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1. Julgue as proposições a seguir a respeito do con cei to de ponto material, classificando-as como verda dei ras (V) ou falsas (F). (1) ( ) Um corpo é considerado um ponto ma terial quando suas dimensões não inter ferem no es tudo de seu movimento. (2) ( ) No conceito de ponto material, não impor ta a massa do corpo, mas sim o seu tama nho comparado com a distância que ele vai percorrer. (3) ( ) No movimento orbital em torno do Sol, um planeta é con side - rado um ponto ma terial. (4) ( ) Quando estudamos a rotação de um cor po, ele é sempre considerado um corpo extenso. 2. (MODELO ENEM) – Os passageiros de um avião, em pleno voo, estão sentados e a aeromoça está caminhando ao longo do corredor do avião. Indique se a aeromoça e os passageiros estão em repouso (R) ou em movimento (M) para os referen ciais indicados. RESOLUÇÃO: 3. Considere três esferinhas, A, B e C, movendo-se ao longo de uma mesma reta com velocidades indicadas na figura. A propriedade transitiva diz que se algo ocorre entre A e B e também ocorre entre B e C, certamente ocorrerá entre A e C. A propriedade transitiva vale para o conceito de repouso entre dois cor - pos: se A está parado em relação a B e B está parado em relação a C, então certamente A está em repouso em relação a C. Verifique, usando as velocidades indicadas na figura, se a propriedade transitiva vale para o conceito de movimento relativo entre dois corpos. RESOLUÇÃO: A propriedade transitiva não vale para o conceito de movimento. De fato, no exemplo citado, A está em movimento em relação a B (A se aproxima de B); B está em movimento em relação a C (B se afasta de C) porém A está em repouso em relação a C (a distância entre A e C permanece constante). RESOLUÇÃO: 1(V) 2(V) 3(V) 4(V) Na Estática é fundamental a distinção entre ponto material e corpo extenso para estabelecermos as condições de equilí brio. Referencial Passageiros Aeromoça Avião Terra Nuvens Sol Um passageiro Aeromoça Referencial Passageiros Aeromoça Avião R M Terra M M Nuvens M M Sol M M Um passageiro R M Aeromoça M R MÓDULO 1 FUNDAMENTOS DA CINEMÁTICA – 1 FÍ S IC A B D E FRENTE 1 – MECÂNICA C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 1 1. Uma partícula descreve uma circunferência de com primento 8,0m, partindo de um ponto A no instante t0 = 0. A função horária dos espaços que descreve o mo vi mento da partícula é s = 1,0 t2 (SI). No instante t1 = 2,0s, a distância da partícula ao pon to A vale: a) m b) 2,0m c) m d) 4,0m e) 8,0m RESOLUÇÃO: Para t1 = 2,0s, temos s1 = 4,0m, e a partícula percorreu meia circun fe rên - cia entre os instantes t0 = 0 e t1 = 2,0s. A distância entre B e A é o diâmetro da circunferência (2R). Sendo C = 2πR, vem: Resposta: C 2. (VUNESP-MODELO ENEM) – Ao passar pelo marco “km 200” de uma rodovia, um motorista vê um anúncio com a inscrição: “ABASTECIMENTO E RESTAURANTE A 30 MINUTOS”. Consi - de rando-se que esse posto de serviços se encontra junto ao marco “km 245” dessa rodovia, pode-se concluir que o anunciante prevê, para os carros que trafegam nesse trecho, uma velocidade escalar média, em km/h, de: a) 80 b) 90 c) 100 d) 110 e) 120 RESOLUÇÃO: A velocidade escalar média é dada por: Vm = = ⇒ Resposta: B 3. (UFJF-MG) – Um carro vai de Juiz de Fora a Belo Horizonte. No caminho, após percorrer os primeiros 120km até Barbacena em uma hora e meia, ele para por 30 minutos. Segue, então, até Belo Horizonte, demorando mais 2,0 horas, numa velocidade escalar média de 80km/h. A velocidade escalar média no percurso total do carro foi: a) 60km/h b) 70km/h c) 80km/h d) 90km/h e) 120km/h RESOLUÇÃO: 1) Cálculo de Δs2: Δs2 = Vm Δt2 Δs2 = 80 . 2,0 (km) = 160km 2) Δt = Δt1 + ΔtP + Δt2 Δt = 1,5h + 0,5h + 2,0h = 4,0h 3) Vm = = Vm = = km/h Resposta: B C 8,02R = ––– = –––– m π π Vm = 90km/h 45km –––––– 0,5h Δs ––– Δt Δs1 + Δs2 –––––––– Δt Δs ––– Δt 280 –––– 4,0� km –––– h� 120 + 160 –––––––– 4,0 Vm = 70km/h 8,0 –––– π 4,0 –––– π MÓDULO 2 EQUAÇÃO HORÁRIA DOS ESPAÇOS E VELOCIDADE ESCALAR MÉDIA 2 – FÍS IC A B D E C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 2 1. (FCC-MODELO ENEM) – Um homem, um cão e um gato mo - vem-se com velocidades de módulos VH = 5,4km/h, VC = 72m/min e Vg = 140cm/s, respectivamente. Essas velocidade obedecem à relação: a) VH > VC > Vg b) VH > Vg > VC c) VC > Vg > VH d) VC > VH > Vg e) Vg > VH > VC RESOLUÇÃO: VH = 5,4 = (m/s) = 1,5m/s VC = 72 = (m/s) = 1,2m/s Vg = 140 = 1,4m/s Resposta: B 2. Uma pessoa descreve uma trajetória retilínea com equação horária dos espaços dada por s = 0,5t2 – 8,0 (SI), válida para t ≥ 0. A pessoa passa pela origem dos espaços em um ins tante t1 com velocidade escalar V1. Os valores de t1 e V1 são dados por a) t1 = 2,0s e V1 = 2,0m/s b) t1 = 4,0s e V1 = 4,0m/s c) t1 = 4,0s e V1 = 2,0m/s d) t1 = 2,0s e V1 = 4,0m/s e) t1 = 8,0s e V1 = 8,0m/s RESOLUÇÃO: 1) s = 0 0,5t21 – 8,0 = 0 0,5t21 = 8,0 t21 = 16,0 ⇒ 2) V = = 1,0t (SI) t1 = 4,0s ⇒ Resposta: B 3. (MACKENZIE-MODELO ENEM) – Na propaganda de um mo - delo de automóvel, publi cada numa revista espe cia lizada, o fabricante afir mou que, a partir do re pou so, esse veículo atinge a velo cidade es - calar de 108km/h em 10s. A aceleração escalar média nessa condição é: a) 3,0m/s2 b) 3,6m/s2 c) 10m/s2 d) 30m/s2 e) 36m/s2 RESOLUÇÃO: γm = γm = (m/s2) Resposta: A t1 = 4,0s ds –––– dt V1 = 4,0m/s ΔV ––– Δt 30 – 0 –––––– 10 γm = 3,0 m/s2 MÓDULO 3 VELOCIDADE ESCALAR INSTANTÂNEA E ACELERAÇÃO ESCALAR 5,4 –––– 3,6 km –––– h 72 –––– 60 m –––– min cm ––– s VH > Vg > VC – 3 FÍ S IC A B D E C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 3 4. Uma partícula desloca-se, em trajetória retilínea, com equação horária dos espaços dada por: s = 2,0t3 – 16,0 (SI) No instante t1, a partícula passa pela origem dos espaços. No instante t1, a velocidade escalar vale V1 e a ace leração escalar vale γ1. Os valores de V1 e γ1 são dados por: a) V1 = 24,0m/s e γ1 = 12,0m/s2. b) V1 = 6,0m/s e γ1 = 24,0m/s2. c) V1 = 6,0m/s e γ1 = 12,0m/s2. d) V1 = 12,0m/s e γ1 = 12,0m/s2. e) V1 = 24,0m/s e γ1 = 24,0m/s2. RESOLUÇÃO: 1) t = t1 ⇒ s = s1 = 0 2,0 t31 – 16,0 = 0 t31 = 8,0 ⇒ 2) V = = 6,0t2 (SI) t1 = 2,0s ⇒ 3) γ = = 12,0t (SI) t1 = 2,0s ⇒ Resposta: E 1. (CEFET-CE) – Considere as afirmações com relação ao movi - mento acelerado. I. Ocorre apenas quando a aceleração escalar é positiva. II. Ocorre apenas quando a velocidade escalar é positiva. III.Ocorre quando a velocidade escalar e a aceleração escalar têm sinais iguais. IV. Pode ocorrer com velocidade escalar negativa. V. O módulo da velocidade escalar aumenta com o passar do tempo. Assinale: a) Se apenas I e II forem corretas. b) Se apenas II e III forem corretas. c) Se apenas III, IV e V forem corretas. d) Se apenas III e IV forem corretas. e) Se apenas IV e V forem corretas. RESOLUÇÃO: Sendo o movimento acelerado, o módulo da velocidade escalar aumenta e a velocidade escalar e a aceleração devem ter o mesmo sinal (ambas positivas ou ambas negativas). I (F) – II (F) – III (V) – IV (V) – V (V) Resposta: C 2. (AFA) – A equação horária de um movimento é s = 5,0t2 – 35,0t + 50,0, sendo s expresso em metros e t em segundos. Pode-se afirmar que a) o movimento é progressivo e acelerado no instante t = 4,0s. b) o móvel passa pela origem das posições nos ins tan tes t1 = 4,0s e t2 = 7,0s. c) o móvel inverte o sentido do movimento a partir do instan te t = 5,0s. d) o movimento é retrógrado a partir do instante t = 8,0s. e) para t ≥ 0 o movimento é sempre acelerado. RESOLUÇÃO: s= 5,0t2 – 35,0t + 50,0 (SI) V = 10,0t – 35,0 (SI) γ = 10,0m/s2 V = 5,0m/s PROGRESSIVO E a) t = 4,0s � �γ = 10,0m/s2 ACELERADO b) s = 0 ⇒ 5,0t2 – 35,0t + 50,0 = 0 t1 = 2,0s 1,0t2 – 7,0t + 10,0 = 0 � t2 = 5,0s c) V = 0 ⇒ 10,0 ti – 35,0 = 0 ⇒ ti = 3,5s d) V < 0 ⇒ 10,0t – 35,0 < 0 10,0t < 35,0 e) Para t < 3,5s, temos v < 0 e γ > 0 e o movimento é retardado. Resposta: A MÓDULO 4 CLASSIFICAÇÃO DOS MOVIMENTOS dV ––– dt γ1 = 24,0m/s2 V1 = 24,0m/s ds ––– dt t1 = 2,0s t < 3,5s 4 – FÍS IC A B D E C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 4 3. (FEI-SP) – O gráfico abaixo representa a variação da velocidade escalar em função do tempo, para o movimento de uma partícula. No instante t = 10,0s, podemos afirmar que o movimento é a) progressivo e retardado. b) progressivo e acelerado. c) retrógrado e acelerado. d) retrógrado e retardado. e) uniforme. RESOLUÇÃO: No gráfico velocidade escalar x tempo: (1) a velocidade escalar é positiva quan do V = f(t) está acima do eixo dos tempos; (2) a velocidade escalar é negativa quan do V = f(t) está abaixo do eixo dos tempos; (3) a aceleração escalar é positiva quando a função V = f(t) é crescente; (4) a aceleração escalar é negativa quan do a função V = f(t) é decres cente. 0 < t < 5,0s progressivo e retardado t > 5,0s retrógrado e acelerado Resposta: C 1. (UNESP) – Um estudante realizou uma experiência de Cinemática utilizando um tubo comprido, transparente e cheio de óleo, dentro do qual uma gota de água descia vertical mente, como indica a figura. A tabela a seguir relaciona os dados de posição em função do tem po, obtidos quando a gota passou a descrever um movimento retilíneo uniforme. A partir desses dados, determine a velocidade escalar, em cm/s, e escreva a função horária da posição da gota. RESOLUÇÃO: 1) V = t1 = 0 ⇒ s1 = 120cm t2 = 2,0s ⇒ s2 = 90cm V = (cm/s) ⇒ 2) s = s0 + Vt s0 = 120cm V = –15cm/s � t em segundoss em centímetros MÓDULO 5 MOVIMENTO UNIFORME Posição (cm) Tempo (s) 120 0 90 2,0 60 4,0 30 6,0 ⎫ ⎬ ⎭ v > 0 γ < 0 ⎧ ⎨ ⎩ ⎫ ⎬ ⎭ v < 0 γ < 0 ⎧ ⎨ ⎩ Δs ––– Δt V = –15cm/s 90 – 120 –––––––– 2,0 s = 120 – 15t – 5 FÍ S IC A B D E C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 5 2. (AFA-MODELO ENEM) – Uma pessoa está observando uma corrida a 170m do ponto de largada. Em dado instante, dispara-se a pistola que dá iní cio à competição. Sabe-se que o tempo de reação de um determinado corredor é 0,2s, sua velocidade é constante com módulo 7,2km/h e a velocidade do som no ar tem módulo igual a 340m/s. A distância desse atleta em relação à linha de largada, quando o som do disparo chegar ao ouvido do espectador, é a) 0,5m b) 0,6m c) 0,7m d) 0,8m e) 1,0m RESOLUÇÃO: 1) O tempo gasto pelo som do disparo da pistola para chegar ao espec - tador é dado por: Δ s = Vsom Δt (MU) 170 = 340 Ts ⇒ 2) O tempo de movimento do atleta é dado por: Δt = TS – TR Δt = 0,5s – 0,2s ⇒ 3) A distância percorrida pelo atleta é dada por: Δs = VA Δt (MU) Δs = . 0,3 (m) ⇒ Resposta: B 3. (VUNESP-2011-MODELO ENEM) – Na sala de controle de tráfego aéreo, os movimentos retilíneos e uniformes de dois aviões, voando à mesma altitude, em possível curso de colisão, preocupam os controladores de voo, que se põem logo a realizar as projeções das trajetórias. Informes sobre os voos módulo da velocidade do avião A = 900km/h; módulo da velocidade do avião B = 720km/h; distância de A até X = 45km; distância de B até X = 36km. Após análise, na possibilidade de os aviões não alterarem suas rotas, verifica-se que os aviões, não havendo mudanças de direção, a) se chocarão em 3 minutos. b) se chocarão em 5 minutos. c) se chocarão em 7 minutos. d) se chocarão em 9 minutos. e) não se chocarão. RESOLUÇÃO: Δ s = V t 45 = 900 TA ⇒ TA = 0,05h = 3,0min 36 = 720 TB ⇒ TB = 0,05h = 3,0min Como TA = TB haverá colisão. Resposta: A Ts = 0,5s Δt = 0,3s Δs = 0,6m 7,2 –––– 3,6 6 – FÍS IC A B D E C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 6 1. Dois carros, A e B, percorrem uma mesma estrada reti línea com ve lo cidades escalares constantes e respec tivamente iguais a VA = 108km/h e VB = 72km/h. No instante t0 = 0, a distância entre os carros é 400m, estando B à frente de A. Determine a) o instante t1 em que os carros ficarão lado a lado; b) o instante t2 em que o carro A estará 400m à frente de B. RESOLUÇÃO: a) VA = m/s = 30m/s VB = m/s = 20m/s s = s0 + Vt sA = 30t (SI) sB = 20t + 400 (SI) t = t1 ⇔ sA = sB 30t1 = 20t1 + 400 10t1 = 400 ⇒ b) t = t2 ⇔ sA – sB = 400m 30t2 – (400 + 20t2) = 400 10t2 – 400 = 400 10t2 = 800 ⇒ Respostas: a) 40s b) 80s 2. (VUNESP-2011-MODELO ENEM) – Uma estrada de ferro conta com um par de vias para que dois trens possam percorrer, ao mesmo tempo em sentidos contrários, um trecho entre duas cidades. O único local em que essas duas pistas se unem mede 50 m de comprimento e corresponde à travessia de uma ponte. Movendo-se com velocidade constante de módulo 16m/s, um trem de 110m de comprimento, está na iminência de passar pela ponte. Um segundo trem, que se move na outra via com velocidade constante de módulo 10m/s, aproxima-se da ponte pelo lado oposto ao do primeiro. A distância mínima entre a máquina do segundo trem e o ponto em que ele entrará na ponte, que evita os trens se choquem, é, em metros, a) 260. b) 240. c) 200. d) 120. e) 100. RESOLUÇÃO: 1) Cálculo do tempo gasto pelo trem (1) para atravessar completamente a ponte: Δs = V t (MU) 160 = 16T ⇒ 2) Cálculo de d. Δs = Vt (MU) d = 10 . 10 (m) Resposta: E T = 10s d = 100m MÓDULO 6 MOVIMENTO UNIFORME 108 –––– 3,6 72 –––– 3,6 t1 = 40s t2 = 80s – 7 FÍ S IC A B D E C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 7 3. (MACKENZIE-SP) – Correndo com uma bicicleta, ao longo de um trecho retilíneo de uma ciclovia, uma criança mantém a velocidade constante de módulo igual a 2,5m/s. O diagrama horário da posição para esse movimento está ilustrado adiante. Segundo o referencial adotado, no instante t = 15,0s, a posição x da criança é igual a: a) – 37,5m b) – 12,5m c) 12,5m d) 37,5m e) 62,5m RESOLUÇÃO: Cálculo do espaço inicial: x = x0 + Vt (MU) V = –2,5m/s e para t = 30,0s ⇔ x = 25,0m 25,0 = x0 – 2,5 . 30,0 Cálculo de x x = 100,0 – 2,5 . 15,0 (m) x = 100,0 – 37,5 (m) ⇒ Resposta: E 4. (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 Δs ––– Δt 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 x0 = 100,0m x = 62,5m 8 – FÍS IC A B D E C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 8 – 9 FÍ S IC A B D E 1. (VUNESP) – Além dos fogões solares, uma outra modalidade de aproveitamento da energia solar para a elaboração de alimentos é o emprego de fornos solares. A ideia central do funcionamento de um forno solar é confinar energia térmica em uma caixa que funciona como uma estufa, onde as ondas luminosas que nela entram são absorvidas pelas paredes internas e reemitidas na forma de ondas de calor que, confinadas no interior do forno, permitem quea temperatura interna do forno atinja os 302°F que, na escala Celsius, correspondem à temperatura de a) 29°C b) 150°C c) 185°C d) 302°C e) 575°C RESOLUÇÃO: Equação de conversão = ⇒ = Resposta: B 2. (PUC-SP-2010 – MODELO ENEM) – No LHC (Grande Colisor de Hádrons), as partículas vão correr umas contra as outras em um túnel de 27 km de ex tensão, que tem algumas partes resfriadas a – 271,25°C. Os resultados oriundos dessas colisões, entretanto, vão seguir pelo mundo todo. A grade do LHC terá 60 mil computadores. O objeti vo da construção do complexo franco-suíço, que custou US$ 10 bilhões e é administrado pelo CERN (Organização Europeia de Pesquisa Nu clear, na sigla em francês), é revolucionar a forma de se enxergar o Uni verso. Ímã gigantesco é instalado em uma das cavernas do LHC (Grande Colisor de Hádrons), a máquina mais poderosa do mundo www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u442867.shtml – Publicada em 09/09/2008. Consultada em 05/04/2010 A temperatura citada no texto, expressa nas escalas Fahrenheit e Kelvin, equivale, respectivamente, aos valores aproximados de: a) – 456 e 544 b) – 456 e 2 c) 520 e 544 d) 520 e 2 e) – 456 e – 2 RESOLUÇÃO: 1) Na escala Fahrenheit: = = ou 2) Na escala Kelvin: T = θc + 273 T = (– 271,25 + 273) (K) ou Resposta: B 3. (VUNESP-FMC) – Um bloco metálico, sólido, encontra-se a uma temperatura ambiente de 22°C, quando é levado para o interior de um forno a 250°C. Após entrar em equilíbrio térmico com o forno, o bloco terá sofrido uma variação de temperatura que, expressa na escala Kelvin, vale a) 238 b) 228 c) 138 d) 128 e) 73 Temos: Resposta: B θC ––– 5 θF – 32 ––––––– 9 302 – 32 ––––––– 9 θF = 150°C θC ––– 5 MÓDULO 1 ESCALAS TERMOMÉTRICAS θF – 32 –––––––– 9 θc ––– 5 θF – 32 –––––––– 9 – 271,25 –––––––– 5 θF ≅ – 456°FθF = – 456,25°F T ≅ 2KT = 1,75K RESOLUÇÃO: A escala Kelvin usa como unidade o grau Celsius. Assim, a variação de temperatura estabelecida nas escalas Celsius e Kelvin são iguais: ΔθC = ΔT (K) Portanto, se: ΔθC = (280 – 22)°C ΔθC = 228°C ΔT = 228 K FRENTE 2 – TERMOLOGIA C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 9 10 – FÍS IC A B D E 1. (UFC-2010) – Dois corpos são colocados em contato. Marque a alternativa correta. a) O calor flui do corpo que tem maior quantidade de calor para o que tem menor quantidade de calor. b) O calor flui do corpo que tem menor quantidade de calor para o que tem maior quantidade de calor. c) O calor flui do corpo que tem maior massa para o que tem menor massa. d) O calor flui do corpo que tem menor temperatura para o que tem maior temperatura. e) O calor flui do corpo que tem maior temperatura para o que tem menor temperatura. 2. A massa e o calor específico sensível de cinco amos tras de mate riais sólidos e homogêneos são re pre sen tados na tabela dada a seguir. As cinco amostras se encontram inicialmente na mes ma temperatura e recebem quantidades iguais de ca lor. Qual delas atingirá a maior temperatura fi nal? a) A b) B c) C d) D e) E 3. (FGV-SP) – Nossa personagem soube por uma amiga que uma nova dieta sugeria que beber meio litro de água fresca (22°C) poderia provocar a queima imediata de 100 calorias. De acordo com nossos conhecimentos de calorimetria, se a perda de calorias fosse devida unicamente ao aquecimento da água pelo corpo, haveria muito mais ener gia para se “queimar”. Levando-se em conta que a água que tomamos, após o equilíbrio térmico com nosso corpo, atinge a tem - peratura de 37°C, se beber meio litro de água, após a queima imediata das 100 calorias, ainda deveria ocorrer a “queima” adicional, em cal, de Dados: – calor específico da água: 1,0 cal/(g . °C) – densidade da água: 1,0 g/m� a) 5700 b) 5900 c) 6300 d) 6800 e) 7400 Resposta: E MÓDULO 2 CALORIMETRIA I RESOLUÇÃO: O fator determinante para transferência espontânea de calor é a diferença da temperatura existente entre dois locais. O calor flui espontaneamente do local de maior para o local de menor temperatura. Resposta: E Amostra m(g) c(cal/g°C) A 150 0,20 B 50 0,30 C 250 0,10 D 140 0,25 E 400 0,15 RESOLUÇÃO: A amostra que irá atingir maior temperatura é aquela que possui menor capacidade térmica. Preencha o quarto quadrinho com o valor da capacidade tér mica (pro - duto da massa pelo calor específico sensível) de ca da amostra. Resposta: B RESOLUÇÃO: O nosso corpo fornece energia térmica à água, aquecendo-a até 37°C. O cálculo dessa energia é feito utilizando-se a equação fundamental da calorimetria. Q = m c Δθ Assim, sendo: m d = ––– ⇒ m = d V V temos: Q = d V c Δθ mas: V = 0,5� = 0,5 . 103 m� Portanto: Q = 1,0 . 0,5 . 103 . 1,0 . (37 – 22) (cal) Q = 7500 cal Como 100 calorias são queimadas de imediato, restam para queimar: Q = 7400 cal C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 10 – 11 FÍ S IC A B D E 4. (FCC-2010) – Uma estufa é iluminada por duas lâmpadas, incan - descentes, de 75W cada uma, colocadas no seu interior. A porcentagem de energia convertida em calor é de 90%. Durante uma hora, a quantidade de calor transferido à estufa é, em joules, a) 4,9 . 105 b) 3,6 . 105 c) 2,1 . 105 d) 7,2 . 104 e) 3,0 . 104 Resposta: A 1. (MACKENZIE-SP-2010) – Paulo comprou um aquecedor elétri - co, de especificações 5 000 W – 220 V, provido de um reservatório de volume 100 litros. Seu rendimento é 80 %. Estando completa mente cheio com água e ligado corretamente, o tempo necessário para se aquecer essa água de 20 ºC é a) 15 minutos b) 28 minutos c) 35 minutos d) 45 minutos e) 90 minutos Dados: massa específica da água = 1 g/cm3; calor específico da água = 1 cal/(g.ºC) e 1 cal = 4,2 J Resposta: C 2. (UFPR-2010) – Numa garrafa térmica, há 100g de leite à tem - peratura de 90°C. Nessa garrafa, são adicionados 20g de café solúvel à tamperatura de 20°C. O calor específico sensível do café vale 0,5 cal/(g°C) e o do leite vale 0,6 cal/(g°C). A temperatura final do café com leite é de: a) 80°C b) 42°C c) 50°C d) 60°C e) 67°C Resposta: A RESOLUÇÃO: Utilizando a definição da potência, temos: Q Pot = ––– ⇒ Q = Pot . Δt Δt Assim: Q = 0,90 . 2 . 75 . 1 . 60 . 60 (J) Atenção que são duas lâmpadas de 75W cada uma. Q = 486 000 J Q � 4,9 . 105 J MÓDULO 3 CALORIMETRIA II RESOLUÇÃO: A energia elétrica no aquecedor é: Ee� = Pot . Δt A quantidade de calor para aquecer os 100� de água vale: Q = m . c . Δθ Sendo de 80% o rendimento, temos: 0,80 . Pot . Δt = m . c . Δθ m . c . Δθ Δt = ––––––––– 0,80 . Pot m = 100 kg c = 1 cal/(g.°C) = 4,2 . 103 J/(kg.°C) Δθ = 20°C Pot = 5000W 100 . 4,2 . 103 . 20 Δt = –––––––––––––––– (s) 0,80 . 5000 Δt = 2100 s Δt = 35 min RESOLUÇÃO: Fazendo o balanço energético, temos: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c Δθ)leite + (m c Δθ)café = 0 100 . 0,6 . (θf – 90) + 20 . 0,5 . (θf – 20) = 0 60 θf – 5400 + 10 θf – 200 = 0 70 θf = 5600 θf = 80°C C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 11 12 – FÍS IC A B D E 3. (UNIFESP-SP) – O gráfico mostra as curvas de quantidade de calor absorvido em função da temperatura para dois corpos distintos: um bloco de metal e certa quantidade de líquido. O bloco de metal, a 115 ºC, foi colocado em contato com o líquido, a 10 ºC, em um recipiente ideal e isolado termicamente. Considerando que ocorreu troca de calor somente entre o bloco e o líquido, e que este não se evaporou, o equilíbrio térmico ocorrerá a a) 70ºC b) 60ºC c) 55ºC d) 50ºC e) 40ºC RESOLUÇÃO: (I) Calculemos, inicialmente, as capacidades térmi cas do me tal (CM) e do líquido (CL). CM = � �M ⇒ CM = ⇒ CM = 1,0 CL = � �L ⇒ CL = ⇒ CL = 2,5 (II) No equilíbrio térmico: Qcedido + Qrecebido = 0 CM ΔTM + CL ΔTL= 0 1,0 (T – 115) + 2,5 (T – 10) = 0 T – 115+ 2,5T – 25 = 0 ⇒ 3,5T = 140 Da qual: Resposta: E 1. (UFRN-2010) – O gráfico abaixo representa as mudanças que acontecem com 1 kg de água à medida que esse líquido recebe energia, em forma de calor, à pressão de 1 atmosfera, num sistema aberto. Considere as seguintes informações, em relação aos processos repre - sen tados no gráfico. I) O segmento 2 representa o processo de ebulição da água. II) No segmento 3, a temperatura da água líquida aumenta. III) No segmento 4, a água líquida está em equilíbrio com o vapor de água. IV) A temperatura de ebulição de 2 kg de água é de 200°C. Dentre essas afirmações, é(são) correta(s) apenas: a) III b) II e III c) I e II d) IV kJ ––– °C 100kJ –––––– 100°C Q ––– ΔT kJ ––– °C 300kJ –––––– 120°C Q ––– ΔT T = 40°C MÓDULO 4 MUDANÇAS DE ESTADO I RESOLUÇÃO: I) FALSA O patamar representado pelo segmento 2 corresponde à fusão do gelo. II) CORRETA III) CORRETA A situação representada pelo segmento 4 corresponde à vaporização da água, quando encontramos água líquida e vapor d’água em equilíbrio térmico. IV) FALSA Nas condições da questão, a água entra em ebulição a 100°C, em qual - quer quantidade. Resposta: B C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 12 – 13 FÍ S IC A B D E 2. (UNIP-2010) – O gráfico a seguir representa a temperatura da água, inicialmente na forma de um bloco de gelo, em função do tempo ao receber calor de uma fonte térmica de potência constante. Admita que não há troca de calor entre o ambiente externo e o sistema formado pela água e pela fonte térmica. São dados: (1) calor específico sensível do gelo = 0,50cal/gºC (2) calor específico latente de fusão do gelo = 80cal/g (3) calor específico sensível da água = 1,0cal/gºC Os valores de θ0 e θ1, temperaturas medidas em ºC, são respectivamen - te: a) – 40 e 20 b) – 40 e 30 c) – 80 e 40 d) –80 e 80 e) – 50 e 40 Resposta: A 3. (UFPE-2010) – Uma massa m de água, inicialmente a 19°C, é aquecida durante 10 min numa boca de fogão que emite calor a uma taxa constante. A variação da temperatura da água com o tempo de aquecimento é mostrada na figura abaixo. Determine a porcentagem de água que vaporizou durante o processo. Dados: calor específico sensível da água = 1,0 cal/°C calor específico latente de vaporização da água = 540 cal/g Resposta: 15% RESOLUÇÃO: 1) Cálculo da potência da fonte térmica: Q Pot = –––– Δt Considerando o patamar no qual ocorre a fusão do gelo, temos: m LF m . 80Pot = –––––– = ––––––––––– Δt (10,0 – 2,0) Pot = 10m 2) No primeiro trecho oblíquo, temos: Pot Δt = (m c Δθ)gelo 10m . 2,0 = m . 0,50 . (0 – θ0) θ0 = – 40°C 3) No segundo trecho oblíquo, temos: Pot Δt = (m c Δθ)água 10m . (12,0 – 10,0) = m . 1,0 . (θ1 – 0) θ1 = 20°C RESOLUÇÃO: Chamando de M a massa total de água (no início) e m a massa de água vaporizada, a questão pede: m ––– = ? M Observando que os intervalos de tempo de aquecimento da água e de vaporização são iguais (5 min), temos: (M c Δθ)água = (m LV)vapor M . 1 . (100 – 19) = m . 540 m 81 ––– = –––– = 0,15 M 540 m ––– (%) = 15% M C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 13 14 – FÍS IC A B D E 1. (FUVESTÃO-2010-MODELO ENEM) “…Em geral, um líquido, quando aquecido, sempre se di lata, aumentando de volume. No entanto, a água constitui uma exceção a essa regra, pois, ao ser aquecida de 0°C a 4°C, tem seu volume diminuído. Apenas para tempe raturas acima de 4°C a água dilata-se normalmente.” A explicação para tal fenômeno é que: “…O átomo de oxigênio tem configuração eletrônica 1s2 2s2 2p4, pos suin do dois elétrons não emparelhados — sua geometria angular apresenta ângulos de 104° 40’. Quando esfria mos uma porção de água, por volta de 0°C, as moléculas ficam tão próximas que o polo positivo de uma atrai o polo negativo da outra, formando as pontes de hidrogênio. No aquecimento de 0°C para 4°C, as moléculas se afastam, desmanchando algumas dessas pontes, reduzindo o volume. Observemos que, no estado sólido, as moléculas de água se organizam em formas hexa gonais, numa estrutura mais aberta que no estado líquido, apresentando maior volume.” Considere uma massa m de água a 20°C sendo resfriada, até atingir o estado sólido a 0°C. Sendo o volume do gelo formado (a 0°C) 20cm3 maior do que era o volume de líquido a 20°C, a quantidade de calor, em calorias, retirada da água foi de: a) 180cal b) 1800cal c) 18000cal d) 180000cal e) 1800000cal Dados: Calor específico sensível da água = 1,0 cal/g°C Calor específico latente de fusão do gelo = 80 cal/g Densidade absoluta da água = 1,0g/cm3 Densidade absoluta do gelo = 0,9g/cm3 RESOLUÇÃO: 1) Cálculo da massa m: m m d = ––– ⇒ V = ––– V d Assim: m m ΔV = Vg – Va = ––– – –––dg da m (da – dg)ΔV = –––––––––– dg . da m (1,0 – 0,9) 20 = –––––––––––– 1,0 . 0,9 m = 180g 2) Cálculo do calor cedido pela água: |Q| = m c |Δθ| + m |Ls| |Q| = 180 . 1,0 . |0 – (+20)| + 180 . |–80| Resposta: C MÓDULO 5 MUDANÇAS DE ESTADO II |Q| = 18000cal C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 14 – 15 FÍ S IC A B D E 2. (UFPB) – Misturam-se, num recipiente de capacidade térmica desprezível, 300 g de água, a 10°C, com 700 g de gelo, a –20°C. A mistura atinge o equilíbrio térmico a 0°C e não há perda de calor para o meio ambiente. Determine as massas de água e de gelo que se encontram na mistura quando se atinge o equilíbrio térmico. Dados: Calor específico sensível da água = 1 cal/g°C Calor específico sensível do gelo = 0,5 cal/g°C Calor específico latente de fusão do gelo = 80 cal/g 3. (MACKENZIE-SP) – Dados: calor específico sensível da água = 1,0 cal/g°C calor específico sensível do gelo = 0,50 cal/g°C calor específico latente de fusão do gelo = 80 cal/g massa específica da água = 1,0 g . cm–3 Num copo com 200m� de água a 20°C, são introduzidos 20g de gelo a –20°C; desprezadas as perdas e a capacidade térmica do copo, após o equi lí brio térmico, a temperatura da água será de a) 0°C b) 10°C c) 10,9°C d) 11°C e) 12°C RESOLUÇÃO: 1) Esfriar a água até 0°C: Q1 = m c Δθ = 200 . 1,0 . (0 – 20) cal = – 4 000 cal 2) Aquecer o gelo até 0°C: Q2 = m c Δθ = 20 . 0,50 [0 – (–20)] cal = 200 cal 3) Derreter o gelo: Q3 = mL = 20 . 80 cal = 1 600 cal 4) Aquecer toda a água com o calor que sobrou: Q = m c Δθ 4 000 – (1 600 + 200) = (200 + 20) . 1,0 (θf – 0) ⇒ Resposta: B 1. (UFRS-2010) – Considere as afirmações abaixo, referentes aos três processos de transferência de calor. I. A radiação pode ser refletida pelo objeto que a recebe. II. A condução ocorre pela propagação de oscilações dos constituintes de um meio material. III.A convecção ocorre apenas em fluidos. Qual(is) está(ão) correta(s)? a) Apenas I. b) Apenas III. c) Apenas I e II. d) Apenas II e III. e) I, II e III. RESOLUÇÃO: I. Correta. Quando a radiação térmica incide em uma superfície, pode refletir parcialmente. Superfícies de cores claras refletem mais do que as de cores escuras. II. Correta. Na condução, a energia que provoca a agitação de partículas de um meio passa de partícula a partícula, propagando-se através dele. III.Correta. A convecção somente pode ocorrer nos fluidos (líquidos, gases e vapores), não ocorrendo nos sólidos e no vácuo. Resposta: E Observe que a energia Q2 é maior do que Q1. Dessa forma, parte da água deverá solidificar-se para liberar a energia necessária (Q = 4000 cal). Q = m LS –4000 = m . (–80) m = 50 g Portanto, no final vamos ter: água → 250g gelo → 750g na temperatura de equilíbrio, 0°C. Resposta: 250g e 750g θf = 10°C RESOLUÇÃO: A questão estabelece que o equilíbriotérmico ocorre a 0°C. Assim: 1) Cálculo do calor retirado da água para que ela atinja a temperatura de 0°C: Q1 = m c Δθ Q1 = 300 . 1 . [0 – (+10)] (cal) Q1 = –3000 cal 2) Cálculo do calor usado para aquecer o gelo até 0°C: Q2 = m c Δθ Q2 = 700 . 0,5 . [0 – (–20)] (cal) Q2 = 7000 cal MÓDULO 6 TRANSMISSÃO DE CALOR C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 15 16 – FÍS IC A B D E 2. (VUNESP-2010) – A criogenia é um ramo da físico-química que estuda tecnologias para a produção de temperaturas muito baixas (abaixo de –150ºC), principalmente até a temperatura de ebulição do nitrogênio líquido ou ainda mais baixas, e o comportamento dos elementos e materiais nessas temperaturas. E surge a ideia fantástica: você morre e os médicos o colocam num tanque de nitrogênio líquido, guardado a –319ºF, temperatura em que o cadáver não apodrece. Aí, daqui a uns 500 anos, os cientistas descobrem um jeito de combater a doença que causou sua morte e o degelam. O nitrogênio líquido é o elemento mais usado na criogenia e é comprado legalmente em todo o mundo. Esse gás é preso em recipientes especiais conhecidos como frascos de Dewar, nomeados em homenagem ao seu inventor, James Dewar. (www.mundoestranho.abril.com.br e www.oarquivo.com.br – Adaptado) Os frascos de Dewar, também conhecidos por garrafas térmicas, são recipientes formados por paredes duplas de vidro espelhado entre as quais se faz vácuo, fechados com uma tampa feita de material isolante térmico. É correto afirmar que líquidos armazenados nesses recipientes praticamente não sofrem variações de temperatura porque, entre outros fatores, a) o vidro, por ser um mau condutor de calor, dificulta a propagação de calor por irradiação. b) o vácuo entre as paredes de vidro é eficiente para evitar a propagação de calor por convecção e irradiação. c) a condução de calor é dificultada pelo vácuo entre as paredes, e as superfícies espelhadas evitam a convecção de calor. d) o calor é impedido de entrar ou sair por irradiação pelas superfícies espelhadas, e o vácuo impede a condução. e) a convecção de calor é impedida pela tampa, e a irradiação e a condução, pelo vácuo entre as paredes. RESOLUÇÃO: a) Falsa. O vidro, sendo mau condutor, dificulta a condução. O vidro é transparente à radiação térmica. b) Falsa. O vácuo impede a convecção, mas não a radiação. c) Falsa. As superfícies espelhadas refletem a radiação térmica, evitando as trocas de energia por radiação. d) Verdadeira. As superfícies espelhadas evitam trocas de calor por radiação e o vácuo impede a realização de condução. e) Falsa. O vácuo não impede trocas de calor por radiação. Resposta: D 3. A água possui um calor específico excepcionalmente elevado, superado por pouquíssimas substâncias. Com base nesse fato, analise as proposições a seguir. I. O clima de regiões litorâneas (próximas a grandes massas de água do mar) geralmente sofre variações de temperatura menores que o de regiões do interior porque a água se aquece lentamente no verão e se esfria também lentamente no inverno. II. Durante o dia, sopra uma brisa do mar para a terra porque a areia se aquece mais rapidamente do que a água do mar. O ar quente que paira sobre a areia sobe, dando lugar à brisa que vem do mar. III.Durante a noite, sopra uma brisa da terra para o mar porque a areia se resfria rapidamente enquanto a água do mar mantém a temperatura relativamente elevada; então o ar quente sobre as águas sobe e dá lugar à brisa fria que vem da terra para o mar. São verdadeiras a) I e II, apenas. b) I e III, apenas. c) II e III, apenas. d) I, II e III. RESOLUÇÃO: I. Verdadeira II. Verdadeira III. Verdadeira Resposta: D C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 16 – 17 FÍ S IC A B D E 1. (UEL-PR) – Pela secção reta de um condutor de ele tri ci dade, passam 12C a cada minuto. Nesse con du tor, a intensidade da cor rente elétrica, em ampères, é igual a a) 0,08 b) 0,20 c) 5,0 d) 7,2 e) 12 RESOLUÇÃO: De i = , vem: i = ⇒ Resposta: B 2. (UFSM-RS) – Uma lâmpada permanece acesa du rante 5 minutos por efeito de uma corrente de 2A, fornecida por uma bateria. Nesse in - tervalo de tem po, a carga total (em C) que atravessou o seu filamento é: a) 0,40 b) 2,5 c) 10 d) 150 e) 600 RESOLUÇÃO: i = ⇒ Q = i . Δt ⇒ Q = 2 . 5 . 60 (C) ⇒ Resposta: E 3. (EFOMM) – Suponha que o flash de uma certa câmera di gital somente possa ser disparado quando o capacitor em paralelo com sua microlâmpada de xenônio acumula 20 quatrilhões de elétrons. Sabendo-se que sua descarga dura 1 décimo de segundo, a intensidade da corrente de descarga (em ampères) é de, aproxi ma damente: a) 0,032 b) 0,038 c) 0,047 d) 0,058 e) 0,066 Dado: carga elétrica elementar e = 1,6 . 10– 19C quatrilhão = 1015 RESOLUÇÃO: n = 20 . 1015 elétrons Δt = 0,10s e = 1,6 . 10– 19C i = ⇒ i = ⇒ i = (A) i = 320 . 10–4 A Resposta: A 4. O fio A da figura é percorrido por uma quantidade de carga elétrica de 36C em um intervalo de tempo de 4,0s. Qual o intervalo de tempo que uma quantidade de carga elétrica de 108C deve levar para atravessar o fio B, sabendo que a intensidade média de corrente é a mesma? a) 6,0s b) 8,0s c) 10s d) 12s e) 15s RESOLUÇÃO: iA = iB = ⇒ = ⇒ Resposta: D MÓDULO 1 CORRENTE ELÉTRICA i = 0,20A12C ⎯⎯ 60s Q ⎯⎯ Δt Q = 600CQ ⎯⎯ Δt 20 . 1015 . 1,6 . 10–19 –––––––––––––––––––– 0,10 n . e ––––– Δt Q ––– Δt i = 0,032A Δt = 12s108–––– ΔtB 36 –––– 4,0 QB –––– ΔtB QA –––– ΔtA FRENTE 3 – ELETRICIDADE C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 17 18 – FÍS IC A B D E 1. No gráfico da intensidade instantânea da cor ren te elé trica em função do tempo, a área é nume rica men te igual à quantidade de carga elétrica que atra vessa a secção transversal do condutor no interva lo de tempo Δt. Em um condutor metálico, mediu-se a intensi dade da cor rente elétrica e verificou-se que ela variava com o tempo, de acordo com o gráfico a seguir: Determine, entre os instantes 0 e 6,0s, a quanti dade de carga elétri ca que atravessa uma seção trans versal do condutor. RESOLUÇÃO: Q =N Área = = ⇒ Resposta: Q = 30C 2. (UFPE-2010) – O gráfico mostra a variação da corrente elétrica I, em ampères, num fio em função do tempo t, em segundos. A carga elétrica, em coulombs, que passa por uma seção transversal do condutor nos primeiros 4,0 segundos é: a) 2,0 b) 4,0 c) 6,0 d) 8,0 e) 10 RESOLUÇÃO: Q =N área Q =N ⇒ Q = (C) ⇒ Resposta: E 3. (UERN-2010) O gráfico representa a intensidade de corrente que percorre um fio em funçnao do tempo e com base nos conhecimentos de Eletricidade, marque com V as afirmativas verdadeiras e com F, as falsas. ( ) A carga total que passa por uma seção reta do fio entre os instantes t1 = 5,0s e t2 = 10,0s é igual a 3,0C. ( ) A intensidade média da corrente que passa por uma seção reta do fio entre os instantes t1 = 0,0s e t2 = 10,0s é igual a 0,9A. ( ) O fio apresenta uma resistência de 2,0Ω. A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a 01) F V F 02) V V F 03) V F V 04) F V V Q = 30C 6,0 . 10 ––––––– 2 base . altura –––––––––––– 2 Q = 10 C(4,0 + 1,0) 4,0–––––––––––– 2 (B + b) h ––––––––– 2 MÓDULO 2 TENSÃO ELÉTRICA C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 18 – 19 FÍ S IC A B D E RESOLUÇÃO: I. VERDADEIRA. De 5,0s à 10s, temos: Q N= área do triângulo. Q N= = = 3,0C II. Verdadeira. De 0 à 5,0s, temos: Q’ N= área do retângulo. Q’ = b . h = 5,0 . 1,2 = 6,0C Assim: imédia = imédia = = 0,9A III. Falsa. Nada se pode afirmar sobre a resistência elétrica do fio com os dados fornecidos. Alternativa: 02 4. Uma lâmpada foi ligada a uma pilha de 1,5Ve acendeu. a) Das três situações propostas, qual é a correta? b) Indique, no esquema correto, o sentido conven cional da corrente elétrica e o sentido de movi mento dos elétrons livres através do fila - mento da lâmpada. RESOLUÇÃO: a) Mostre ao aluno como é a ligação do filamento e dos fios metálicos no interior da lâmpada e como o gera dor deve ser ligado para fechar o cir - cuito: Logo, a ligação correta é a III. b) Na pilha, no sentido convencional, a corrente elétrica entra pelo polo negativo e sai pelo polo positivo. Deste modo, temos no filamento: O sentido real (dos elétrons) é contrário ao sentido con vencional. 1. Nas figuras abaixo, um resistor ôhmico está ligado a uma bateria. Cada uma delas apresenta uma tensão elétrica diferente. a) Calcule o valor da resistência elétrica sabendo que a intensidade da corrente que atravessa o resistor é de 0,50A no primeiro circui to. Indique o sentido convencional da cor ren te. b) Sendo o mesmo resistor do item (a), calcule a intensidade de corrente que “circula” no segundo circuito elé trico e indique o seu sentido conven cional. 5,0 . 1,2 –––––––– 2 b . h ––––– 2 Q + Q’ –––––––– Δt 3,0 + 6,0 ––––––––– 10 MÓDULO 3 RESISTORES: LEIS DE OHM C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 24/11/10 16:09 Página 19 20 – FÍS IC A B D E RESOLUÇÃO: a) U = R . i 1,5 = R . 0,50 R = ⇒ b) U = R . i 12 = 3,0 . i 2. (UNIFEI-MG-MODELO ENEM) – Aplica-se uma diferença de potencial aos terminais de um resistor que obedece à Lei de Ohm. Sendo U a diferença de potencial, R a resistência do resistor e I a corrente elétrica, qual dos gráficos abaixo não representa o comportamento deste resistor? RESOLUÇÃO: O gráfico que não representa um resistor de comportamento ôhmico é o da alternativa D. 3. (UFTM-Junho-2010-MODELO ENEM) – Com o uso, os fila - mentos das lâmpadas incandescentes perdem átomos por vaporização, tornando-se mais finos. Admita que, por conta da diminuição do diâmetro do filamento, a área da secção transversal do filamento diminua conforme indica o gráfico. Dos gráficos apresentados, aquele que melhor apontaria os valores da resistência elétrica durante a vida útil dessa lâmpada, supondo que a resistividade e o comprimento do filamento se mantenham constantes durante toda a vida útil da lâmpada, esboçado em RESOLUÇÃO: Da 2ª Lei de Ohm: ↑ R = Tal comportamento nos remete ao gráfico da alternativa B. Resposta: B R = 3,0Ω 1,5V –––––– 0,50A i = 4,0A � ρ ––– A↓ C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 20 – 21 FÍ S IC A B D E 4. (VUNESP-UCSAL-2010-MODELO ENEM) – As incubadoras neonatais são dispositivos de muita utilidade no auxílio do tratamento de bebês nascidos prematuramente. Elas conseguem manter uma temperatura constante e adequada para a sobrevivência dos bebês. Isso é possível através do uso de aquecedores elétricos, resistores metálicos em forma de serpentina. Considere um desses resistores, feito de uma liga metálica de resistividade 2,0 . 10–5 Ω . m, ligado a uma bateria ideal de f.e.m. 12V e sendo percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 30mA. A relação entre o comprimento desse resistor e a área de sua secção transversal vale, em unidades do SI, a) 2 . 107 b) 2 . 106 c) 2 . 104 d) 2 . 104 e) 2 . 103 RESOLUÇÃO: Sendo a bateria ideal, temos: U = R i 12 = R . 30 . 10–3 R = (Ω) Pela 2.a Lei de Ohm, temos: R = ρ 400 = 2,0 10–5 . Resposta: A Para as associações a seguir, determine a resistên cia equivalente entre os extremos A e B: 1. RESOLUÇÃO: Rs = 6,0Ω + 8,0Ω + 3,0Ω ⇒ 2. RESOLUÇÃO: produto 12 . 6,0 Rp = ⎯⎯⎯⎯ ⇒ Rp = ⎯⎯⎯⎯ (Ω) ⇒ soma 12 + 6,0 3. RESOLUÇÃO: Rp = ⇒ 4. RESOLUÇÃO: R 6,0ΩRp = ⎯ ⇒ Rp = ⎯⎯⎯ ⇒ n 3 12 –––––––– 30 . 10–3 R = 400Ω � ––– A � ––– A � ––– = 2,0 107 (SI) A MÓDULO 4 RESISTORES – ASSOCIAÇÃO Rs = 17Ω Rp = 4,0Ω R Rp = ⎯2 R ⎯ n Rp = 2,0Ω C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 21 22 – FÍS IC A B D E 5. (UFCSPA-RS) – O circuito abaixo é composto por fios ideais e por barras de carbono resistivas (linhas mais grossas). Cada barra tem resistência R. Qual é a resistência equivalente entre os pontos A e B do circuito? a) 2R/3 b) R/3 c) 3R/2 d) 3R e) 6R RESOLUÇÃO: Redesenhando o circuito, temos Req = + = Resposta: A 1. Quando um fio ideal é ligado aos dois terminais de um resistor, ele se constitui num curto-circuito. A corrente elétrica passa toda pelo “curto”, desviando-se do resistor: No circuito abaixo, há três resistores, sendo que um deles es tá em curto-circuito. Determine a resistência equi va lente e esquematize o caminho da corrente elé tri ca. RESOLUÇÃO: O resistor de 8,0Ω está em curto-circuito e, portanto, não é percorrido por corrente elétrica. Ele pode ser retirado do circuito. O valor da resistência equivalente vale 2,0Ω 2. (UFMG) – Aninha ligou três lâmpadas idênticas à rede elétrica de sua casa, como mostrado nesta figura: Seja UP a diferença de potencial e iP a corrente na lâmpada P. Na lâm pa da Q, essas grandezas são, respecti - vamente, UQ e iQ. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que a)UP < UQ e iP > iQ. b)UP > UQ e iP > iQ. c)UP < UQ e iP = iQ. d)UP > UQ e iP = iQ. 2R –––– 3 R ––– 3 R ––– 3 MÓDULO 5 RESISTORES – ASSOCIAÇÃO C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 22 – 23 FÍ S IC A B D E RESOLUÇÃO: Sendo as três lâmpadas idênticas, vem: UP = 127V e UQ = V Sendo i = , temos para R = cte UP > UQ, assim Resposta: B 3. Na figura que se segue, há dois resistores em série, R1 e R2, conec - tados aos fios a e b. Entre esses fios, há uma ddp de 40V. a) Determine a intensidade da cor - rente que atravessa os resis tores. b) Determine a ddp em cada re - sistor. RESOLUÇÃO: a) U = Req . i ∴ 40 = 8,0 . i ∴ b) U1 = R1 . i ∴ U1 = 3,0 . 5,0 (V) ∴ U2 = R2i ∴ U2 = 5,0 . 5,0 (V) ∴ ou U2 = U – U1 ∴ U2 = 40 V – 15 V ∴ U2 = 25V 4. (UNESP) – As instalações elétricas em nossas casas são projeta das de forma que os aparelhos sejam sempre conectados em paralelo. Dessa maneira, cada apa re lho opera de forma inde pen den te. A figura mostra três resis to res conectados em parale lo. Desprezando-se as resis tên - cias dos fios de ligação, o valor da corrente em cada resistor é a) I1 = 3 A, I2 = 6 A e I3 = 9 A. b) I1 = 6 A, I2 = 3 A e I3 = 2 A. c) I1 = 6 A, I2 = 6 A e I3 = 6 A. d) I1 = 9 A, I2 = 6 A e I3 = 3 A. e) I1 = 15 A, I2 = 12 A e I3 = 9 A. RESOLUÇÃO: Para o cálculo da intensidade da corrente em cada resistor, devemos aplicar a Lei de Ohm (U = R . i). Assim, temos: U = R1I1 ⇒ 18 = 3I1 ⇒ U = R2I2 ⇒ 18 = 6I2 ⇒ U = R3I3 ⇒ 18 = 9I3 ⇒ Resposta: B 127 –––– 2 UP > UQ U –– R iP > iQ i = 5,0A U1 = 15V U2 = 25V I1 = 6A I2 = 3A I3 = 2A C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 23 24 – FÍS IC A B D E 1. (UEL-PR) – A diferença de potencial obtida nos ter mi nais de um gerador em circuito aberto é 12 volts. Quando esses terminais são colocados em curto-circuito, a corrente elétrica fornecida pelo gerador é 5,0 ampères. Nessas condições, a resistência interna do gerador é, em ohms, igual a a) 2,4 b) 7,0 c) 9,6 d) 17 e) 60 RESOLUÇÃO: A mencionada ddp do gerador em circuito aberto é a sua fem. Portanto, E = 12V. icc = ⇒ 5,0 = ⇒ Resposta: A 2. Para determinar a resistência r de uma pilha, de força eletromotriz ε = 1,50V, um estudante monta o circui to abaixo. Ele utiliza um resistor de resistência R, um voltímetro V e um amperímetro A. Com a chave S fechada na posição (1), o voltímetro e o amperímetro fornecem, respectivamente,as seguintes leituras: 1,45V e 0,50A. Considerando o voltímetro e o amperímetro como sendo ideais e a resistência dos fios conectores desprezível, a) calcule a resistência interna r da pilha; b) calcule a resistência R; c) faça uma previsão de qual será a leitura no voltímetro quando a chave S estiver aberta, justificando sua resposta; d) determine as leituras no amperímetro e no vol tímetro quando a chave S estiver fechada na posi ção (2). RESOLUÇÃO: a) Com a chave em (1): U = E – r i 1,45 = 1,50 – r . 0,50 ⇒ r . 0,50 = 0,05 ⇒ b) U = R i 1,45 = R . 0,50 ⇒ c) Com a chave S aberta, teremos o gerador em circuito aber to e ou U = E – ri 0 d) Na posição 2, o gerador estará em curto-circuito e, assim: e 3. (FEI) – Qual é a corrente no circuito abaixo? a) 0,20A b) 0,50A c) 1,0A d) 1,5A e) 2,0A RESOLUÇÃO: Da lei de Pouillet, vem: i = ⇒ i = (A) ⇒ i = (A) ⇒ Resposta: B r = 2,4Ω 12 ––– r E ––– r MÓDULO 6 GERADORES ELÉTRICOS E LEI DE POUILLET r = 0,10Ω R = 2,9Ω U = ε = 1,50V U = ε = 1,50V ε 1,50 i = icc = ––– = –––– (A) = 15Ar 0,10LV = U = 0 i = 0,50A10 ––– 20 10 ––––––––(10 + 10) E –––– ∑ R C1_B_Curso_Fisica_Rose_PROF 18/11/10 14:16 Página 24