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Gabarito das Autoatividades FÍSICA GERAL (CIÊNCIAS BIOLÓGICAS/MATEMÁTICA) 2009/2 Módulo III 3UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L UNIDADE 1 TÓPICO 1 1 – Complete as lacunas das frases a seguir para depois assinalar a alternativa que apresenta as palavras correspondentes: Um processo de medição é uma comparação entre duas grandezas (físicas) de .................................. espécie(s). Nesse processo, a grandeza a ser medida é comparada a um padrão que se chama unidade de medida, verificando-se quantas vezes a ................................. está contida na ................................ a ser medida. a) Mesma – grandeza – unidade. b) Diferentes – unidade – grandeza. c) Mesma – unidade – grandeza. d) Diferentes – grandeza – unidade. e) Mesma – espécie – unidade. f) Diferentes – espécie – grandeza. 2 – Grandezas escalares são aquelas que ficam perfeitamente caracterizadas quando delas se conhecem o valor numérico e a correspondente unidade. São exemplos de grandezas escalares: a) Força, velocidade, aceleração, campo elétrico e tempo. b) Deslocamento, força, tempo, energia e massa. c) Área, tempo, potência, comprimento e massa. d) Energia, tempo, massa, quantidade de movimento e campo elétrico. e) Comprimento, corrente elétrica, tempo, massa e velocidade. f) Deslocamento, energia, aceleração, velocidade e tempo. 3 – Assinale, entre as opções a seguir, aquela que completa corretamente a afirmativa: Grandezas vetoriais são aquelas que necessitam de ............................, .............................., ................................ e ............................ para serem perfeitamente definidas. a) Valor numérico, desvio, unidade, direção. b) Valor numérico, unidade, direção, sentido. c) Desvio, sentido, direção, módulo. d) Módulo, vetor, padrão, quantidade. e) Padrão, valor numérico, unidade, sentido. GABARITO DAS AUTOATIVIDADES DE FÍSICA GERAL 4 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 4 – No Sistema Internacional de Unidades (SI), as unidades de comprimento, massa, tempo e temperatura são, respectivamente: a) Quilômetro, grama, minuto, Kelvin. b) Quilômetro, quilograma, hora, Kelvin. c) Metro, quilograma, segundo, Kelvin. d) Centímetro, litro, segundo, Celsius. e) Metro, quilograma, minuto, Celsius. TÓPICO 2 1 – Quais características de um vetor precisamos conhecer para que ele fique determinado? R.: Precisamos conhecer seu módulo, a sua direção e o seu sentido. 2 – O que é módulo de um vetor? E o que é um vetor resultante? R.: Módulo de um vetor é o seu valor numérico. Vetor resultante é o vetor que resulta da soma vetorial de dois ou mais vetores. 3 – Dois vetores A e B, de módulos A = 6 e B = 7, formam entre si um ângulo de 60º. Determine o módulo do vetor resultante R da figura que segue. Use . R.: 5UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 4 – Dois vetores A e B, de módulos A = 3 e B = 4, formam entre si um ângulo de 90º. Determine o módulo do vetor resultante R da figura a seguir. Use . Observe que a fórmula se reduz a R² = a² + b² com igual a 90º. R.: 5 – O vetor a possui módulo igual a 5 m e forma com a horizontal um ângulo de 30º. Determine as componentes horizontal e vertical deste valor. Observação: problema com decomposição geométrica (semelhante exemplo 1 e 2 da seção 2.2). Figura seguinte. R.: 6 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L TÓPICO 3 1 – A velocidade do corpo varia de 6m/s para 15m/s em 3s. Qual a sua aceleração média? R.: 2 – Um motoqueiro percorre com sua moto uma distância de 350 km com velocidade escalar média de 100 km/h. Quanto tempo, em segundos, gastou o motoqueiro para percorrer esse percurso? R.: 3 – O que é uma força resultante? Qual é a formulação matemática da segunda lei de Newton? Em que ocasião o lado direito dessa equação é igual a zero? R.: Sobre um corpo podem estar atuando várias forças em diversas direções e sentidos. Podemos sempre encontrar uma força equivalente à soma de todas essas forças, que denominamos: força resultante. A segunda lei de Newton afirma que a força resultante sobre um corpo é igual ao produto da sua massa com a aceleração adquirida pelo corpo. Sua expressão matemática é F = ma. O lado direito da equação é igual a zero quando o corpo se move com velocidade constante em linha reta (MRU) ou quando está parado. Isso quer dizer que a soma das forças que atuam sobre o corpo é nula. 4 – Um bloco A homogêneo, de massa igual a 3,0 kg, é colocado sobre um bloco B, também homogêneo, de massa igual a 6,0 kg, que por sua vez é colocado sobre o bloco C, o qual apoia-se sobre uma superfície horizontal, como mostrado na figura a seguir. Sabendo-se que o sistema permanece em repouso, calcule o módulo da força que o bloco C exerce sobre o bloco B, em Newtons. Utilize g = 10 m/s². 7UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L R.: 5 – Dado o esquema da figura a seguir, onde m = 5 kg, encontre (utilize g = 10m/s²): a) As forças resultantes na direção x e y. R.: b) Encontre o módulo da força N da reação de apoio. R.: 8 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L c) Sabendo que o corpo se move com uma aceleração de 2m/s² e que o coeficiente de atrito cinético é 0,5, determine o módulo da força F. R.: Agora podemos encontrar o valor numérico de N do item b: R.: 6 – A figura ilustra um bloco A, de massa mA = 2,0 kg, atado a um bloco B, de massa mB = 1,0 kg, por um fio inextensível de massa desprezível. O coeficiente de atrito cinético entre cada bloco e a mesa é µc. Uma força F = 18,0N é aplicada ao bloco B, fazendo com que ambos se desloquem com velocidade constante. Considerando g = m/s2, calcule: a) o coeficiente de atrito µc; b) a tração T no fio. 9UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L R.: a) b) Observação: A tração T no fio tanto sobre o corpo A como sobre o corpo B é a mesma, por isso obtemos TA = TB. TÓPICO 4 1 – Sobre um bloco atuam as forças indicadas na figura a seguir, onde F vale 100N, as quais o deslocam 2m ao longo do plano horizontal. Analise as afirmações. 10 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L I. O trabalho realizado pela força de atrito A é positivo. II. O trabalho realizado pela força F vale 200J. III. O trabalho realizado pela força peso P é diferente de zero. IV. O trabalho realizado pela força normal N não é nulo. Assinale a alternativa correta: a) As afirmativas I e II estão corretas. b) As afirmativas I e III estão corretas. c) As afirmativas II e III estão corretas. d) As afirmativas II e IV estão corretas. e) As afirmativas III e IV estão corretas. R.: A alternativa correta é a letra: D. 2 – Que grandeza é definida pela relação entre a energia e o tempo? R.: A potência. 3 – Toda potência fornecida é transformada em potência útil? Por quê? R.: Não. Parte da energia é dissipada. Sabemos que devido a fatores resistivos, como o atrito, parte da potência fornecida HF não é transformada em potência útil HU e é perdida como potência dissipada HD. Pelo princípio de conservação de energia, tudo o que é fornecido é gasto: HF = HU + HD. 4 – Um automóvel de 1200kg de massa, movimentando-se, aumenta sua velocidade de 10m/s a 40m/s em 5s. Determine a potência média do motor do automóvel em W e em cv. (1cv = 735W). R.: 5 – Uma bibliotecária apanha um livro do chão e o deposita numa prateleira a 2,0m de altura do solo. Sabendo que o peso do livro vale 5,0N e desconsiderando o seu tamanho, qual o mínimo trabalho, em joules, realizado pela bibliotecária nessa operação? R.: . 11UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L UNIDADE 2 TÓPICO 1 1 – Defina a lei zero da termodinâmica. R.: Quando dois ou mais corpos estão em equilíbrio térmico significa que estão com a mesma temperatura. 2 – Qualquer indicação na escala absoluta (escalaKelvin) de temperaturas é: a) Sempre inferior ao zero absoluto. b) Sempre igual ao zero absoluto. c) Nunca superior ao zero absoluto. d) Sempre superior ao zero absoluto. e) Sempre negativa. 3 – Converta as seguintes temperaturas: a) 37°C para °F. b) 37°C para K. c) 68°F para °C. a) b) 12 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L c) TÓPICO 2 1 – A cada uma das situações descritas (coluna da esquerda) associe o principal processo de transferência de energia (coluna da direita) envolvido: R.: a. Irradiação. ( c ) A água dentro de uma chaleira. b. Condução. ( b ) O metal da panela. c. Convecção. ( a ) A luz de uma lâmpada incandescente. 2 – No inverno usamos roupas de lã baseados no fato de a lã: a) Ser uma fonte de calor. b) Ser um bom condutor de calor. c) Ser um bom absorvente de calor. d) Impedir que o calor do corpo se propague para o meio exterior. e) Impedir que o frio penetre através dela até nosso corpo. 3 – Descreva cada um dos processos de transferência de calor. R.: Irradiação é o processo de transmissão de calor que se dá através de ondas eletromagnéticas, não sendo necessário haver um meio físico para se propagar, ou seja, a propagação também se dá no vácuo. Convecção é o processo de transmissão de calor que ocorre devido ao movimento das massas de um fluido, trocando de posição entre si, formando o que chamamos de correntes de convecção. Condução é a propagação de calor que se dá devido a uma diferença de temperatura na matéria, sendo transferida por colisões entre as moléculas vizinhas, percorrendo todo o corpo até que o equilíbrio térmico se estabeleça. TÓPICO 3 1 – Diga, com suas palavras, o que você entende por “estado de equilíbrio térmico” e o que isso tem a ver com a lei zero. 13UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L R.: Equilíbrio térmico é o estado em que os corpos atingiram a mesma temperatura e cessa o fluxo de calor entre eles. O enunciado da lei zero da termodinâmica afirma que, quando dois ou mais corpos estão com a mesma temperatura, eles estão em equilíbrio térmico. 2 – Todos os calores são iguais? Quero dizer, o calor absorvido por uma substância para elevar a sua temperatura é o mesmo que ela absorve para mudar de fase? R.: Não. Vimos que podemos usar o calor para elevar a temperatura de um corpo e, nesse caso, estamos falando de calor sensível , ou para fazê-lo mudar de fase e, nesse caso, nos referimos ao calor latente . 3 – Um corpo de massa 200 g a 50ºC, feito de um material desconhecido, é mergulhado em 50 g de água a 90ºC. O equilíbrio térmico se estabelece a 60ºC. Sendo 1 cal/g.ºC o calor específico da água, e admitindo só haver trocas de calor entre o corpo e a água, determine o calor específico do material desconhecido. R.: 4 – O alumínio tem calor específico 0,20 cal/g.ºC e a água 1 cal/g.ºC. Um corpo de alumínio, de massa 10 g e à temperatura de 80ºC, é colocado em 10 g de água à temperatura de 20ºC. Considerando que só há trocas de calor entre o alumínio e a água, determine a temperatura final de equilíbrio térmico. R.: 14 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L TÓPICO 4 1 – Por que podemos dizer que a carga elétrica é quantizada? R.: Porque a quantidade de carga é sempre um múltiplo do módulo da carga elementar. 2 – Por que a carga elétrica em seu estado natural é nula? R.: Porque num estado natural um átomo apresenta a mesma quantidade de prótons e elétrons. 3 – Qual o enunciado do princípio de atração e repulsão entre cargas elétricas? R.: Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. 4 – Como é possível a estabilidade do núcleo do átomo, se cargas de mesmo sinal repelem-se mutuamente? R.: Devido à existência de outra força, mais intensa, conhecida com o nome de força nuclear. 5 – O que afirma o princípio de conservação das cargas elétricas? R.: A quantidade total de carga de um sistema eletricamente isolado é constante. 6 – O que se entende por elétron livre? R.: São elétrons fracamente ligados ao núcleo de um átomo e que, por esse motivo, apresentam grande mobilidade. 7 – Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã, inicialmente neutros. Como fica a distribuição das cargas nos dois corpos, e os seus sinais são iguais ou opostos? R.: O vidro perde elétrons, ou seja, fica carregado positivamente, e o pano de lã ganha elétrons, ou seja, fica carregado negativamente. Ambos possuem a mesma quantidade de carga líquida, porém de sinais contrários, pois a carga recebida por um material na eletrização por atrito é sempre igual à carga perdida pelo outro corpo, respeitando o princípio de conservação. 8 – Em 1990 transcorreu o cinquentenário da descoberta dos “chuveiros penetrantes” nos raios cósmicos, uma contribuição da física brasileira que alcançou repercussão internacional. No estudo dos raios cósmicos são observadas partículas chamadas píons. Considere um píon com carga 15UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L elétrica +e desintegrando-se (isto é: se dividindo) em duas outras partículas: um múon com carga elétrica +e e um neutrino. De acordo com o princípio de conservação de carga, o neutrino deverá ter carga elétrica: R.: a) +e. b) –e. c) +2e. d) –2e. e) nula. TÓPICO 5 1 – Como se define o vetor campo elétrico? Qual é a sua unidade de medida no SI? R.: O campo elétrico E é dado por: , onde F é a força elétrica que a carga eletrizada Q exerce sobre uma carga de prova qualquer q. No SI o campo elétrico tem como unidade o Newton/ Coulomb (N/C). 2 – O que representa a concentração maior ou menor de linhas de força? R.: A concentração das linhas é proporcional ao módulo do vetor campo elétrico. 3 – Como se define potencial elétrico? Qual a sua unidade no SI? R.: Define-se potencial elétrico V como: Sendo que a unidade no SI de potencial elétrico é o volt V, (1volt = 1joule/1coulomb). 4 – O que é uma superfície equipotencial? R.: Sempre podemos encontrar uma região no espaço (uma superfície imaginária) na qual o valor campo elétrico é constante. Chamamos de superfície de nível ou equipotencial a superfície formada por todos os pontos de mesmo potencial. A propriedade mais importante da superfície de nível é que as linhas de força que a atravessam são perpendiculares. 5 – Uma partícula, eletrizada com carga q = 5 µC, é colocada num ponto A de um campo elétrico e se observa que ela fica sujeita a uma força horizontal para a direita de módulo 50N e adquire uma energia potencial elétrica de 20 J. Pedem-se: (a) As características do vetor E no ponto A; (b) o valor do potencial elétrico no mesmo ponto. 16 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L a) Como a carga q é positiva, o vetor do campo E possui a mesma direção e o mesmo sentido da força elétrica F. Observe a figura. Carga q positiva no ponto A imersa no campo elétrico E, sobre a ação de uma força F na mesma direção e no mesmo sentido do campo. Podemos calcular o módulo do campo: Assim, encontramos que o campo elétrico é na direção horizontal, sentido da esquerda para a direita, e tem módulo igual a 1,0.107N/C. b) 6 – Considere uma partícula eletrizada com carga Q = - 8 µC, no vácuo, gerando um campo elétrico ao seu redor. Num ponto situado a 10 cm dessa carga, determine: (a) o valor do potencial elétrico; (b) o módulo do vetor campo elétrico. a) 17UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L b) UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 – O que é corrente elétrica? R.: Chamamos de corrente elétrica o movimento ordenado das cargas elétricas através de um condutor. A intensidade da corrente é a quantidade de carga que atravessa a seção transversal por unidade de tempo. Assim, se num intervalo de tempo ∆t passa através da seção uma quantidade de carga Q, a intensidade de corrente i é: No SI, a unidade de corrente elétrica é o ampère (A). 2 – Qual é o sentido convencionalda corrente elétrica? R.: O sentido convencional da corrente i não é o sentido do movimento dos elétrons, como poderia se pensar; é o mesmo do vetor campo elétrico. Portanto, oposto ao movimento dos elétrons. 3 – Em um chuveiro com a chave ligada na posição inverno passam por segundo na secção transversal de resistência, por onde circula a água, 12,5.1019 elétrons. Determine a intensidade da corrente elétrica na resistência, sabendo que o valor absoluto da carga do elétron é e = 1,6.10 -19 C. R.: . 18 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L onde i: intensidade da corrente elétrica em (A) ∆q: carga elétrica em (C) ∆t: intervalo de tempo em (s) n: número de elétrons e: carga elementar 4 – Um fio condutor de certo material tem resistência elétrica de 50 Ω. Qual será a resistência de outro fio de mesmo comprimento e material, mas com o dobro do raio do primeiro? R.: 2. . . r LR A LR A A A 22 4 . )2.( . . r L r LR A LR B B B Portanto: Logo, a resistência do segundo fio será quatro vezes menor que a do primeiro. 5 – (a) Usando os valores na tabela apresentada na seção 3 do Tópico 1 da Unidade 3, determine a resistência elétrica de um fio de níquel-cromo de 0,50 m de comprimento e 2,0 mm2 de área de seção transversal a 20ºC. (b) Qual a condutância desse fio? 19UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L a) b) A condutância é o inverso de resistência. Assim: . TÓPICO 2 1 – De que maneira o magnetismo contribui para o nosso desenvolvimento? R.: A começar pela invenção da bússola, impulsionando as grandes navegações, até o advento da nanotecnologia, que utiliza a força magnética para posicionar os átomos, construindo dispositivos e sistemas com propriedades que permitem funções específicas, dando uma nova perspectiva à indústria da saúde e energia. 2 – Como você caracteriza um ímã? R.: Os ímãs possuem a propriedade de atrair materiais e apresentam duas regiões distintas, denominadas polos, que possuem o nome de polo norte e polo sul. Polos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrários se atraem. 3 – Um fio condutor retilíneo e muito longo é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 2,0 A. Qual a intensidade do campo magnético do fio a 50cm? R.: 4 – Uma partícula elétrica de -3µC desloca-se com velocidade de 500m/s, formando um ângulo de 60ºC com um campo magnético uniforme de intensidade 104T. Qual é a intensidade da força magnética que atua sobre 20 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L a partícula? R.: TÓPICO 3 1 – Qual a importância do estudo da luz para a humanidade? R.: O estudo da luz tem grande importância na construção de instrumentos óticos, tais como telescópio, luneta, binóculo, microscópio, máquina fotográfica e outros. Os cabos submarinos, por exemplo, têm uma capacidade de transmissão de dados 48 vezes maior do que os atuais. Numa entrevista, o diretor da rede do Energia utilizou a seguinte frase para descrever a capacidade das fibras óticas. “Um único cabo de fibra ótica pode transmitir o conteúdo dos 4 milhões de livros da Biblioteca do Congresso dos Estados Unidos, de Washington a Lima, em menos de um minuto. Se fosse utilizado um modem de 56 k, conectado a uma linha telefônica comum, a transmissão só seria realizada em 81 anos”. 2 – O que é possível afirmar a respeito da trajetória da luz? R.: Quando a luz muda de um meio menos denso para outro mais denso, sua velocidade de propagação varia com o comprimento de onda de cada cor. Porém, mesmo que a luz branca possa se dispersar em outras cores do espectro, ela não perde sua característica de se propagar em linha reta em meios homogêneos e transparentes. 3 – Explique e exemplifique fontes primárias e fontes secundárias. R.: Para que possamos ver um objeto é necessário que ele irradie alguma luz até nossos olhos. Essa luz pode ser própria ou simplesmente o reflexo de alguma luz incidindo sobre ele. Esses corpos emitindo luz são denominados fontes de luz e podem ser de dois tipos. Fontes primárias, que fornecem a própria luz, ou fontes secundárias, que fornecem a luz proveniente da reflexão sobre a sua superfície. Temos o exemplo de uma fonte primária, o Sol, e uma fonte secundária, a Terra. 4 – Enuncie os princípios da ótica geométrica. R.: Princípio de propagação em linha reta; princípio da independência dos raios luminosos; princípio da reversibilidade dos raios luminosos. 21UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 5 – Qual é a velocidade da luz? R.: A luz viaja com velocidade de c = 3.108 m/s em linha reta. 6 – Um feixe de luz monocromático, ao atravessar um meio, possui velocidade de 2.108m/s. Considerando a velocidade que a luz tem no vácuo igual a 3.108m/s, determine o índice de refração do meio. R.: TÓPICO 4 1 – Quando você anda em um velho ônibus urbano é fácil perceber que, dependendo da frequência do giro do motor, diferentes componentes do ônibus entram em vibração. O fenômeno físico que está sendo produzido nesse caso é conhecido como: a) Eco. b) Dispersão. c) Refração. d) Ressonância. 2 – O radar é um dos equipamentos utilizados para controlar a velocidade dos veículos nas estradas. Ele é fixado no chão e emite um feixe de micro-ondas que incide sobre o veículo e, em parte, é refletido para o aparelho. O radar mede a diferença entre a frequência do feixe emitido e a do feixe refletido. A partir dessa diferença de frequências é possível medir a velocidade do automóvel. O que fundamenta o uso do radar para essa finalidade é o(a): a) Lei da refração. b) Lei da reflexão. c) Efeito Doppler. d) Efeito fotoelétrico. 3 – O alarme de um automóvel está emitindo um som de uma determinada frequência. Para um observador que se aproxima rapidamente desse automóvel, esse som parece ser de ................... frequência. Ao se afastar, o mesmo observador perceberá um som de ......................frequência. a) Maior – igual. 22 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L b) Maior – menor. c) Igual – igual. d) Menor – maior. 4 – Defina as qualidades fisiológicas do som. R.: A altura do som permite ao ouvido distinguir entre um som agudo ou grave. A intensidade permite ao ouvido distinguir entre um som fraco, de pequena intensidade, e um som forte, de grande intensidade. O timbre caracteriza sons com a mesma frequência, mas provenientes de instrumentos musicais diferentes.
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