Questões - Física de ondas e calorimetria

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No sistema massa-mola abaixo, a massa m do bloco vale 0,300 kg e a constante elástica k da mola vale 
1500 N/m. 
Considere que no instante zero o bloco é solto, do repouso, de uma posição que fica a 20 cm da posição 
de equilíbrio do sistema, no sentido positivo do movimento. Neste caso, a função da posição para o 
sistema massa mola, em unidades do SI, é dada por: 
Na figura abaixo, todos os blocos possuem a mesma massa e todas as molas possuem a mesma 
constante elástica. Marque a alternativa abaixo que representa corretamente a relação entre as 
velocidades angulares dos cinco sistemas. 
Uma partícula executa um movimento harmônico simples, tal que sua função posição é dada por x(t) = 
2,5sen (5,0t + π/3) em unidades do SI. Para esse movimento, a os módulos da velocidade máxima e da 
aceleração máxima valem, respectivamente: 
A figura mostra um bloco de massa m2 = 0,200 kg sobre um bloco de massa m1 = 0,300 kg. O coeficiente 
de atrito estático entre eles vale 0,500, a constante elástica da mola presa ao bloco de baixo vale k = 200 
N/m e não há atrito entre o bloco de baixo e a superfície. 
Qual é a amplitude máxima deste movimento para que o bloco e cima não deslize em relação ao de 
baixo? 
No instante zero, uma partícula em MHS tem posição x(0) = - 0,40 m, velocidade v(0) = - 10 m/s e 
aceleração a(0) = 30 m/s2. A velocidade angular deste movimento e o ângulo de fase valem, 
respectivamente: 
Qual desses sistemas pode ser considerado um oscilador? 
I - A água dentro de um copo que vai para frente e para trás. 
II - Um maratonista correndo 10 km em linha reta. 
III - A projeção na abscissa do ponteiro dos minutos de um relógio que tem seus números em um plano 
cartesiano. 
Qual é a energia mecânica de um sistema bloco-mola com uma constante elástica de 1N/m e amplitude 
de 2m? 
Um objeto em MHS leva 0,1s para sair de um ponto com velocidade nula e chegar no outro ponto de 
velocidade nula. A distância entre esses pontos é 0,2m. Qual é o período e a amplitude do movimento? 
Um bloco de 2 kg preso a uma mola de constante elástica 10 N/m está oscilando. Se em um dado 
instante ele está com velocidade de 1 m/s e deslocado 2 m da posição de origem, qual é a energia 
mecânica total do sistema? 
Qual é a velocidade máxima de um movimento harmônico simples (MHS) oscilando com uma amplitude 
de 2 cm com frequência de 5 Hz? 
Na figura abaixo, uma massa está presa por duas molas de constante elástica k1 e k2 dadas na figura, 
sobre uma superfície de atrito desprezível. Se a massa for deslocada suavemente em 14 cm de sua 
posição de equilíbrio e liberada para oscilar, pode-se dizer que a energia mecânica do sistema: 
Um objeto, de massa m = 500 g, está em movimento harmônico simples, tal que sua posição no tempo é 
dada pela função x (t) = 4,0 sen (5,0 t + π/4), no SI. A energia cinética deste objeto em função do tempo 
é dada por: 
Uma criança está em um balanço e repouso. Um adulto vai embalá-la, iniciando o movimento inclinando 
o balanço em um ângulo de 20° com a vertical, e então a solta. Considere que o conjunto criança – 
balanço pode ser considerado um pêndulo simples de 2,0 m de comprimento. Qual será a velocidade 
máxima da criança? Dado: g = 9,81 m/s² 
O potencial de Lennard-Jones é um modelo matemático que representa o movimento relativo entre dois 
átomos ou duas moléculas. Ele é dado por U (r) = A / r 12 - B / r 6, onde A e B são constantes positivas 
diferentes de zero. Qual o valor r da distância de equilíbrio entre estes dois átomos ou moléculas, em 
termos das constantes A e B? 
Um sistema massa – mola tem a posição descrita pela função: 
Onde φ é o ângulo de fase e vale φ= π/3 rad. A razão entre a energia potencial e a energia cinética no 
instante t = 0 vale: 
A figura a seguir representa o deslocamento, em x = 0, do meio por onde uma onda se propaga uma 
onda senoidal com velocidade de propagação v = 5,0 m/s. O número de onda e a velocidade angular 
desta onda valem, respectivamente: 
Uma onda senoidal tem função de onda dada por: 
y (x, t) = (0,0600 m) sen [ (12,5 m -1) x + (4,00 πs -1) t ] 
Pode-se dizer que: 
Clara e Jonier conversam utilizando um telefone de lata, que consiste em duas latas de conserva ligadas 
por um barbante de 20,0 m de comprimento. O barbante está tencionado em 5,00 N e a sua densidade 
linear vale 2,00 g/m. Quando Jonier fala, a Clara ouve a onda sonora que se propagou através do 
barbante (onda 1 ) e através do ar (onda 2 ). Considerando que a velocidade do som no ar vale 340 m/s, 
pode-se dizer que: 
Uma onda progressiva propaga-se ao longo de uma corda no sentido positivo do eixo x a 20 m/s. A 
frequência desta onda é de 40 Hz. No instante e posição iniciais (t = 0 e x = 0), a velocidade da onda é de 
2,0 m/s e o deslocamento transversal é y = 5,0 mm. Sabendo que velocidade de uma onda é derivada da 
função y ( x,t ) em relação ao tempo e é dada por v ( x,t ) = - ω Acos ( kx - ωt + φ0 ), a função y ( x,t ), em 
unidades do SI, para esta onda é: 
Uma massa m está presa ao teto por meio de um arame, como na figura. Você perturba este arame em 
um ponto logo acima da massa m e um pulso de onda se propaga pelo arame até o teto, reflete-se e 
retorna à massa. Suponha que haja outro arranjo igual, exceto pelo objeto suspenso, de massa 4m, e 
compare quanto tempo o pulso de onda leva para percorrer a trajetória de ida e volta no arame nos dois 
casos. Considere que o arame tem massa muito menor que a massa dos blocos e que ele não se 
deforma significativamente com a suspensão das massas. 
Considere um automóvel viajando a uma velocidade constante ao longo de uma estrada. Determine os 
sentidos de trânsito de calor, respectivamente, considerando os seguintes sistemas: o radiador do carro, 
o motor do carro e as rodas do carro. 
O transporte de pessoas e mercadorias por via férrea é muito empregado mundialmente, entretanto, 
deve-ser atentar para países que apresentam invernos com temperaturas muito baixas, pois pode 
ocasionar o descarrilamento dos mesmos. Este fenômeno pode ser explicado corretamente em: 
Considere um refrigerador elétrico contido dentro de uma sala. Marque a alternativa correta quanto às 
interações de calor, respectivamente, para os seguintes sistemas: o conteúdo do refrigerador, todas as 
partes do refrigerador (porta aberta) e tudo contido dentro da sala durante um dia de inverno. 
Quando um ônibus espacial retorna à Terra, sua superfície torna-se muito quente, ficando 
incandescente ao atravessar a atmosfera em alta velocidade. O ônibus torna-se quente e incandescente 
porque: 
Ao dirigir um veículo em dias de chuva, os motoristas enfrentam um problema comum, os vidros do 
carro embaçam e tornam-se translúcidos, dificultando a visão e ocasionando riscos iminentes de 
acidentes. Isto ocorre devido: 
A medição de temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto, é denominada: 
Temperaturas muito altas, como a de fusão de metais, é denominada: 
O que diferencia calor de temperatura? 
O zero absoluto, temperatura na qual não há agitação molecular, é reconhecido em que escala 
centesimal? 
Qual é o tipo de termômetro de dilatação que se utiliza de dois metais diferentes? 
Uma escala termométrica A adota para a temperatura da água em ebulição à pressão normal, de 70 °A e 
para a temperatura de fusão do gelo à pressão normal, de 20 °A. Outra escala termométrica adota para 
a temperatura da água em ebulição à pressão normal, de 90 °B e para a temperatura de fusão do gelo à 
pressão normal, de 10 °B. 
A expressão que relaciona a temperatura das escalas A(θA) e B(θB) é: 
Uma sonda espacial está se aproximando do Sol para efetuar pesquisas. Há exatos 6.000.000 km do 
centro do Sol, a temperatura média da sonda é de 1.000 °C. Suponha que tal temperatura média 
aumente 1 °C a cada 1.500 km aproximados na direção ao centro do Sol. Qual a distância máxima que a 
sonda, cujo ponto de fusão (para a pressão nascondições que ela se encontra) é de 1.773 K, poderia se 
aproximar do Sol, sem derreter? 
(Considere para fins de simplificação que o material no ponto de fusão não derrete). 
Em um laboratório, um estudante deseja realizar medidas de variações pequenas de temperatura. No 
entanto, percebe que o termômetro comum disponível nesse laboratório é pouco eficiente, pois tem 
divisões de meio grau. Dessa forma, resolve construir um novo termômetro, que tenha uma escala com 
décimos de grau, tomando, para tal, algumas providências. Dentre as providências tomadas abaixo, 
assinale a providência que não contribuirá de fato para a elaboração dessa nova escala. 
Em uma escala de temperatura W linear, a água congela a -125 W e ferve a 360 W. Em uma escala Z 
linear, a água congela a -70 Z e ferve a -30 Z. 
Uma temperatura de 50 Z corresponde a qual temperatura na escala W? 
Duas escalas termométricas E1 e E2 foram criadas. Na escala E1, o ponto de fusão do gelo sob pressão 
de 1 atm (ponto de gelo) corresponde a + 12 e o ponto de ebulição da água sob pressão de 1 atm (ponto 
de vapor) corresponde a + 87. Na escala E2, o ponto de gelo é + 24. 
Os números x e y são, respectivamente, as medidas nas escalas E1 e E2 correspondentes a 16 ºC. Se os 
números 16, x e y formam, nessa ordem, uma progressão geométrica, o ponto de vapor na escala E2 
seria: 
Você projeta o telhado para uma construção tendo disponíveis os materiais alumínio (α = 22 × 10−6 
oC−1 ), latão (α = 19 × 10−6 oC−1 ) e aço (α = 13 × 10−6 oC−1 ) e zinco (α = 30, 2 × 10−6 oC−1 ). 
Considerando apenas efeitos de expansão térmica, qual material deveria ser escolhido? 
Tratamos um objeto como unidimensional quando as dimensões de sua seção transversal são muito 
menores do que seu comprimento. Considere, por exemplo, uma barra com comprimento 1,5 m e área 
da seção transversal 1 cm2. Conforme sua temperatura varia, qual a razão entre a variação de sua área 
transversal ΔA e a variação de seu comprimento ΔL? 
Você deve calibrar um termômetro de mercúrio (β = 181 × 10−6 oC−1) consis�ndo em um bulbo com 
volume VB = 1,4 cm3 acoplado a um tubo com raio r = 0,5 cm. Observando que, à temperatura ambiente 
T = 25oC, a altura do tubo ocupado por mercúrio é de h = 9,5 cm, qual deverá ser o comprimento ao 
longo da escala vertical correspondente a uma variação de temperatura de 5oC? 
Um relógio de pêndulo é calibrado para controlar a passagem de tempo de acordo com o período de sua 
oscilação, que é dado pela expressão onde g = 9, 8 m/s2 e L é o comprimento do pêndulo. Suponha 
que o pêndulo de um relógio é feito de alumínio (α = 22 × 10-6 ºC-1) e foi calibrado à temperatura de 
19ºC. Quando estiver à temperatura de 30ºC, como terá variado sua medição de tempo? 
A fim de fazer um bom encaixe entre as duas peças indicadas na figura, consistindo em um pino 
cilíndrico de alumínio (α1 = 22 × 10-6 oC) e uma chapa com furo circular de aço (α2 = 13 × 10-6 oC), você 
projeta as peças à temperatura ambiente T = 25oC, com o pino tendo diâmetro D1 = 10,05 cm e o furo 
com diâmetro D2 = 10,00 cm. Até qual temperatura o pino deve ser resfriado para que o encaixe possa 
ser realizado, considerando-se que: 
( a ) a chapa é mantida a temperatura ambiente; 
( b ) a chapa é resfriada juntamente com o pino. 
Uma massa de 2 kg está sobre um pistão que tem dentro um gás ideal, quanto de energia térmica é 
necessária para levantar 2 cm esse pistão? Considere que toda a energia fornecida se converte em 
trabalho. 
Um pistão contendo um gás está preso. Caso se forneça 20 J de energia, qual é a variação da energia 
interna do gás? Se uma massa de 10 kg for colocada sobre o pistão, se ele for liberado por 5 cm e se for 
considerado que não há troca de calor, qual será a variação da energia interna do gás nessa etapa? Por 
fim, qual é variação da energia interna total? 
Um reservatório térmico fornece 500 J de calor a um sistema termodinâmico. Se o sistema efetua um 
trabalho de 350 J, qual é a variação da energia interna do sistema? 
Um gás tem volume inicial de 1 m3, então ele é expandido para 2 m³. Se a pressão no processo é dada 
por P=3V2, Quanto trabalho ele realiza no processo? 
Num diagrama pV, se forma um retângulo com o lado paralelo ao volume medindo 4 e o lado paralelo a 
pressão valendo 2. Qual é o trabalho realizado num ciclo completo? 
A capacidade térmica de um determinado material é de 100 J/K, se ele receber 500 J de calor, em 
quanto a temperatura mudará? 
Quanta energia necessitamos para esquentar em 30 Kelvins três quilogramas de água? 
Uma pessoa malhando na academia libera 180 kcal de calor na evaporação de água da pele. Quanta 
água a pessoa perdeu, presumindo que o calor liberado tenha sido usado somente para evaporar a 
água? 
Quanta energia necessitamos para derreter um cubo de gelo de 2 kg que está a -10ºC e para aquecer a 
água até 20ºC? 
Despeja-se água a 30 ºC em um balde contendo 2 L de água a 10 ºC. Desprezando perdas energéticas, 
responda: quantos litros de água precisarão ser colocados para a temperatura atingir 22ºC? 
Preencha corretamente as lacunas das afirmativas. 
I) A transferência de energia térmica por _______ não precisa de um meio para se propagar. 
II) Se a condução térmica de um material for pequena o suficiente _______ segurar um objeto que está 
a temperaturas altíssimas. 
III) A convecção funciona em fluidos com regiões com diferença de _______ devido à diferença de 
temperatura. 
Um cubo a 350 K com resistência térmica de 7 m²K/W está ligado a outro a 200 K com resistência 
térmica de 6 m²K/W por uma barra. Se a barra tem área transversal de 0,01 m² e resistência térmica de 
5 m²K/W, quanta energia por segundo um bloco transfere para o outro? 
Estime a quantidade de energia absorvida (por segundo) por uma parede sem janela em uma casa com 
temperatura interna de 27º C. Encontre uma expressão que fornece a potência em função da 
temperatura externa. Considere que a parede tem 5 m², que a resistividade da parede é de 4 m²K/W e 
que a temperatura exterior é maior do que a interna. 
A partir das proposições a seguir, qual das alternativas reúne a maior quantidade de respostas corretas? 
I – O sinal de wi-fi e a luz são exemplos de radiação. 
II – O Sol é um corpo negro. 
III – O Sol somente se aproxima de ser um corpo negro. 
IV – A Terra não emite radiação alguma. Ela só reflete a do Sol. 
Estão corretas: 
Diga qual das alternativas são verdadeiras. 
I – O Sol emite ondas eletromagnéticas de diversas frequências e essas são a principal forma que o sol 
transmite energia térmica. 
II – No Sol, ocorre convecção, bem como na atmosfera da Terra. 
III – Se não fosse pelo Sol, a Terra não emitiria energia térmica. 
IV – Todos os corpos emitem energia térmica na forma de radiação, pois eles têm temperatura diferente 
de 0 K. 
Estão corretas: 
A barra de aço mostrada na figura está restringida para caber exatamente entre os dois suportes fixos 
quando T1 = 20°C. Se a temperatura aumentar até T2 = 50°C, determine a tensão térmica normal média 
desenvolvida na barra. 
Determine os valores da tensão nas partes AC e CB da barra de aço mostrada na figura a seguir quando a 
temperatura da barra for de -30°C, sabendo que ambos os apoios rígidos estão ajustados quando a 
temperatura estiver a 25°C. Use os valores E = 200 GPa e α = 12.10-6/°C para o aço. 
Um tubo de alumínio com área de seção transversal de 500 mm² é utilizado como luva para um parafuso 
de aço com área de seção transversal de 300 mm². Quando a temperatura é 20°C, a porca mantém o 
conjunto em uma posição precisa, de tal modo que a força axial no parafuso é desprezível. Se a 
temperatura aumentar para 85°C, determine a tensão normal média no parafuso e na luva. 
A haste de alumínio tem diâmetro de 10 mm e foi acoplada aos apoios rígidos em A e B quando T1 = 
80°C. Se a temperatura alcançar T2 = 100°C, e uma força axial P = 6.000 N for aplicada ao colarrígido 
como mostra a figura, determine as reações em A e B. αal = 20.10-6 /°C, Eal = 75 GPa. 
A haste de alumínio tem diâmetro de 10 mm e foi acoplada aos apoios rígidos em A e B quando T1 = 
80°C. Determine a força P que deve ser aplicada ao colar rígido de modo que, quando T2 = 50°C, a 
reação em B seja nula. αal = 20.10-6 /°C, Eal = 75 GPa.