Lista 1 (Física 2)

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Curso de Engenharia Mecânica/Produção/Civil/Elétrica/Ambiental e Computação
Disciplina: Física II Data: 17/02/2020
Prof. Patrício Araújo Sala:___________
Alunos:______________________________
Lista de Exercícios – nº 01
HIDROSTÁTICA
1. Um cubo de gelo foi formado solidificando completamente 57,6 g de água. Qual é a medida da aresta do cubo? A densidade do gelo é 0,90 g/cm3.
a)1cm
b)2cm
c)3cm
d)4cm
e) 5 cm
O volume de um cubo de aresta "a" é igual a: V = a³ (cm³)
Densidade é igual a Massa sobre Volume: d = m/V ---> m em gramas e V em cm³ --->
d = 0,90 g/cm³ ---> V = a³ (cm³) ----> m = 57,6 g , então:
0,90 = 57,6/a³ ---> a³ = 57,6/0,90 ---> a³ = 64 ---> a = 4cm
Resposta: a aresta do cubo mede 4cm
2. Num processo industrial de pintura, as peças recebem uma película de tinta de espessura 0,1 mm. Considere a densidade absoluta da tinta igual a 0,8 g/cm3. A área pintada com 10 kg de tinta é igual a:
a)1250m2
b)625m2
c)125m2
d)75m2
e) 50 m2
Volume = área x altura
3. Uma peça tem massa de 4,48.10-2 kg e volume de 5,60 cm3. A massa específica do material da peça, expressa em unidades SI, é:
a)1,25.10^3
b)8,00.10-3
c)8,00.10^3
d)1,12.10-2
e) 1,12.10^3
massa específica ou densidade absoluta é dada pela relação:
d = m/v
primeiramente devemos transformar 5,6cm³ para m³ = 5,6 x 10 ^-6
d = 4,48 x 10^-2/5,6 x 10^-6
d = 8, 00 x 10^3kg/m³
4. Qual é a massa de um litro de óleo de caroço de algodão cuja densidade é de 0,926 g cm–3 ? E o peso? 
A densidade é 0,926 g/cm³, então a massa deve estar em gramas e o volume em cm³.
1 litro equivale a 1000 cm³.
Aplicando na fórmula da densidade, temos:
d = m / V
0,926 = m / 1000
m = 926 g (massa de 1 litro de óleo)
Peso é calculado pela fórmula:
P = m . g
P = 0,926 . 10
P = 9,26 N
obs.: considerei 10 m/s² a aceleração da gravidade da Terra.
5.A massa de um litro de leite é 1,032 kg. A nata que ele contém tem uma densidade de 0,865 g cm–3 , quando pura, e constitui 4% do volume do leite. Qual a densidade do leite desnatado? 
Temos que encontrar o valor do volume da nata  que é 1L x 0,04= 0,04L=40.
Encontrar à massa da nata a partir da densidade. D= M/V
M = D x V
M = 0,865 x 40 = 34,6 g
 Para saber a densidade do leite desnatado, vamos subtrair a massa e o volume da nata pelo valor do volume e massa do leite integral.
 Massa= 1032g - 34,6g = 997,4 g
Volume= 1L - 0,04L = 0,96L
Encontrado o valor da massa e volume do leite desnatado vamos encontra a densidade, antes disso temos que transformar o volume para   0,96L= 960 , para  ficar de acordo com a resposta
D= 997,4/960
D= 1,038 ≈ 1,04g/
6. (UEPI) Em um toca-discos, a força que a agulha exerce sobre o disco é de 1·10-3 kgf e a ponta da agulha tem uma área de 1·10-7 cm2. Considere 1 atm = 1 kgf/cm2. Então, a pressão que a agulha exerce sobre o disco é, em atmosferas, igual a : 
a) 1·10-4 	b) 1·10-3	 c) 1·104	 d) 1·103	 e) 1·10-10
P=F/A=10^(-3)/10^(-7)=10^4
7. (Unifor-CE) Um tijolo de peso 32 N tem dimensões 16 cm x 8,0 cm x 4,0 cm. Quando apoiado em sua face de menor área, qual a pressão, em atm, que ele exerce na superfície de apoio?
P = pressão
F = Força
A = Área
sendo que 1 atm = 10^5 Pa (N/m²),   P = F/A 
  Calcular a área menor  Am= 8.4 = 32cm² = 0,0032m² 
P = 32N / 0,0032 
P = 10000Pa ou 10^4
1 atm = 10^5        x = 10 ^ -1 ou 0,1atm
   x     --- 10^4
8. (Acafe-SC) Um prego é colocado entre dois dedos que produzem a mesma força, de modo que a ponta do prego é pressionada por um dedo e a cabeça do prego pelo outro. O dedo que pressiona o lado da ponta sente dor em função de: 
a) a pressão ser inversamente proporcional à área para uma mesma força.
b) a força ser diretamente proporcional à aceleração e inversamente proporcional à pressão. c) a pressão ser diretamente proporcional à força para uma mesma área.
d) a sua área de contato ser menor e, em conseqüência, a pressão também. 
e) o prego sofre uma pressão igual em ambos os lados, mas em sentidos opostos.
Para responder esse tipo de questão, deveremos levar em consideração que o dedo na menor área, que é a ponta do prego, acaba exercendo uma pressão maior e, com a pressão o corpo humano reage sentindo dor.
Por outro lado, o dedo na maior área, que é a base do prego, acaba exercendo uma pressão menor e como resultado, o corpo humano reagirá sentindo menor pressão e menor dor.
Por fim, aplica-se uma mesma força em áreas diferentes em ambos os dedos, conforme a lei de ação e reação porém o tamanho da área afetada é que reagira com menos ou mais dor.
9. (Cesgranrio-RJ) Você está em pé sobre o chão de uma sala. Seja p a pressão média sobre o chão debaixo das solas dos seus sapatos. Se você suspende um pé, equilibrando-se numa perna só, essa pressão média passa a ser:
a) p		b) p/2		c) p2		d) 2p		e) 1/p2
P = F / A
como vc tirou um pé, a área foi reduzida pela metade
P = F / (A/2)
passa o 2 multiplicando
2P = F/A
10. (UFRS) Um gás encontra-se contido sob pressão de 5,0·103 N/m2 no interior de um recipiente cúbico, cujas faces possuem uma área de 2,0 m2. Qual é o módulo da força média exercida pelo gás sobre cada face do recipiente? 
a) 1,0·104 N 		b) 7,5·103 N 		c) 5,0·103 N		d) 2,5·103 N 		e) 1,0·103 N
F = p/A
Rearranjando para encontrar a Força
F = p*A
Substituindo na equação:
F = 5,0.10³Nm-²*2,0m²
F = 10000N ou 1,0.10^4N
Observe como as unidades m² se cancelam, restando a unidade de força N.
11. (FEI-SP) A figura mostra um recipiente que contém água até uma altura de 20 cm. A base do recipiente é quadrada de lado 10 cm. Adote g = 10 m/s2, densidade da água d = 1,0 g/cm3 e a pressão atmosférica ρatm = 1,0·105 N/m2. A pressão total e a intensidade da força que a água exerce no fundo do recipiente são, respectivamente: 
a) 1,02·105 N/m2 e 1,02·103 N 
b) 2,00·105 N/m2 e 2,00 N
c) 2,00·108 N/m2 e 2,00·106 N
d) 3,00·108 N/m2 e 3,00·106 N 
e) 1,02·105 N/m2 e 20,0 N
h = 20 cm = 0,20 m
b = 10 cm = 0,10 m
d = 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
P₀ = 1 · 10⁵ Pa
g =10m/s²
Item A)
Para a calcular a pressão a uma determinada profundidade em um recipiente aberto para a atmosfera, podemos utilizar a seguinte equação:
P = P₀ + ρgh
P = 1 · 10⁵ + 1000 · 10· 0,20
P = 1,02 · 10⁵ Pa
Item B)
Sabendo que o recipiente possui uma base quadrada, podemos calcular a força aplicada sobre ela com a seguinte equação:
P = F / A ⇒ F = P · A
A=0,1x0,1=0,01m²
F = 1,02 · 10⁵ · 0,01
F = 1020 N
12- Para o sistema em equilíbrio representado abaixo, calcule a pressão do gás sabendo que a pressão atmosférica é 1,0 .105 Pa, g = 9,81 m/s² e a densidade do mercúrio é igual a 13,6 kg/ m³.
P = d·g·h
onde,
d ⇒ densidade do liquido
g ⇒ aceleração da gravidade
h ⇒ altura da coluna do líquido
Assim, temos que:
Pgas = Patm + P
Pgas = 1×10⁵ + 13,6·9,81·0,18
Pgas =   1×10⁵ + 24,01
Pgas = 1,00024×10⁵ Pa
13 – Dois líquidos imiscíveis A e B, de densidades dA = 0,90 g/cm³ e dB = 2,4 g/cm³, estão em equilíbrio num tubo em U como ilustra a figura. Calcule o desnível h entre as superfícies livres dos dois líquidos.
Densidade A . altura A = densidadeB . alturab
0,9x32=2,4xh’
h’ = 12cm
h=32-12=20cm
14 – (Vunesp – SP) Na figura, a massa específica do mercúrio é 13,6 g/cm³ e o outro líquido, não miscível com ele, tem massa específica aproximadamente igual a:
a) 12,2 g/cm³ b) 0,15 g/cm³ c) 9 g/cm³ d) 10 g/cm³ e) 1,5 g/cm³
u.g.18 = 13,6.g.2
u=1,5gcm³
CALORIMETRIA
1ª Questão: 
Explique por que não teria sentido utilizar um termômetro de vidro de tamanho normal, para medir a temperatura da agua aquecida em um recipiente.
2ª Questão: 
Muitos motores a combustão interna possuem cilindros e pistons de alumínio. Que tipo de problema poderia ser causado ao motor caso houvesse sobrecarga de calor? (O coeficiente de expansão volumétrica é similar ao do aço)
3ª Questão: 
Converter as seguintes temperaturas Celsius em Fahrenheit: 
a) 262.8 °C, a temperatura mais baixa já registrada em Norteamérica (3 de fevereiro de 1947, Snag, Yukón); 4762,4F
b) 56.7 °C, a temperatura mais alta registrada nos Estados Unidos (10 de júlho de 1913, Death Valley, California);
c) 31.1 °C, a temperatura média anual mais alta do mundo (Lugh Ferrandi,Somalia). 
 
4ª Questão: 
Calcule as temperaturas Celsius que correspondem a:
 a) uma noite de inverno em Seattle (41.0 °F); 
b) um caloroso dia de verão em Palm Springs (107.0 °F); 
c) um dia frio de inverno no norte de Manitoba (218.0 °F). 
5ª Questão: 
Dois vasos de agua, A e B, estão inicialmente a mesma temperatura. Se temperatura da agua do vaso A aumentar 10 F°; e a do vaso B, 10 K. Calcular a temperatura dos vasos e indicar o de maior temperatura? Explique sua resposta. 
6ª Questão: 
O nitrogênio líquido é um material relativamente barato que é empregado para realizar divertidas demonstrações de física a baixa temperatura. O gás de nitrogênio experimenta liquefação a uma temperatura de 2346 °F. Converta esta temperatura a: a) °C ; b) K e c) °H.
7ªQuestão: 
Um bloco de gelo de massa 200 g está a 0º C. Determine a quantidade de calor que se deve fornecer a esse bloco para transformá-lo totalmente em água a 0º C.
Obs.: O calor latente (L) da água a 0ºC é 80 cal/g.
A quantidade de calor que deve fornecer a esse bloco para que ele se transforme totalmente em água a 0 ºC é equivalente a 16.000 calorias.
Levando em consideração que:
a massa do bloco de gelo: 200 grama
temperatura da água: água a 0 ºC
Lf = 80 calorias por grama
A fórmula da calorimetria que deve ser usada nesse tipo de exercício é a seguinte:
Q=m.L
onde:
Q: quantidade de calor
m: massa
L: calor latente de fusão do gelo
Sendo assim, agora basta fazer a substituição das informações fornecidas no texto da atividade, teremos que:
Q = 200 x 80
Q= 16.000 calorias
8ª Questão: 
Calcule a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma barra de ferro de 30º C a 55ºC sabendo que sua massa vale 800g.
Obs.: O calor específico do ferro é 0,117 cal/g ºC
Dados:
To=30ºC
Tf=55ºC
m=800g
c=0,117 cal/gºC
pela definição de calor sensível:
9ª Questão: 
Uma substância de 10g tem que absorver 50cal para que sua temperatura varie em 10º C. Qual é o calor específico dessa substância?
Q = m.c.ΔT
50 cal = 10g . c .10°C
50 cal = 100g °C . c
c = 50 cal / 100g °C
c = 0,5 cal/g °C
Onde : Q = m.c.ΔT
Q = quantidade de calor envolvida
m = massa de substância que sofre variação de temperatura
c = calor específico desta substância
ΔT = variação de temperatura.
10ª Questão: 
O calor específico de um material é 0,2 cal/g ºC. Isso significa que para elevar em 30ºC a temperatura de 500g desse material é necessário uma quantidade de calor “Q” em calorias. Determine essa quantidade “Q” de calor.
Q = 500.0,2.30
Q = 3000J
11ª Questão: 
Para elevar a temperatura de l00g de água de 22ºC até 32ºC, é necessária uma quantidade de calor, em calorias. Determine essa quantidade de calor.
Dado: calor específico da água = 1 cal/gºC
Q = m.c ΔT
Q = 100 x (Calor específico da água é 1) 1 x (32-22)
Q =  100 x 10
Q = 1000 Calorias
Portanto ele pede em joules ou seja 
Multiplique por 4,2 para achar em joules
 R= 4200 Joules 
12ª Questão: 
Um vaso de latão contém 500g de água a 20ºC. Imerge-se nessa água um bloco de ferro com 200g de massa e temperatura igual a 70ºC. Desprezando o calor absorvido pelo vaso, calcule a temperatura do equilíbrio térmico
Dados: calor específico do ferro= 0,114 cal/gºC e calor específico da água= 1 cal/gºC.
Elaborando os Dados Primeiramente Temos que :
Água : m = 500g  | Temperatura Inicial = 20°C
Ferro : m=200g | Temperatura Inicial = 70 °C
Equilíbrio Térmico é dado pela soma das trocas de calores entre eles resultanto igual a 0.
Portanto:
Q¹ + Q² = 0
Calculando o calor de cada um, obtemos :
Q¹ = 500g.1.(TF - 20)
Q² = 200g.0,114.(TF - 70)
Substituindo esses calores no Equilíbrio Térmico temos que :
500.1.(TF - 20) + 200.0,114.(TF - 70) = 0
500TF - 10.000 + 22TF - 1596 = 0
522TF = 11596
TF = 11596 / 522
TF ≈ aproximadamente 22,21°C
13ª Questão: 
Num calorímetro contendo 200g de água a 20°C coloca-se uma amostra de 50g de um metal a 125°C. Verifica-se que a temperatura de equilíbrio é de 25°C. Qual o calor específico desse metal em cal/g°C ?
Q1 + Q2 = 0(O calor que um recebe é igual ao que o outro cede)
m.c.(T1-T2) + m.c.(T1-T2) = 0 
[200.1.(25-20)] + [50.c.(25-125)] = 0
200.5 - 100.50.c =0 
100 . 50 c = 200 .5 
10 c =2
c=0,2 cal/gºC
14ª Questão: 
Duas crianças, A e B, estão com febre. A temperatura de A está 1ºC acima da temperatura normal e a de B está 1º F também acima da normal. Qual das duas crianças se apresenta mais febril?
15ª Questão: 
Em uma escala hipotética X, ao ponto de fusão do gelo foi atribuído o valor 20º X e, ao ponto de ebulição da água, o valor 100º X. 
a) Obtenha a expressão matemática que relaciona uma temperatura qualquer, tx, com a temperatura correspondente, tc, na escala Celsius.
Tx - 20 / 100 - 20 = Tc - 0 / 100 - 0
Tx - 20 / 80 = Tc / 100
100(Tx-20) = Tc . 80
100Tx - 2000 = 80Tc
100Tx = 80Tc + 2000
Tx = 80Tc + 2000 / 100
Tx = 8Tc + 200 / 10 (expressão matemática)
b) Determine a leitura de um termômetro Celsius quando o termômetro X marca 60º X.
60 = 8Tc + 200 / 10
600 = 8Tc + 200
400 = 8Tc
Tc = 50ºC
16ª Questão: 
Um bloco metálico está inicialmente a uma temperatura de 20º C. Recebendo uma quantidade de calor cal, sua temperatura se eleva para 50º C. 
a) Qual é o valor da capacidade térmica do bloco?
                            
Onde:
C=capacidade térmica ⇒ [cal/°C]
Q=quantidade de calor ⇒ [cal]
Δθ=variação de temperatura ⇒ [° C]
Dados:
θ₁=20 °C; θ₂=50 °C; Q=330 cal e C=?
                             
b) Diga, com suas palavras, o significado do resultado que você encontrou em (a).
Significa que, para a temperatura do bloco se eleve em 1 °C é preciso fornecer a este 11 (calorias) de energia.
17ª Questão: 
Considerando o bloco do exercício anterior, responda:
a) Quantas calorias deveriam ser fornecidas a ele para que sua temperatura se elevasse de 20ºC para 100ºC?
b) Quantas calorias seriam liberadas pelo bloco se sua temperatura baixasse de 100ºC para 0ºC?
18ª Questão: 
Colocam-se 800g de ferro a 90ºC em um recipiente contendo 600 gramas de água a18ºC. Sabendo-se que o calor absorvido pelo recipiente, calcular a temperatura do equilíbrio térmico.
Q=m.c.ΔT
Q = quantidade de calor recebido ou cedido pelo corpo
m= massa
c = calor específico da substância (geralmente dado em cal/g°C
ΔT = variação de temperatura
Calor específico da água = 1 cal/g°C
Calor específico do ferro = 0,11cal/g°C
Agora vamos igualar as seguintes expressões:
Qágua = -Qferro
600.1.(x-18) = -[800.0,11.(x-90)]
600x-10800 = -[88x-7920]
600x-10800=-88x+7920
600x+88x=10800+7920
688x=18720
x=18720/688 = 27,21°C (aproximadamente)
19ª Questão: 
Calcular a massa de ferro a 180ºC que se deve colocar em um recipiente contendo 200g de gelo a -15ºC para que o equilíbrio térmico seja estabelecido a 30ºC. Dados: cgelo = 0,5 cal/gºC, Lf = 80cal/g, cágua = 1cal/gºC e cferro = 0,114cal/gºc.
A massa de ferro deve ser de 1374,27 gramas.
O calor sensível é aquele que provoca uma variação na temperatura. Para calcular o calor sensível perdido ou absorvido pelo corpo usamos a fórmula abaixo -  
Q = mcΔt
Onde,
m= massa do corpo
ΔT =variação da temperatura
c = calor específico do corpo
As trocas de calor se darão de forma que o calor recebido será igual ao calor cedido-
∑Q = 0
mcΔTferro + mcΔTgelo + mL + mcΔTágua = 0
m. 0,114. (30 - 180) + 200. 0,5. 15 + 200. 80 + 200. 1. 30 = 0
- 17,1m + 1500 + 16000 + 6000 = 0
17,1m = 23500
m = 1374,27 gram
20ª Questão: 
Um corpo, inicialmente sólido, de massa 80g, recebe o calor e sofre variação de temperatura conforme indica o gráfico:Pede-se:
a) a temperatura de fusão da substância.
b) o calor latente de fusão do corpo.
c) o calor específico do corpo no estado sólido.
d) o calor específico no estado líquido. 
Boa tarde!
a) 200ºC (ponto B)
b) Q=m.L
    (300-100)= 80.L
     200=80.L
     200/80=L
     2,5=L ou seja 2,5 cal/g
c) Q=m.c.ΔT
   100=80.c.(200-100)
    100/80=c.100
     1,25/100=c
     0,0125=c
d) Q=m.c.ΔT
    600-300= 80.c.(300-200)
    300/100=80.c
    3/80=c
    0,037=c
21ª Questão: 
Em uma experiência de Termologia, analisou-se a variação da temperatura, medida em graus Celsius, de 100g de uma substância, emfunção da quantidade de calor fornecido, medida em calorias. Durante o experimento, observou-se que, em uma determinada etapa do processo, a substância analisada apresentou mudança de fase sólida para líquida. Para visualizar o experimento, os dados obtidos foram apresentados em um gráfico da temperatura da substância como função da quantidade de calor fornecido. Determine:
a) O calor específico da substância na fase líquida e seu calor latente específico de fusão.
b) Após a substância atingir a temperatura de 80ºC, cessou-se o fornecimento de calor e adicionou-se à ela 50g de gelo a 0ºC. Supondo que a troca de calor ocorra apenas entre o gelo e a substância, determine a massa de água, fase líquida, em equilíbrio térmico.
Dados:
Calor latente de fusão do gelo: L = 80cal/g
Calor específico da água: c = 1,0cal/(g°C)
a) Q = m.c.Δθ => 1000-600 = 100.c.(80-40) => c = 0,10 cal/(g.ºC)
b) Ao se resfriar de 80 ºC a 0 ºC a substância fornece Q = 1000 cal. O gelo para derreter totalmente necessitaria receber Q = 50 g.80 cal/g = 4000 cal. Portanto, somente parte do gelo derrete. A quantidade de calor de 1000 cal derrete a massa M de gelo igual a:
Q = M.Lfusão => 100 = M.80 => M = 12,5 g 
330
=
D
Q