AP3_20181

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3ª Avaliação Presencial de Física 2A 
1º Semestre de 2018 
17/06/2018 
	
Avisos:		
	
-		É	proibido	o	uso	de	calculadora.	
-		Respostas	sem	justificativas	não	serão	aceitas.	
-		Suas	respostas	devem	ser	expressas	apenas	em	termos	dos	dados	
fornecidos	no	problema!	
	
	
 
Uma seringa, cuja área da seção transversal é A, é preenchida com 
um fluido de densidade ρf e está conectada a uma mangueira, 
conforme indica a figura abaixo. Considere que uma força F
!"
 esteja sendo aplicada à 
seringa, perpendicularmente a sua superfície, fazendo com que um jato seja ejetado 
horizontalmente pela extremidade alta da mangueira, a uma altura h do chão. Suponha o 
escoamento estacionário, invíscido e incompressível e considere a velocidade 𝑣! constante. 
 
(a) Determine a pressão no ponto 1. Denote a pressão atmosférica por p0. 
Atenção:	as	questões	obrigatórias	para	os	alunos	que	farão	
AP3	de	duas	disciplinas	são	a	1ª	e	a	3ª	Questões.	Este	fato	
deverá	ser	explicitado	na	prova.	
	
1ª Questão (2,5) 
(b) Determine o alcance R como função dos demais dados do problema. Suponha que no 
ponto 2, logo após a saída da mangueira, a área da seção transversa ao escoamento seja a. 
Despreze a resistência do ar. 
(c) Escreva V
!"
P como função de F
!"
, A, a, ρf , h e da aceleração da gravidade g. 
(d) Conforme o escoamento se aproxima do chão, a área da seção transversa fica maior do 
que a, menor do que a ou se mantém igual a a ? Justifique com palavras sua resposta. 
 
(e) Em que passagens das respostas anteriores usa-se a hipótese de que o escoamento é 
estacionário? 
 
2ª Questão (2,5) Dois fluidos imiscíveis estão em equilíbrio hidrostático, conforme ilustrado 
na figura abaixo. A área da seção transversa do ramo da esquerda é a e o da direita é A > a. 
Tanto o ramo da esquerda quanto o da direita estão abertos para a atmosfera. No ramo da 
esquerda há uma esfera homogênea em equilíbrio hidrostático. 
 
 
 
( ) A pressão no ponto P indicado na figura é igual à pressão no ponto Q à mesma altura. 
 
(b) Caso a esfera homogênea seja removida do ramo da esquerda e colocada no ramo da 
direita, qual a fração de seu volume que ficará submersa? 
 
 
Um mol de um gás ideal é levado do estado A até o estado D através 
do processo ilustrado no diagrama T-P abaixo. Em A, a temperatura do 
gás é T0 e a pressão é P0. Entre A e B tanto a pressão quanto a temperatura dobram seu valor, 
enquanto em C a pressão vale 3P0 e sua temperatura é a mesma de B. Por fim, D tem mesma 
temperatura de A e mesma pressão que C. Durante os processos o número de partículas do 
gás não varia. 
 
 
(a) Diga se os itens a seguir são verdadeiros 
ou falsos. Justifique sua resposta tanto para 
os itens verdadeiros quanto para os falsos. 
 
( ) A força exercida pela coluna de ar no 
ramo da esquerda é igual à força exercida 
pela coluna de ar no ramo da direita. 
 ( ) A densidade da esfera é maior do que a 
 densidade do fluido no qual ela está imersa. 
 
3ª Questão (2,5) 
(a) Represente o diagrama deste processo em um diagrama 
P-V, indicando a natureza dos processos A→B, B→C e C→D. 
 
(b) Calcule o trabalho realizado em cada processo. 
 
(c) Calcule a variação da energia interna entre A e D e o 
calor total trocado entre A e D. 
	
4ª Questão (2,5) Coloca-se um cubo de gelo a 0o C de 100 g em contato com uma massa 
m de água inicialmente a 10ºC. Suponha que haja troca de calor apenas entre a água e o 
gelo e despreze efeitos de dilatação térmica. Observa-se que ao ser atingido o equilíbrio, há 
apenas água no recipiente a 0ºC. Use que o calor latente do gelo é L = 80 cal/g e o calor 
específico da água é c = 1 cal/(gºC). 
 
(a) Determine o calor total cedido pelo gelo. 
(b) Calcule a massa de água líquida presente inicialmente no recipiente. 
(c) Determine a variação da entropia do gelo e a variação de entropia da água. (Pode deixar 
a conta indicada). 
(d) Em módulo, você espera que a variação de entropia do gelo seja maior do que, igual a 
ou menor do que a variação de entropia da água? Não é necessário fazer a conta, justifique 
sua resposta com base na 2ª lei da termodinâmica.