, independentemente dos módulos das suas velocidades. c) X e Z certamente se encontrarão, independentemente dos módulos das suas velocidades. d) X somente encontrará Z se o módulo da sua velocidade for menor que o módulo da velocidade de Z. e) Y somente encontrará Z se o módulo da sua velocidade for maior que o módulo da velocidade de Z. RESOLUÇÃO: 1) X e Y jamais se encontrarão. 2) Y e Z jamais se encontrarão. 3) Z e X poderão encontrar-se se a velocidade de Z for maior que a de X. Resposta: D m ––– s2 5,0 ––––– 2,0 ΔV –––– Δt b � 0,08s–1 5,0 ––––– 60,0 MÓDULO 6 CLASSIFICAÇÃO DOS MOVIMENTOS 10 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 10 2. Um projétil é lançado verticalmente para cima e sua altura h relativa ao solo terrestre varia com o tempo t segundo a relação: h = 10,0 + 20,0t – 5,0t2 (SI) Determine a) o instante T em que o projétil atinge o ponto mais alto de sua trajetória; b) a classificação do movimento no instante t1 = 1,0s; c) a classificação do movimento no instante t2 = 3,0s. RESOLUÇÃO: a) No ponto mais alto: V = 0 V = 20,0 – 10,0T (SI) 0 = 20,0 – 10,0T ⇒ b) V = 20,0 – 10,0t (SI) � = –10,0m/s2 (constante) t = t1 = 1,0s progressivo e retardado c) t = t2 = 3,0s retrógrado e acelerado 3. (MODELO ENEM) – Em um jogo de futebol o banderinha se move em linha reta e sua coordenada de posição x varia com o tempo t conforme o gráfico a seguir. As curvas do gráfico são arcos de parábola Assinale a opção correta: a) No trajeto de A para B, o movimento do bandeirinha é progressivo e retardado. b) No trajeto de B para C, o movimento do bandeirinha é retrógrado e retardado. c) No trajeto de C para B, o movimento do bandeirinha é retrógrado e acelerado. d) O movimento do bandeirinha é sempre progressivo. e) O bandeirinha inverte o sentido de seu movimento no instante t = 10,0s. RESOLUÇÃO: I. De 0 a 10,0s: trajeto de A para B 1) Espaço crescente: V > 0 2) Parábola de concavidade para cima: � > 0 O movimento é progressivo e acelerado. II. De 10,0s a 20,0s: trajeto de B para C 1) Espaço crescente: V > 0 2) Parábola de concavidade para baixo: � < 0 O movimento é progressivo e retardado. III. De 20,0s a 30,0s: trajeto de C para B 1) Espaço decrescente: V < 0 2) Parábola de concavidade para baixo: � < 0 O movimento é retrógrado e retardado. IV. O ponto de inversão do movimento é a posição C, que é atingido no instante t = 20,0s. Resposta: C T = 2,0s �V1 = 10,0m/s�1 = –10,0m/s2� �V1 = –10,0m/s�2 = –10,0m/s2� – 11 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 11 4. (VUNESP-2015-MODELO ENEM) – Em determinado instante t = 0, uma pessoa saiu de sua residência, considerada como marco zero, para fazer uma caminhada. O gráfico horário da figura mostra, qualitativamente, as posições (S) ocupadas pela pessoa nos respectivos instantes (t). A trajetória por onde a pessoa caminhou na sua rua é retilínea. Os trechos mostrados foram percorridos sempre com aceleração escalar constante, mesmo que nula. Analisando-se o gráfico, é correto afirmar que entre os instantes a) 0 e t1, o movimento foi acelerado, e, entre t2 e t3, foi retardado. b) t1 e t2, o movimento foi retardado, e, entre t2 e t4, foi acelerado. c) t1 e t2, o movimento foi retardado, e, entre t3 e t4, foi uniforme. d) t1 e t3, ocorreu uma inversão no sentido do movimento, e, entre t3 e t4, o movimento foi retardado. e) 0 e t1, ocorreu uma inversão no sentido do movimento, e, entre t3 e t4, o movimento foi uniforme. Dados: 1) O trecho 0A é um arco de parábola com vértice em 0. 2) O trecho ABC é um arco de parábola com vértice em B. 3) O trecho CD é retilíneo. RESOLUÇÃO: a) (F) De 0 a t1: V > 0 e � > 0 ⇒ movimento acelerado. De t2 a t3: V < 0 e � < 0 ⇒ movimento acelerado. b) (F) De t1 a t2: V > 0 e � < 0 ⇒ movimento retardado. De t2 a t4: Acelerado de t2 a t3 e uniforme de t3 a t4. c) (V) De t1 a t2: retardado. De t3 a t4: uniforme. d) (F) De t1 a t3: houve inversão no sentido do movimento em t2. De t3 a t4: movimento uniforme e) (F) De 0 a t1 não há inversão de movimento, pois a velocidade não troca de sinal. Resposta: C 5. Uma partícula descreve uma trajetória retilínea e sua velocidade escalar varia com o tempo conforme o gráfico a seguir, que tem a forma de um arco de parábola. Assinale a opção correta: a) Para t1 < t < t2 o movimento é retrógrado. b) Para 0 < t < t1 o movimento é progressivo e acelerado. c) Para 0 ≤ t < t2 a aceleração escalar é negativa. d) Para t = t1 a aceleração escalar é positiva. e) Para t1 < t < t2 a velocidade escalar e a aceleração escalar têm mesmo sinal. RESOLUÇÃO: 1) 0 < t < t1 movimento progressivo e acelerado 2) t = t1: V > 0 e � = 0 3) t1 < t < t2 movimento progressivo e retardado Resposta: B �V > 0� > 0� �V > 0� > 0� 12 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 12 1. (UFCG-PB) – Numa aula experimental, um grupo de estudantes deixa bolhas de uma mistura de álcool e água caírem através de um longo tubo preenchido com óleo de soja comum. Constroem uma tabela na qual registram a posição de uma das bolhas em função do tempo, reproduzida abaixo: a) Calcule a velocidade escalar da bolha em m/s. b) Classifique o movimento admitindo que a regularidade da tabela se mantenha. c) Escreva a equação horária do movimento em unidades SI. d) Construa o gráfico s = f(t). RESOLUÇÃO: a) V = = = 5,0 . 10–3m/s b) Movimento uniforme e progressivo c) s = s0 + V t s = 5,0 . 10–3 t (SI) d) Respostas: a) 5,0 . 10–3m/s b) uniforme e progressivo c) s = 5,0 . 10–3 t (SI) d) vide gráfico 2. Antes das lombadas eletrônicas, eram pintadas faixas nas ruas para controle da velocidade dos automóveis. A velocidade era estimada com o uso de binóculos e cronômetros. O policial utilizava a relação entre a distância percorrida e o tempo gasto, para determinar a velocidade de um veículo. Crono - metrava-se o tempo que um veículo levava para percorrer a distância entre duas faixas fixas, cuja distância era conhecida. A lombada eletrônica é um sistema muito preciso, porque a tecnologia elimina erros do operador. A distância entre os sensores é de 2,0 metros, e o tempo é medido por um circuito eletrônico. O tempo mínimo, em segundos, que o motorista deve gastar para passar pela lombada eletrônica, cujo limite é de 40km/h, sem receber uma multa, é de a) 0,05. b) 0,18 c) 0,50 d) 11,1 e) 22,2 RESOLUÇÃO: �s = V t (MU) 2,0 = T T = s Resposta: B MÓDULO 7 MOVIMENTO UNIFORME Posição s (cm) Tempo t (s) 0 0 5,0 10,0 10,0 20,0 15,0 30,0 20,0 40,0 5,0 . 10–2 m ––––––––––– 10,0 s �s ––– �t 40 ––––– 3,6 7,2 ––––– 40 T = 0,18s – 13 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 13 3. – O sonar é um equipamento eletrônico que permite a localização de objetos e a medida de distâncias no fundo do mar, pela emissão de sinais sônicos e ultrassônicos e a recepção dos respectivos ecos. O fenômeno do eco corresponde à reflexão de uma onda sonora por um objeto, a qual volta ao receptor pouco tempo depois de o som ser emitido. No caso do ser humano, o ouvido é capaz de distinguir sons separados por, no mínimo, 0,1 segundo. Considerando-se uma condição em que a velocidade do som no ar tenha módulo igual a 340m/s, qual é a distância mínima a que uma pessoa deve estar de um anteparo refletor para que se possa distinguir o eco do som emitido? a) 17m b) 34m c) 68m d) 1 700m e) 3 400m RESOLUÇÃO: Vs = Δt = Δt ≥ 0,1s ≥ 0,1 2d ≥ 34 d ≥ 17m Resposta:A 4. (UERJ) – Uma partícula se afasta de um ponto de referência O, a partir de uma posição inicial A, no instante t = 0s, deslocando-se em movimento retilíneo e uniforme. A distância da partícula em relação ao ponto O, no instante t = 3,0s, é igual a 28,0m e, no instante t = 8,0s, é igual a 58,0m. a) Calcule a velocidade escalar da partícula. b) Determine a distância, em metros, da posição inicial A em relação ao ponto de referência O. RESOLUÇÃO: a) V = = (m/s) ⇒ b) MU: s = s0 + Vt t1 = 3,0s ⇔ s1 = 28,0m 28,0 = s0 + 6,0 . 3,0 Respostas: a) 6,0m/s b) 10,0m 5. (OBFEP-2015-MODELO ENEM) – Um mosquito estava voando próximo de um mata-insetos elétrico quando foi atraído pela luz violeta emitida por este equipamento, conforme representado na figura abaixo. O mosquito voou diretamente para o mata-insetos com velocidade cujo módulo é igual a 2,5cm/s. Quanto tempo levou para o inseto tocar neste equipamento? a) 4,0s b) 6,0s c) 8,0s d) 10,0s e) 12,0s RESOLUÇÃO: 1) d2 = (16,0)2 + (12,0)2 2) V = 2,5 = T = s Resposta: C 2d ––––– Δt 2d –––––– Vs 2d –––––– 340 dmín = 17m V = 6,0m/s 58,0 – 28,0 ––––––––– 8,0 – 3,0 �s ––– �t s0 = 10,0m d = 20,0cm Δs ––––– Δt 20,0 ––––– T 20,0 ––––– 2,5 T = 8,0s 14 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 14 6. (VUNESP-MODELO ENEM) – Uma avenida teve seu limite de velocidade alterado de 80 km/h para 60km/h. No limite de velocidade anterior, um automóvel deslocando-se com a velocidade máxima permitida, com o trânsito livre e sem parar em semáforos, completava o trajeto da avenida em 6,0 minutos. Respeitando o novo limite de velocidade e nas mesmas condições de trânsito anteriores, o automóvel percorrerá a mesma avenida em um intervalo mínimo de tempo, em minutos, igual a a) 6,5 b) 7,0 c) 8,0 d) 8,5 e) 9,5 RESOLUÇÃO: Δs = V1 Δt1 = V2 Δt2 80 . 6,0 = 60 . Δt2 Resposta: C 1. (AFA-2016-MODELO ENEM) – Em uma das cenas de determinado filme, um vilão dispara um tiro de pistola contra o herói, que, habilidosamente, desvia do projétil. Sabendo-se que a distância entre a arma e o herói é de 34,0m e que o projétil sai da arma com uma velocidade de módulo 330m/s, o tempo para que o herói pense e execute o movimento de esquiva do projétil, será, em milésimos de segundo, mais próximo de: a) 1,0 b) 2,0 c) 3,0 d) 4,0 e) 5,0 Considere a velocidade do som no ar com módulo igual a 340m/s e admita que o projétil se movimente em linha reta com velocidade constante (isto é despreze o efeito da gravidade e o efeito do ar) RESOLUÇÃO: d = VS T1 ⇒ VP T2 T1 = e T2 = ΔT = T2 – T1 = – = ΔT = 34,0 (s) ΔT = s = (ms) Resposta: C 2. (UFGO) – De duas cidades, A e B, separadas por 300km, partem dois carros no mesmo instante e na mesma direção, porém em sentidos opostos, conforme a figura a seguir. Os dois carros estão em movimento retilíneo uniforme. O carro da cidade A parte com veloci dade escalar inicial de módulo 20m/s; o carro da cidade B, com 30m/s. Quando os dois carros se cruzarem, eles estarão a uma mesma distância da cidade A de: a) 100km b) 120km c) 150km d) 180km e) 200km RESOLUÇÃO: 1) MU: s = s0 + Vt sA = 20t (SI) sB = 3,0 . 10 5 – 30t (SI) 2) Para o encontro: sA = sB 20tE = 3,0 . 10 5 – 30tE 50tE = 3,0 . 10 5 ⇒ 3) Posição de encontro: t = tE = 6,0 . 10 3s sA = sE sE = 20 . 6,0 . 10 3m Resposta: B Δt2 = 8,0 min MÓDULO 8 MOVIMENTO UNIFORME d ––––– VP d ––––– VP d(VS – VP)––––––––––– VP VS d ––––– VS d ––––– VP (340 – 330) ––––––––––– 340 . 330 1000 ––––– 330 1 –––– 330 ΔT = 3,1ms tE = 6,0 . 10 3s sE = 120km – 15 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 15 3. (AFA-2016) – Um ônibus de 8,0m de comprimento, deslocando-se com uma velocidade constante de módulo 36,0km/h atravessa uma ponte de 12,0m de comprimento. Qual o tempo gasto pelo ônibus, em segundos, para atravessar totalmente a ponte? a) 1,0 b) 2,0 c) 3,0 d) 4,0 e) 5,0 RESOLUÇÃO: V = ⇒ = 10,0 = Resposta: B 4. (CESGRANRIO-MODELO ENEM) – Hoje de manhã, Ana saiu de casa para ir à escola. Fez uma parte desse percurso andando e outra correndo. A distância percorrida por Ana, em função do tempo decorrido, está mostrada no gráfico abaixo. Observando-se o gráfico, pode-se afirmar que Ana a) percorreu metade da distância andando e outra metade correndo. b) percorreu maior distância andando do que correndo. c) levou mais tempo correndo do que andando. d) fez a parte inicial do percurso correndo e a seguinte, an dando. e) fez a primeira parte do percurso andando e a seguinte, cor rendo. RESOLUÇÃO: De 0 a T1 Ana correu e de T1 a T2 Ana andou, pois � > � e a tangen - te do ângulo mede a velocidade escalar. Como d1 > d2 – d1, a distância percorrida correndo é maior do que an dando. Como T1 < T2 – T1, Ana gastou mais tempo andando do que corren - do. Resposta: D 5. (EFOMM-2016-MODELO ENEM) – Uma videochamada ocorre entre dois dispositivos móveis localizados sobre a superfície da Terra, em meridianos opostos, e próximo ao equador. As informações, codificadas em sinais eletromagnéticos, trafegam em cabos de telecomunicações com velocidade muito próxima à velocidade da luz no vácuo. O tempo mínimo, em segundos, para que um desses sinais atinja o receptor e retorne ao mesmo dispositivo que o transmitiu é,aproximadamente, a) b) c) d) e) Dados: 1) raio da Terra, R = . 108m 2) módulo da velocidade da luz (vácuo), c = 3 . 108m/s. 3) Adote π = 3 RESOLUÇÃO: 1) Δs = 2πR = 2 . 3 . . 108m = . 108m 2) c = ⇒ Δt = = . 108 . (s) Resposta: C 20,0 –––––– Δt 36,0 ––––––– 3,6 Δs ––––– Δt 20,0 ––––– Δt Δt = 2,0s 3 –––– 10 1 –––– 5 2 –––– 15 1 –––– 15 1 –––– 30 1 –––– 15 2 ––– 5 1 ––– 15 1 –––––– 3 . 108 2 ––– 5 Δs ––– c Δs ––– Δt 2 Δt = –––– s 15 16 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 16 6. (UFSC) – Dois móveis, A e B, deslocam-se segundo uma mesma trajetória retilínea, conforme o gráfico abaixo, sendo que o espaço s está em quilômetros e o tempo t está em horas. a) Determine as funções horárias s em função de t, de A e de B. b) Determine o quilômetro no qual os móveis A e B irão encontrar-se. RESOLUÇÃO: a) 1) V = VA = = 80km/h VB = = 60km/h 2) s = s0 + Vt b) 1) sA = sB 40 + 80tE = 80 + 60tE 20tE = 40 ⇒ 2) sA = sE t = tE = 2,0h sE = 40 + 80 . 2,0 (km) Respostas:a) b) 200km 1. (VUNESP-MODELO ENEM) – Cruzou por mim, veio ter comigo, numa rua da Baixa… Aquele homem mal vestido, pedinte por profissão que se lhe vê na cara, Que simpatiza comigo e eu simpatizo com ele; E reciprocamente, num gesto largo, transbordante, dei-lhe tudo [quanto tinha. Sinto uma simpatia por essa gente toda, Sobretudo quando não merece simpatia. Sim, eu sou também vadio e pedinte, E sou-o também por minha culpa. Ser vadio e pedinte não é ser vadio e pedinte: É estar ao lado da escala social, (…) (Álvaro de Campos, fragmento) Fernando Pessoa, na figura de Álvaro de Campos, bem que poderia ter criado esse poema a partir de uma circunstância real, enquanto passeava por uma calçada de Lisboa. De fato, imaginemos que um pedinte e Álvaro de Campos estivessem movendo-se um de encontro ao outro, na mesma calçada reta, com velocidades em módulo 0,5m/s e 1,5m/s, respectiva mente. Se toda a ideia desse poema tivesse sido elaborada no intervalo de tempo em que ambos, pedinte e poeta, estivessem a 20,0 metros um do outro até o esperado en contro, tal poema teria nascido em um tempo, em segundos, igual a: a) 8,0 b) 9,0 c) 10,0 d) 11,0 e) 12,0 RESOLUÇÃO: Δsrel = Vrel t (MU) 20,0 = (0,5 + 1,5) TE Resposta:C �s ––– �t 60km ––––– 1,0h 80km ––––– 1,0h t em h s em km�sA = 40 + 80tsB = 80 + 60t tE = 2,0h sE = 200km t em h s em km�sA = 40 + 80tsB = 80 + 60t MÓDULO 9 VELOCIDADE RELATIVA TE = 10,0s – 17 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 17 2. (VUNESP-MODELO ENEM) – No estado de São Paulo, é comum que as estradas apresentem dois diferentes limites de velocidade; um para caminhões e ônibus e outro, para automóveis. Na Rodovia dos Bandeirantes, por exemplo, essas velocidades são, respectivamente, 90km/h e 120km/h. Um automóvel entra nessa rodovia 10 minutos depois de um caminhão, sendo que ambos trafegam com a velocidade máxima permitida. Pode-se prever que o automóvel irá alcançar o caminhão em, aproximadamente, a) 5 minutos. b) 10 minutos. c) 20 minutos. d) 30 minutos. e) 50 minutos. RESOLUÇÃO: 1) Distância percorrida pelo caminhão em 10min: Δs = V t (MU) d = 90 . (km) = 15km 2) Movimento relativo: Δsrel = Vrel T 15 = 30 . T T = 0,5h = 30min Resposta: D 3. (MODELO ENEM) – Quando uma sonda viaja no espaço cósmico, sua velocidade pode ser aumentada usando-se a força gravitacional exercida por um planeta. O processo é denominado “estilingue gravi - tacional” e seu tratamento matemático sugere uma analogia com uma colisão elástica na qual igualamos as velocidades relativas de aproximação e de afastamento entre os corpos que participam da colisão. Considere o planeta com velocidade constante de módulo VP = 11km/s. A sonda se aproxima do planeta com velocidade de módulo V1 e, após a interação gravitacional, se afasta dele com velocidade de módulo V2. As velocidades V1, V2 e VP são medidas em relação a um referencial fixo no Sol. O acréscimo de velocidade da sonda V2 – V1 propor cionado pelo “estilingue gravitacional” foi de: a) 5,5km/s b) 11km/s c) 16km/s d) 18km/s e) 22km/s RESOLUÇÃO: Vaproximação = Vafastamento V1 + VP = V2 – VP V2 – V1 = 2VP Resposta: E 4. (VUNESP) – Uma composição ferroviária de 200m de compri men - to, viajando a uma velocidade constante de módulo 54,0km/h, cruza com outra que viaja a 18,0km/h, constante também, em sentido contrário. O cruzamento completo dura 18,0s. O comprimento da segunda compo - sição é, em metros, de a) 1498 b) 1096 c) 448 d) 360 e) 160 RESOLUÇÃO: Vrel = 15,0 + 5,0 = 360 = 200 + LB Resposta: E 1 ––– 6 V2 – V1 = 22km/s �srel–––––– �t 200 + LB–––––––– 18,0 LB = 160 m 18 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 18 5. (UNESP-2016-MODELO ENEM) – Em uma viagem de carro com sua família, um garoto colocou em prática o que havia aprendido nas aulas de Física. Quando seu pai ultrapassou um caminhão em um trecho reto da estrada, ele calculou a velocidade escalar do caminhão ultrapassado utilizando um cronômetro. (http://jiper.es. Adaptado.) O garoto acionou o cronômetro quando seu pai alinhou a frente do carro com a traseira do caminhão e o desligou no instante em que a ultrapassagem terminou, com a traseira do carro alinhada com a frente do caminhão, obtendo 8,5s para o tempo de ultrapassagem. Em seguida, considerando-se a informação contida na figura e sabendo- se que o comprimento do carro era 4,0m e que a velocidade escalar do carro permaneceu constante e igual a 30m/s, ele calculou a velocidade escalar média do caminhão, durante a ultrapassagem, obtendo correta - mente o valor a) 21m/s. b) 22m/s. c) 24m/s. d) 26m/s. e) 28m/s. RESOLUÇÃO: Usando o conceito de movimento relativo, imaginamos o cami - nhão parado e o automóvel se movimentando com a velocidade relativa. �srel = Vrel . �t LA + LB = (VA – VB) �t 34 = (30 – VB) . 8,5 4,0 = 30 – VB ⇒ Resposta: D 6. (UCGO) – Duas partículas, A e B, estão com movi mentos unifor - mes em uma mesma circunferência de comprimento 6,0m. As partículas se encontram a cada 3,0s quando se movem no mesmo sentido e a cada 1,0s quando se movem em sentidos opostos. Calcule os módulos das velocidades das partículas, sabendo-se que A é mais rápida que B. RESOLUÇÃO: 1) Mesmo sentido: Vrel = VA – VB = VA – VB = = 2,0 (I) 2) Sentidos opostos: Vrel = VA + VB = VA + VB = = 6,0 (II) I + II: 2VA = 8,0 Em (I): 4,0 – VB = 2,0 Respostas: 4,0m/s e 2,0m/s VB = 26m/s �srel —––– �t 6,0 ––– 3,0 �srel —––– �t 6,0 —– 1,0 VA = 4,0m/s VB = 2,0m/s – 19 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 19 1. (UNICAMP-2015) – A Agência Espacial Brasileira está desen - volvendo um veículo lançador de satélites (VLS) com a finalidade de colocar satélites em órbita ao redor da Terra. A agência pretende lançar o VLS em 2016, a partir do Centro de Lançamento de Alcântara, no Maranhão. a) Considere que, durante um lançamento, o VLS percorre uma distância de 1200km em 800s. Qual é a velocidade escalar média do VLS nesse trecho? b) Suponha que no primeiro estágio do lançamento o VLS suba a partir do repouso com aceleração constante de módulo aR. Considerando- se que o primeiro estágio dura 80 s, e que o VLS percorre uma distância de 32km, calcule aR. RESOLUÇÃO: a) De acordo com o texto: Δs = 1200km Δt = 800s Vm = = b) Sendo a aceleração constante, temos: Δs = V0 t + t2 32 . 103 = 0 + (80)2 32 . 103 = 6400 Respostas: a) Vm = 1,5km/s b) aR = 10m/s 2 2. (AMAN-2016) – Um móvel descreve um movimento retilíneo uniformemente acelerado. Ele parte da posição inicial igual a 40m com uma velocidade de módulo 30m/s, no sentido contrário à orientação positiva da trajetória, e a sua aceleração tem módulo de 10m/s2 no sentido positivo da trajetória. A coordenada de posição do móvel no instante 4,0s é a) 0m b) 40m c) 80m d) 100m e) 240m RESOLUÇÃO: s = s0 + V0t + t 2 s0 = 40m; V0 = –30m/s; � = 10m/s 2 s = 40 – 30t + 5,0t2 (SI) t1 = 4,0s ⇒ s1 = 40 – 30 . 4,0 + 5,0 . 16,0 (m) s1 = 40 – 120 + 80 (m) Resposta: A 3. (OBFEP-MODELO ENEM-MODIFICADO) – Um atleta A está em repouso a uma distância de 10,5m de um atleta B que está em movimento retilíneo e uniforme com velocidade escalar de 4,0m/s. O atleta A arranca com aceleração escalar constante de 5,0m/s2, percorrendo a mesma trajetória de B, com o intuito de alcançá-lo. O atleta A alcançará o atleta B após um intervalo de tempo de: a) 1,0s b) 2,0s c) 3,0s d) 4,0s e) 5,0s RESOLUÇÃO: 1) Equação horária do movimento de A: s = s0 + V0 t + t 2 (MUV) sA = 2,5t 2 (SI) 2) Equação horária do movimento de B: s = s0 + vt (MU) ⇒ sB = 10,5 + 4,0t (SI) 3) Condição de encontro: sA = sB 2,5t2 E = 10,5 + 4,0tE ⇒ 2,5t 2 E – 4,0tE – 10,5 = 0 tE = (s) ⇒ tE = s Resposta: C MÓDULO 10 MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO km –––– s 1200 ––––– 800 Δs –––– Δt km Vm= 1,5 ––––s γ ––– 2 aR –––– 2 aR –––– 2 aR = 10m/s 2 � —– 2 s1 = 0m � —– 2 4,0 + 11,0 —––––––– 5,0 4,0 ± ������� 16,0 + 105 —––––––––––––––––– 5,0 tE = 3,0s 20 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 20 Músicas Nota parei aqui Músicas Realce 4. (INSPER-2016-MODELO ENEM) (...) A insegurança no trânsito é um problema mundial crescente e alarmante. Ainda que muitos países se esforcem para reduzir a quantidade de acidentes, eles são hoje uma das maiores causas de óbitos no mundo, tirando a vida de mais de 1,3 mi lhão de pessoas por ano. (...) Em 2030, os acidentes de trânsito devem se tornar a 7.a maior causa de óbitos no mundo, matando mais do que doenças como diabetes e hipertensão. (...) (...) De acordo com o Conselho Nacional de Segurança dos Estados Unidos (National Safety Council), um em cada quatro acidentes de trânsito no país é causado por uso indevido de telefones por motoristas. Além disso, muito mais gravedo que dirigir e falar ao telefone é a disseminação de um novo comportamento: fazer texting (trocar mensagens de texto) ao volante. Pesquisa de 2013 da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, concluiu que o hábito de checar a todo momento o smartphone aumenta em 400% o risco de acidentes. Estima-se que 5 segundos são o mínimo de tempo durante o qual a atenção de um motorista é desviada ao fazer texting ao volante. Se ele estiver a 80km/h, terá percorrido a extensão de um campo de futebol sem ver direito o que se passa do lado de fora do carro. (...) (...) Além de uma coalizão de esforços guiada por metas objetivas, o trabalho para a redução no número de acidentes de trânsito deve girar em torno de cinco principais pilares, conforme recomendação da ONU (...). Pilar 2 - Veículos mais seguros: Defende a padronização técnica global dos veículos; a realização de rígidos testes de segurança; o desenvolvimento de carros inteligentes e sempre equipados com itens como cinto de segurança, airbag e freio ABS; e o investimento em pesquisa e desenvolvimento com foco nos usuários vulneráveis. (...) Disponível em: http://iris.onsv.org.br/portaldados/downloads/retrato2014.pdf. Acesso em 27.09.15. O texto sobre segurança viária alerta sobre a disseminação do texting, um dos principais fatores de risco para acidentes no trânsito. Suponha que um determinado motorista esteja dirigindo por uma rodovia plana e ho rizontal, a 72km/h, e resolva enviar uma mensagem através de seu ce - lular, distraindo-se durante 5,5 segundos. Ao voltar seus olhos para a pis ta, ele se dá conta que existe um engarrafamento logo à frente. Fe - lizmente, a frenagem é bem-sucedida e o motorista consegue evitar a colisão, parando rente à traseira de um automóvel. Quantos metros o mo torista percorreu desde o início do texting até o fim da frenagem? Con sidere que o tempo de reação desse motorista (intervalo de tempo en tre a percepção de uma determinada situação e a resposta física do mo torista) seja de 0,5s e que a desaceleração constante de seu veículo, tenha durado 4,0s. a) 40m b) 110m c) 120m d) 160m e) 240m RESOLUÇÃO: 1) Do início do texting até começar a frear o tempo �t é dado por: �t = 5,5s + treação = 5,5s + 0,5s = 6,0s Durante este tempo o movimento é uniforme e a distância percorrida é dada por: �s1 = V t = . 6,0 (m) ⇒ 2) Durante a frenagem (MUV), temos: = ⇒ = ⇒ 3) �s = �s1 + �s2 = 160m Resposta: D 5. (VUNESP-FAME-2015-MODELO ENEM) – Nas corridas de reve - zamento no atletismo, um corredor deve passar o bastão para outro corredor da mesma equipe, dentro de uma área predeterminada. Suponha que o atleta com o bastão esteja correndo com velocidade constante de módulo 10,0m/s e que, quando está a 8,0m do corredor que recebará o bastão, este segundo corredor parta do repouso, com aceleração escalar constante. Para que o encontro dos corredores se dê 12,0m à frente do ponto de partida do segundo corredor, a aceleração escalar deste segundo corredor, em m/s2, deve ser igual a: a) 4,0 b) 4,8 c) 6,0 d) 6,8 e) 8,0 Nota: Admita que os dois corredores percorram uma mesma trajetória retilínea. RESOLUÇÃO: 1) Para o atleta A1: s1 = s0 + Vt s1 = 10,0t (SI) No instante de encontro: t = tE e s1 = 20,0m 20,0 = 10,0tE ⇒ 2) Para o atleta A2: s2 = s0 + V0t + t 2 20,0 = 8,0 + 0 + (2,0)2 12,0 = 2,0� ⇒ Resposta: C 7,2 –––– 3,6 �s1 = 120m �s2–––– �t V0 + Vf––––––– 2 �s2–––– 4,0 20 + 0 ––––––– 2 �s2 = 40m tE = 2,0s � –– 2 � –– 2 � = 6,0m/s2 – 21 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 21 1. (FEPESE-2016-MODELO ENEM) – Um dos meios de transporte que está começando a ser utilizado com maior frequência entre os bra - si lei ros é a bicicleta. Ela permite realizar trajetos dentro das grandes cidades de forma mais rápida do que a maioria dos veículos que trafe - gam pelas ruas, sendo uma alternativa excelente para os engarrafa - mentos cada vez maiores que enfrentamos nos centros urbanos, além de ser saudável e ecologicamente correto o uso desse meio de loco - moção. Considere que um ciclista parta do repouso em uma ciclovia num ponto de pista reta e horizontal. Ao completar 500m, praticamente com aceleração escalar constante, sua velocidade escalar era de72,0km/h. A aceleração escalar do ciclista e o tempo necessário para percorrer esse trecho de pista será: a) 0,324m/s2 e 27,2s. b) 0,40m/s2 e 50,0s. c) 0,628m/s2 e 27,2s. d) 3,240m/s2 e 50,0s. e) 0,40m/s2 e 5, 5s. RESOLUÇÃO: 1) V = 72,0 = m/s = 20,0m/s 2) V2 = V0 2 + 2 � �s 400 = 0 + 2 � . 500 3) V = V0 + � t 20,0 = 0 + 0,40T Resposta: B 2. (FGV-SP-MODELO ENEM) – O engavetamento é um tipo comum de acidente que ocorre quando motoristas deliberadamente mantêm uma curta distância do carro que se encontra à sua frente e este último repentinamente diminui sua velocidade. Em um trecho retilíneo de uma estrada, um automóvel e um caminhão, que o segue, trafegam no mesmo sentido e na mesma faixa de trânsito, desenvol vendo, ambos, velocidade escalar de 108 km/h. Num dado momento, os motoristas veem um cavalo entrando na pista. Assustados, pisam simultaneamente nos freios de seus veículos aplicando, respectiva mente, acelerações de intensidades 3,0 m/s2 e 2,0 m/s2. Supondo-se desacelerações constantes, a distância inicial mínima de separação entre o para-choque do carro (traseiro) e o do caminhão (dianteiro), suficiente para que os veículos parem sem que ocorra uma colisão é, em m, de a) 50 b) 75 c) 100 d) 125 e) 150 RESOLUÇÃO: Calculemos as distâncias percorridas por cada veículo até parar: V2 = V20 + 2 � �s Carro: 0 = (30)2 + 2 (– 3,0) d1 6,0 d1 = 900 ⇒ Caminhão: 0 = (30)2 + 2 (– 2,0) d2 4,0d2 = 900 ⇒ Para não haver colisão, a distância inicial entre os dois veículos deve ser maior ou igual a: d2 – d1 = 75 m Resposta: B MÓDULO 11 MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO d1 = 150 m d2 = 225 m km –––– h 72,0 –––– 3,6 � = 0,40m/s2 T = 50,0s 22 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 22 – 23 FÍ S IC A A 3. (SÃO LEOPOLDO MANDIC-2016-MODELO ENEM) – A veloci - dade das pistas expressas das marginais Tietê e Pinheiros vai cair de 90 para 70km/h a partir da próxima segunda-feira, 20/07. Já a pista central, que só existe na marginal Tietê, será reduzida de 70 para 60km/h. As pistas locais de ambas as marginais terão limite máximo reduzido de 70 para 50km/h. Com a redução da velocidade, a Prefeitura de São Paulo quer reduzir o número de acidentes e mortes no trânsito. (Disponível : http://noticias.band.uol.com.br/transito- sp/noticia/?id=100000762083&t=) Com a nova regulamentação, a razão entre a antiga e a atual distância percorrida, para um veículo que trafega na pista local, com a velocidade máxima, mantendo as mesmas condições de desaceleração constante, até a parada total, será de: a) 0,510 b) 0,714 c) 1,40 d) 20,0 e) 1,96 RESOLUÇÃO: V2 = V20 + 2� Δs (MUV) 0 = V20 + 2(–a)d = = 2 Resposta: E 4. (FUVEST-TRANSFERÊNCIA-2016-MODELO ENEM) – Uma composição do metrô tem 150m, que é também o comprimento da plataforma, e move-se com velocidade constante até que a frente da composição alcança justamente o meio da plataforma. Nesse momento, o condutor aciona os freios, com aceleração uniforme, até a parada, quando a composição ocupa exatamente toda a extensão da plataforma. O tempo total transcorrido desde o ingresso na estação até a parada é 15s. O trem adentra a estação com velocidade escalar, em m/s, igual a a) 5 b) 10 c) 15 d) 20 e) 25 RESOLUÇÃO: 1) O trem percorreu 75m com movimento uniforme, velocidade escalar V0 em um tempo T1. Δs = V0t ⇒ 75 = V0 . T1 ⇒ T1 = (SI) 2) O trem percorreu 75m com movimento uniformemente retardado, até parar, em um tempo T2. = ⇒ = ⇒ T2 = (SI) 3) O tempototal é dado por: T = T1 + T2 ⇒ 15 = + ⇒ 15 = Resposta: C 75 –––– V0 150 –––– V0 V0 + 0––––––– 2 75 –––– T2 V0 + V––––––– 2 Δs –––– Δt 225 –––– V0 150 –––– V0 75 –––– V0 V0 = 15m/s V20d = ––––– 2a �70–––50 V21––––– V22 d1––– d2 d1 49–––– = –––– = 1,96 d2 25 C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:50 Página 23 5. (PUC-PR-2016) – Um automóvel parte do repouso em uma via plana, onde desenvolve movimento retilíneo uniformemente variado. Ao se deslocar 4,0m a partir do ponto de repouso, ele passa por uma placa sinalizadora de trânsito e, 4,0s depois, passa por outra placa sinalizadora 12,0m adiante. Qual a aceleração escalar desenvolvida pelo automóvel? a) 0,50 m/s2 b) 1,0 m/s2 c) 1,5 m/s2 d) 2,0m/s2 e) 3,0m/s2 RESOLUÇÃO: 1) Cálculo de VA. V2A = V 2 0 + 2� ΔsA V2A = 0 + 2� . 4,0 ⇒ VA = ���8,0� (SI) 2) Cálculo de VB: V2B = V 2 0 + 2� ΔsB V2B = 0 + 2� . 16,0 ⇒ VB = ���� 32,0� (SI) 3) Cálculo de �: VB – VA = � Δt ���� 32,0� – ���8,0� = � . 4,0 32, 0� + 8,0� – 2 ���� 256�2 = 16,0�2 32,0� + 8,0� – 32� = 16,0�2 Resposta: A 6. Uma partícula descreve uma trajetória retilínea em mo vimento uniformemente variado com aceleração escalar de módulo igual a 2,0m/s2. No instante t = 0, a partícula passa por um ponto A com velocidade escalar V0 e retorna ao ponto A no instante t = 4,0s. Determine a) o valor de V0; b) a distância máxima da partícula ao ponto A, no intervalo de 0 a 4,0s. RESOLUÇÃO: a) 1) Quando a partícula voltar ao ponto A, sua velocidade escalar será dada por: VA 2 = V0 2 + 2 � �s �s = 0 ⇒ VA2 = V02 ⇒ 2) V = V0 + � t –V0 = V0 – 2,0 . 4,0 ⇒ 2V0 = 8,0 ⇒ b) A distância será máxima no ponto de inversão (V = 0). V2 = V0 2 + 2� �s 0 = (4,0)2 + 2 (–2,0) �s 4,0 �s = 16,0 ⇒ Respostas:a) 4,0m/s b) 4,0m � = 0,50m/s2 VA = –V0 V0 = 4,0m/s �s = 4,0m 24 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 24 1. O gráfico a seguir representa a posição em função do tempo para um móvel em movimento uniformemente variado. Calcule a) a velocidade escalar inicial; b) a aceleração escalar; c) a velocidade escalar no instante t1 = 5,0s. RESOLUÇÃO: Considerando-se o intervalo de tempo 0 ≤ t ≤ 4,0s e lembrando-se de que no instante t = 4,0s ocorre uma inversão de movimento (v = 0): a) vM = = ⇒ = (m/s) b) � = = (m/s2) ⇒ c) v = v0 + �t1 v1 = 8,0 – 2,0 (5,0)(m/s) Respostas: a) 8,0m/s b) – 2,0m/s2 c) – 2,0m/s 2. Uma partícula se desloca em linha reta com movimento unifor - memente variado. O gráfico a seguir representa a coordenada de posição (espaço) da partícula em função do tempo. No instante t1 a velocidade escalar vale V1 e no instante t2 a velocidade escalar vale V2. A razão: a) não está determinada b) vale c) vale d) vale – 1 e) vale 1 RESOLUÇÃO: Vm = = = V1 + V2 = 0 ⇒ V2 = – V1 ⇒ Resposta: D MÓDULO 12 MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO v0 + 0–––––– 2 16,0 ––––– 4,0 v0 + v––––– 2 �s ––– �t v0 = 8,0m/s � = –2,0m/s2 0 – 8,0 ––––– 4,0 �V ––– �t v1 = –2,0m/s V2 –––– V1 t2 –––– t1 t1 –––– t2 V1 + V2––––––– 2 Δs –––– Δt V1 + V2––––––– 2 0 ––– Δt V2––––– = –1 V1 – 25 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 25 3. (VUNESP-MODELO ENEM) – No exato instante em que uma motocicleta parte do repouso, com aceleração escalar constante de 6,0m/s2, passa por ela um automóvel que se move com velocidade escalar constante de 12,0m/s, na mesma direção e no mesmo sentido da motocicleta em uma trajetória retilínea. No gráfico que representa os movimentos da motocicleta e do automó vel, as coordenadas do ponto E são, em segundos e em metros, respecti - vamente: a) 4,0 e 24,0 b) 4,0 e 48,0 c) 2,0 e 24,0 d) 6,0 e 12,0 e) 2,0 e 12,0 RESOLUÇÃO: I. Automóvel: s = s0 + vt sA = 12,0t (SI) II. Moto: s = s0 + v0t + t 2 sM = 3,0t 2 (SI) III. Condições de encontro: sM = sA 3,0t E 2 = 12,0tE IV. Posição de encontro: t = tE = 4,0s sA = sE = 12,0 . 4,0 (m) Resposta: B 4. (MODELO ENEM) – Um automóvel está com movimento retilíneo e uniforme com velocidade escalar V0 quando vê uma pessoa que vai atravessar a rua de modo imprudente. Após um tempo de reação T, o motorista freia o carro uniforme men te. O intervalo de tempo decorrido desde a visão da pessoa (t = 0) até o carro parar vale 5T. O gráfico a seguir ilustra a velocidade escalar do carro em função do tempo, neste intervalo de tempo. Se a velocidade escalar inicial do carro fosse 2V0, com o mesmo tempo de reação e com a mesma ace le ração escalar de freada, o carro pararia no instante a) t = 7T b) t = 8T c) t = 9T d) t = 10T e) t = 12T RESOLUÇÃO: O tempo de freada é dado por V = V0 + � t 0 = V0 – a tf Para o mesmo a, tf é proporcional a V0; se V0 duplica, o tempo de freada também duplica. O tempo de freada com velocidade inicial V0 valia 4T. O tempo de freada com velocidade inicial 2V0 valerá 8T. O tempo total gasto, desde a visão da pessoa até o carro parar, será dado por Δt = tempo de reação + tempo de freada Δt = T + 8T ⇒ Resposta: C � –– 2 tE = 4,0s sE = 48,0m V0tf = ––––a Δt = 9T 26 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 26 5. (UFJF-MG) – Dois carros estão se movendo em uma mesma rodovia retilínea em pistas distintas. No instante t = 0s, a posição do carro 1 é S01 = 75m e a do carro 2 é S02 = 50m. O gráfico da velocidade escalar em função do tempo para cada carro é dado a seguir. a) A partir do gráfico, encontre a aceleração escalar de cada carro. b) Escreva a equação horária para cada carro. c) Descreva, a partir da análise do gráfico, o que ocorre no instante t = 5,0s. d) Qual a distância entre os carros (considerados pontos materiais alinhados) no instante t = 5,0s? RESOLUÇÃO: a) Aceleração escalar do carro 1: �1 = = (m/s 2) = 2,0m/s2 Aceleração escalar do carro 2: �2 = = m/s 2 = – 4,0m/s2 b) Equação do carro 1: s1 = s01 + V01 t + t2 s1 = 75 – 10t + 1,0t 2(SI) Equação do carro 2: s2 = s02 + V02 t + t2 s2 = 50 + 20t – 2,0t 2(SI) c) No instante t = 5,0s os dois carros param e em seguida invertem os sentidos de seus movimentos. d) �s = área (V x t) �s1 = – 5,0 . (m) = – 25m �s2 = + 5,0 . (m) = 50m No instante t = 5,0s o carro 1 está na posição 50m e o carro 2 está na posição 100m e a distância que os separa é 50m. Respostas: a) �1 = 2,0m/s 2; �2 = –4,0m/s 2. b) s1 = 75 – 10t + 1,0t 2 (SI); s2 = 50 + 20t – 2,0t 2 (SI) c) No instante t = 5,0s os dois carros param e em se - guida invertem os sentidos de seus movimentos. d) 50m 6. (MODELO ENEM) – Um atleta olímpico em uma corrida de 100m rasos tem sua velocidade escalar V variando com a coordenada de posição x conforme o gráfico a seguir. O trecho curvo é um arco de parábola com vértice na origem e eixo de simetria coincidindo com o eixo x traduzindo a Equação de Torricelli e revelando um movimento uniformemente variado. O gráfico da velocidade escalar em função do tempo até o fim da corrida é dado por: RESOLUÇÃO: 1) Nos primeiros 25,0m: = = ⇒ 2) Nos 75,0m finais: Δx = V t (MU) 75,0 = 12,5 T2 ⇒ 3) T = T1 + T2 = 10,0s Resposta: B V0 + Vf––––––– 2 �x –––– �t T1 = 4,0s 0 + 12,5 ––––––– 2 25,0 ––––– T1 T2 = 6,0s 10 –––– 5,0 �V1–––– �t –20 –––– 5,0 �V2–––– �t �1––– 2 �2––– 2 10 ––– 2 20 ––– 2 – 27 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 27 28 – FÍS IC A A 1. (MARINHA DO BRASIL) – O local onde se reúne o sistema de propulsão de um navio é chamado de praça de máquinas. A caldeira éum dos equipamentos mais comuns nas embarcações como os porta-aviões. Um operador desse tipo de sistema aferiu a temperatura de uma caldeira em 842°F.Qual é o valor dessa temperatura na escala Celsius? a) 300°C b) 350°C c) 400°C d) 450°C e) 500°C RESOLUÇÃO: = = = 90 Resposta: D 2. (FAMERP-2015) – Durante uma corrida de Fórmula Indy ou de Fórmula 1, os pilotos ficam sujeitos a um microambiente quente no cockpit que chega a atingir 50°C, gerado por diversas fontes de calor (do Sol, do motor, do terreno, do metabolismo cerebral, da atividade muscular etc.). Essa temperatura está muito acima da temperatura corporal média tolerável, por isso, eles devem manter-se sempre com bom condicionamento físico. As corridas de Fórmula Indy são mais tradicionais nos EUA, onde se adota a leitura da temperatura na escala Fahrenheit. Baseado nas informações apresentadas no texto, é correto afirmar que a temperatura do cockpit de um carro de Fórmula Indy chega a atingir durante a corrida, em grau Fahrenheit: a) 32 b) 50 c) 82 d) 122 e) 212 Dados: Temperatura de fusão do gelo = 32°F; Temperatura de ebulição da água = 212°F. RESOLUÇÃO: A equação de conversão entre as temperaturas, medidas nas escalas Celsius e Fahrenheit, é dada por: = = θF – 32 = 90 Resposta: D MÓDULO 1 ESCALAS TERMOMÉTRICAS θF – 32 ––––––– 9 θC ––– 5 842 – 32 ––––––– 9 θC ––– 5 θC = 450°C (θF – 32)——–––– 9 θC––– 5 (θF – 32)——–––– 9 50 ––– 5 θF = 122°F FRENTE 2 – TERMOLOGIA C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 28 3. (FATEC-2015) – Um certo pesquisador constrói, na Baixada Santista, um termômetro de álcool e determina que sua escala será denominada “Z”. Para calibrá-lo, ele resolve adotar como parâmetros de referência a água e outro termômetro na escala Celsius. Assim, ele constrói um gráfico, como apresentado, relacionando as duas escalas. Dessa forma, é correto afirmar que, em condições normais, a) os valores atribuídos ao ponto de fusão do gelo nas duas escalas são iguais. b) os valores atribuídos ao ponto de ebulição da água nas duas escalas são iguais. c) a escala Z é uma escala centígrada. d) o valor de 120°Z equivale a 60°C. e) o valor de 60°C equivale a 140°Z. RESOLUÇÃO: �z = a + b �C Para θC = 0°C, temos θZ = 50°Z 50 = a + b . 0 ⇒ Para θC = 100°C, temos θZ = 200°Z 200 = 50 + b . 100 ⇒ Portanto: θZ = 50 + 1,5 θC a) Falsa. Para θC = 0°C, temos θZ = 50°Z b) Falsa. Para θC = 100°C, temos θZ = 200°Z c) Falsa. Entre o ponto do gelo e o ponto de ebulição da água, temos 150 unidades. d) Falsa. θZ = 120°Z ⇒ 120 = 50 + 1,5 θC θC ≅ 46,7°C e) Verdadeira. θC = 60°C ⇒ θZ = 50 + 1,5 . 60 (°Z) Resposta: E 4. (UEMA) – O astrônomo sueco Anders Celsius (1701-1744), para calibrar sua escala termométrica, adotou os dois pontos fixos como sendo os pontos de fusão e ebulição da água à pressão atmosférica de 1atm. Para as mesmas condições, o alemão Daniel Fahrenheit (1686- 1736) adotou os seguintes valores: a) 32 e 212 b) 0 e 32 c) 0 e 100 d) 100 e 212 e) 32 e 100 RESOLUÇÃO: Os pontos fixos adotados para a escala Celsius correspondem, na Fahrenheit, a 32°F e a 212°F, respectivamente para o ponto de fusão do gelo e de ebulição da água. Resposta: A 1. (VUNESP-2015) – A capacidade térmica é uma característica as - sociada a corpos, indicando, no Sistema Internacional, a quantidade de a) newtons necessária para fazer com que 1kg de matéria do corpo varie em 1°C a temperatura do corpo. b) watts necessária para fazer com que 1kg de matéria do corpo varie em 1°C a temperatura do corpo. c) watts necessária para fazer variar em 1°C a temperatura do corpo. d) newtons necessária para fazer variar em 1°C a temperatura do corpo. e) joules necessária para fazer variar em 1°C a temperatura do corpo. RESOLUÇÃO: Nas questões de Física dos exames vestibulares brasileiros, em geral, utilizamos as seguintes unidades para calcular a capacidade térmica de um corpo: Capacidade térmica = Assim, ela pode ser entendida como a quantidade de calorias para fazer variar em 1,0°C a temperatura do corpo. Resposta: E MÓDULO 2 CALORIMETRIA I quantidade de calor em joules ou calorias –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– variação da temperatura em graus celsius ou kelvin a = 50 b = 1,5 θZ = 140°Z – 29 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 29 2. (UNIVAG-2015) – A tabela apresenta a massa m e o calor específico c de três materiais, 1, 2 e 3. Ao receberem a mesma quantidade de calor, constata-se que as temperaturas dos três materiais sofrem a mesma variação. Pode-se então concluir que a) c1 > c2 > c3. b) c3 > c1 > c2. c) c3 > c2 > c1. d) c2 > c1 > c3. e) c2 > c3 > c1. RESOLUÇÃO: c1 = c2 = = 0,5c1 c3 = = 2c1 Concluímos que: c3 > c1 > c2 Resposta: B 3. (FAMECA-2015) – O gráfico representa a variação da temperatura de dois objetos de massas iguais, R e S, em função da quantidade de calor por eles absorvida. De acordo com o gráfico, a razão entre os calores específicos das substâncias que compõem os objetos R e S vale a) b) c) 9 d) 1 e) 3 RESOLUÇÃO: Q = mcΔθ → c = = = = = = Resposta: A 4. (UNIFEV-2015) Hábitos que fazem diferença Em uma residência, um banho de chuveiro de 15 minutos gasta 45 litros de água. Porém, se a pessoa fechar o registro ao se ensaboar (banho econômico), o tempo do chuveiro ligado cai para 5 minutos e o consumo, para 15 litros. (O Estado de S.Paulo, 22 mar. 2015. Adaptado.) Com base no texto, calcule a quantidade de energia, em calorias, que é utilizada para o aquecimento da água no banho econômico. Considere o calor específico e a massa específica da água iguais a 1,0cal/g°C e 1,0kg/�, respectivamente, e que a variação da temperatura da água ao passar pelo chuveiro é de 15°C. RESOLUÇÃO: Como a massa específica da água é igual a 1,0kg/� , 15 litros de água (banho econômico) correspondem a 15kg ou 15000g de água. Q = mcΔθ Q = (15 000g) . . (15°C) Q = 225000 cal ou 225 kcal Resposta: Q = 225kcal cR––––– cS 1 ––– 3 1 ––– 9 Q –––—– mΔθ cR––– cS Q ––––– mΔθR–––––––––– Q ––––– mΔθS ΔθS–––– ΔθR 20°C –––––– 60°C 1 ––– 3 cR––– cS 1 ––– 3 1,0cal –––––– g°C 1 2 3 m M 2M 0,5M c c1 c2 c3 Q Q = mcΔθ ⇒ c = –––––– mΔθ Q ––––– mΔθ Q ––––– 2mΔθ Q –––––––– 0,5 mΔθ 30 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 30 5. (SÃO CAMILO) – Em um aquecedor solar, o fluxo de água pela placa coletora é de 200 �/h e são transferidos para a água 3,36kJ de energia térmica a cada hora. Sendo a massa específica e o calor específico sensível da água iguais a 1,0kg/� e 4,2J/kg.°C, respectiva - mente, e admitindo que não haja perda de calor, a elevação de temperatura da água, em °C, em uma hora é de a) 1,6 b) 5,0 c) 0,25 d) 2,5 e) 4,0 RESOLUÇÃO: Considere: Δt = 1,0h 200� de água (1,0kg/�) correspondem a 200kg de água. Calor para aquecer a água = potência do aquecedor . tempo Q = Pot . Δt mcΔθ = Pot . Δt Δθ = = Resposta: E 1. (UEA-2015) – “Quando um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e B está em equilíbrio térmico com um corpo C, então A e C estão em equilíbrio térmico”. O enunciado expressa a lei conhecida como a) segunda lei da termodinâmica. b) primeira lei da termodinâmica. c) primeira Lei de Newton. d) lei zero da termodinâmica. e) segunda Lei de Newton. RESOLUÇÃO: O equilíbrio térmico ocorre quando os corpos apresentam temperaturas iguais e isso é o fundamento da lei zero da termodi - nâmica. Resposta: D 2. (UNIVAG-2015) – Uma amostra de titânio, com massa 10 gramas e calor específico igual a 520 J/(kg · K), é posta a 20°C no interior do corpo humano como prótese biocompatível. Até entrar em equilíbriotérmico com o corpo humano a 36°C, a quantidade de calor, em joules, que a amostra recebe é a) 87,6 b) 77,8 c) 81,2 d) 90,4 e) 83,2 RESOLUÇÃO: Q = mcΔθ Q = (0,010kg) . . (36℃ – 20℃) Q = 83,2J Resposta: E 3. (UNICID-2015) – Dois materiais, A e B, de massas m e 2m, respectiva mente, são colocados em contato direto no interior de um calorímetro ideal. Depois de estabelecido o equilíbrio térmico, verificou- se que a variação de temperatura de A foi, em módulo, igual ao dobro da variação da temperatura de B. Não havendo interferência de nenhum outro material, a razão entre os calores específicos sensíveis de A e B, , é igual a a) 0,25 b) 2,00 c) 0,50 d) 4,00 e) 1,00 RESOLUÇÃO: No equilíbrio térmico: QA + QB = 0 mAcAΔθA + mBcBΔθB =0 mcA 2Δθ = 2mcBΔθ = 1,00 Resposta: E MÓDULO 3 CALORIMETRIA II 520 J ––––––– kg . °C cA––– cB cA––– cB Pot . �t ––––––– m c 3,36 . 103J/h . 1,0h ––––––––––––––––––– 200kg . 4,2J /kg°C Δθ = 4,0°C – 31 FÍ S IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 31 4. (UNICID-2015) – Uma dona de casa precisava de água a 60°C para determinada tarefa. Para isso, colocou um pouco de água em uma panela e a levou ao fogo. Por distração, a dona de casa deixou a água entrar em ebulição; para conseguir, então, o que precisava, retirou 4 litros de água a 100°C da panela com água fervente e os transferiu para outro recipiente, de capacidade térmica desprezível. Em seguida, ela colocou este recipiente sob uma torneira que fornecia água a 20°C, com uma vazão de 0,1�/s. Sabendo que o calor específico sensível da água líquida é igual a 1 , a densidade da água é 1kg/� e desprezando perdas de calor para o ambiente, para conseguir a água na temperatura desejada, a dona de casa deixou o recipiente sob a torneira durante um intervalo de tempo, em segundos, igual a a) 40 b) 100 c) 80 d) 60 e) 20 RESOLUÇÃO: No equilíbrio térmico: QA + QB = 0 mAcAΔθA + mBcBΔθB = 0 4,0 . c . (60 – 100) + mB . c . (60 – 20) = 0 –160 . c + 40mB . c = 0 40mB . c = 160 . c mB = 4,0 kg (4,0 litros de água) De acordo com o enunciado, a vazão da torneira vale 0,1 �/s; assim, vem: 0,1L ––––––––– 1,0s 4,0L ––––––––– T 0,1T = 4,0 T = 40s Resposta: A 5. (FAMERP-2015) – Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, contendo 500 g de água a 80 °C, coloca-se um bloco de concreto de 500 g, a 20 °C. Considere o calor específico sensível da água igual a 1,0 cal/(g . °C), o do concreto igual a 0,20 cal/(g . °C) e despreze perdas de calor para o ambiente. a) Calcule a temperatura de equilíbrio térmico, em °C. b) Que quantidade de água, a 95 °C, deve ser colocada no calorímetro para que a temperatura final volte a ser de 80°C? RESOLUÇÃO: a) Qágua + Qconcr = 0 mA . cA . ΔθA + mC . cC . ΔθC = 0 500 . 1,0 . (θ1 – 80) + 500 . 0,20 . (θ1 – 20) = 0 500 . θ1 – 40 000 + 100 . θ1 – 2 000 = 0 600 . θ1 = 42 000 θ1 = (°C) θ1 = 70°C b) Haverá troca de calor entre a água remanescente no calorímetro (70°C), o bloco de concreto (70°C) e a água acrescentada a 95°C. A temperatura final é de 80°C. Q1 + Q2 + Q3 = 0 mA . cA . Δθ1 + mC . cC . Δθ1 + m’A . cA . Δθ3 = 0 500 . 1,0 . (80 – 70) + 500 . 0,20 . (80 – 70) + m’A . 1,0 . (80 – 95) = 0 500 . 10 + 100 . 10 – m’A . 15 = 0 5 000 + 1 000 = 15 . m’A m’A = (g) Respostas:a) 70°C b) 400g 42 000 ––––––– 600 6 000 ––––– 15 m’A = 400g cal –––– g°C 32 – FÍS IC A A C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 32 1. (SÃO CAMILO-2015) – O ar-condiconado automotivo funciona pela troca de temperatura do ambiente interno pelo externo, ao fazer a passagem do ar pela serpentina do evaporador. A refrigeração do sistema é possível devido às mudanças de estado do fluido refrige - rante, que se encontra no estado líquido em alta pressão e no estado gasoso em baixa pressão. Ao mudar do estado líquido para o gasoso (processo 1), o refrigerante absorve calor do ar dentro do habitáculo, superaquecendo o gás. De modo inverso, ao passar do estado gasoso para o líquido (processo 2), o refrigerante perde calor na parte externa do veículo. (www.k2.arcondiconado.com.br. Adaprado.) Os nomes das transformações dos processos 1 e 2 são, respectivamente, a) ebulição e solidificação. b) sublimação e vaporização. c) vaporização e condensação. d) vaporização e sublimação. e) liquefação e condensação. RESOLUÇÃO: Processo 1 Mudar do estado líquido para o gasoso: vaporização. Processo 2 Passar do estado gasoso para o líquido: condensação. Resposta: C 2. (UNIOESTE-2015) – Duzentos gramas de uma substância sólida são colocados em um recipiente com um termômetro. O conjunto, ini - cialmente a 20°C, é posto em uma estufa, que fornece 40,0 cal.s–1. A temperatura da substância é tomada a cada minuto e fornece uma curva de aquecimento que está reproduzida na figura abaixo. Supondo que tanto a capacidade térmica do termômetro quanto a capacidade térmica do recipiente são desprezíveis, assinale a alternativa correta. a) O calor específico sensível da substância no estado sólido é igual a 0,15 cal.g–1 . °C–1. b) O calor específico sensível da substância no estado líquido é igual a 0,10 cal.g–1 . °C–1. c) O calor específico latente de fusão da substância é igual a 12,0 cal.g–1. d) A temperatura do ponto triplo desta substância é 80°C. e) A substância absorveu 600 cal nos 5 minutos analisados. RESOLUÇÃO: a) Incorreta: c = = = = 0,40 cal.g–1 . °C–1 b) Incorreta: c = = = = 0,60 cal.g–1 . °C–1 c) Correta: L = = = = 12,0 cal.g–1 d) Incorreta: A curva de aquecimento não fornece o ponto triplo. e) Incorreta. Q = Pot . Δt = (40cal/s) . (300s) = 12 000 cal Resposta: C Pot.Δt ––––––– m . Δθ 40 . 120 –––————— 200 . (80 – 20) 240 ––– 600 Pot.Δt ––––––– m . Δθ 40 . 120 –––—————–– 200 . (120 – 80) 12 ––– 20 Pot.Δt ––––––– m 40 . 60 –––—– 200 24 ––– 2 MÓDULO 4 MUDANÇAS DE ESTADO I – 33 FÍ S IC A A – 33 C1_A_Curso_Fisica_Keli_Alelex_2016 16/11/15 11:51 Página 33 3. (FAM-2015) – No gráfico estão desenhadas as curvas de aqueci - mento de massas iguais de duas substâncias distintas, submetidas à mesma fonte térmica de fluxo constante, discriminadas pelas cores vermelha e azul. Comparando o comportamento dessas substâncias, o calor específico sensível para o estado sólido, o calor específico latente de fusão, o calor específico sensível para o estado líquido, o calor específico latente de vaporização e o calor específico sensível para o estado de vapor, da substância identificada em vermelho, nesta ordem e em relação aos respectivos valores para a substância identificada em azul, são a) maior, maior, maior, maior e maior. b) menor, maior, menor, maior e menor. c) menor, maior, menor, menor e menor. d) menor, menor, menor, menor e menor. e) maior, menor, maior, maior e maior. RESOLUÇÃO: c = Tempos maiores representam calores específicos sensíveis maiores para a substância em vermelho. L = Tempos maiores representam calores específicos latentes maiores para a substância em vermelho. Resposta: A 4. (UCS-2015) – Na Antiguidade, alguns povos andinos se notabiliza ram por atingir uma excelência em construções megalíticas. Eram capazes de transportar blocos de pedra pesando toneladas por longas distâncias e altitudes, além de lapidá-los perfeitamente para construir muros, fortalezas, templos, etc. Algumas das construções, para ajudar a manter os blocos unidos uns aos outros, utilizavam uma técnica em que os construtores cavavam nos dois blocos a serem unidos um pequeno vão na zona de contato: metade do vão ficava num bloco, e metade no outro. Dentro desse vão, era derramado algum metal em estado líquido, que então se solidificava formando uma espécie de grampo. Se
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