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Gabarito das Autoatividades FÍSICA GERAL (CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E MATEMÁTICA) 2010/1 Módulo III 3UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L GABARITO DAS AUTOATIVIDADES DE FÍSICA GERAL UNIDADE 1 TÓPICO 1 1 Complete as lacunas das frases a seguir: Um processo de medição é uma comparação entre duas grandezas (físicas) de (a) ____________ 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 Complete as lacunas da frase a seguir: Grandezas vetoriais são aquelas que necessitam de ____________, ____________, ____________ e ____________ para serem perfeitamente definidas. Assinale a alternativa CORRETA: 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. 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. 5 Escreva os números a seguir em notação científica: a) 13.500 = 1,35 x 104 b) 8.540 = 8,54 x 103 c) 950.700 = 9,507 x 105 d) 0,03 = 3 x 10-2 e) 0,0025 = 2,5 x 10-3 6 Escreva os números a seguir em notação decimal: a) 6,25 x 10-2 = 0,0625 b) 3,15 x 10-4 = 0,000315 c) 6,02 x 103 = 6.020 d) 7,0 x 104 = 70.000 e) 1,2 x 106 = 1.200.000 7 Calcule as seguintes expressões, apresentando os resultados em função de uma potência de 10. a) 6 x 10-3 + 4 x 10-5 = 6 x 10-3 + 0,04 x 10-3 = 6,04 x 10-3 b) 5,2 x 103 - 2 x 102 = 5,2 x 103 – 0,2 x 103 = 5,4 x 103 c) 3 x 108 x 8 x 10-5 = 24 x 103 d) 1,25 x 104 : 5 x 105 = 2,5 x 10-2 e) (6 x 10-5)2 = 36 x 10-10 f) (144 x 108)1/2 = 12 x 104 g) 2 x 102 (3 x 105 + 4 x 106) = 2 x 102 (0,3 x 106 + 4 x 106) = 8,6 x 1012 h) [(3 x 103)2 + 1,6 x 107]1/2 = [9 x 106 + 1,6 x 107]1/2 = [0,9 x 107 + 1,6 x 107]1/2 = 5 x 103 i) (49 x 107 . 7x 10-3) + 5 x 106 = 7 x 1010 + 5 x 106 = 70000 x 106 + 5 x 106 = 7,0005 x 1010 5UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 8 Converta os valores das grandezas para unidades do SI. 6 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 9 Suponha que cada centímetro cúbico de água possui uma massa de exatamente 1 g, determine a massa de um metro cúbico de água em quilo- gramas. 10 A Terra possui uma massa de 5,98x1024 kg. A massa média dos átomos que compõem a Terra é de 40 u. Quantos átomos existem na Terra? 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 TÓPICO 2 7UNIASSELVI 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 θ 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. Obser- vação: problema com decomposição geométrica (semelhante exemplo 1 e 2 da seção 2.2). Figura seguinte. R.: 8 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 6 Um guarda florestal, postado numa torre de 30 m, no topo de uma colina de 520 m de altura, vê o início de um incêndio numa direção que forma com a horizontal um ângulo de 20o. A que distância aproximada da colina está o fogo? 7 Encontre o valor de x. 9UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 8 Considerando a ilustração a seguir, sendo de 10 m a sombra do prédio projetada no chão, calcule a altura do prédio. 9 Qual é o perímetro ABC? Observação: perímetro é a soma do comprimento de todos os lados. 10 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 10 Uma esfera de massa 3,0 x 10-4 kg está suspensa por um fio. Uma brisa sopra ininterruptamente na direção horizontal, empurrando a esfera de tal maneira que o fio faz um ângulo constante de 370 com a vertical. Desta forma, encontre: a) o peso da esfera; Sendo g = 9,8m/s2 temos: P = mg P(3,0 . 10-4 )(9,8)=2,94-103 N b) sabendo que o peso calculado é o cateto adjacente ao ângulo, encontre o módulo daquele empurrão (cateto oposto); c) encontre a tração no fio (hipotenusa). TÓPICO 3 1 A velocidade do corpo varia de 6 m/s para 15 m/s em 3s. Qual a sua ace- leração média? R.: 11UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 2 Um motoqueiro percorre com sua moto uma distância de 350 km com ve- locidade 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 segun- da lei de Newton? Em que ocasião o lado direito dessa equação é igual a zero? R.: Sobre um corpo podem atuar várias forças em diversas direções e sen- tidos. 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 se apoia 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. R.: 12 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 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.: c) Sabendo que o corpo se move com uma aceleração de 2 m/s2 e que o coeficiente de atrito cinético é 0,5, determine o módulo da força F. R.: 13UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L Agora podemos encontrar o valor numérico de N do item b: R.: 6 (Unesp 2005) 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. R.: 14 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 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. 7 Escreva a função horária das posições nos seguintes casos e diga se o movimento é MRU ou MRUV: (Observe os exemplos a, b e c). a) Posição inicial igual a zero (saiu da origem), velocidade constante igual a 6 m/s. X = 6t MRU b) Posição inicial igual a 2 m, velocidade constante igual a 8 m/s. X = 2 + 8t MRU c) Posição inicial igual a zero (saiu da origem), velocidade inicial igual a zero (partiu do repouso) e aceleração constante igual a 6 m/s2. X = 3t2 MRUV d) Posição inicial igual a zero, velocidade inicial igual a 3 m/s e aceleração constante igual a -2 m/s2. X = 3t - t2 MRUV e) Posição inicial igual a zero (saiu da origem), velocidade constante igual a -12 m/s. X = -12t MRU f) Posição inicial igual a -2 m, velocidade constante igual a -8 m/s. X = - 2 - 8t MRU g) Posição inicial igual a zero (saiu da origem), velocidade inicial igual a -3 m/s e aceleração constante igual a 6 m/s2. X = - 3t + 3t2 MRUV h) Posição inicial igual a 6 m, velocidade inicial zero (partiu do repouso) e aceleração constante igual a 2 m/s2. X = 6 + t2 MRUV 15UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L i) Posição inicial igual a 8 m, velocidade inicial 8 m/s e aceleração constante igual a zero (aceleração nula). X = 8 + 8t MRU j) Queda Livre. Posição inicial igual a zero (saiu da origem), velocidade inicial zero (partiu do repouso) e aceleração constante igual a -9,8 m/s2. Y = - 4,9 t2 MRUV 8 Durante uma tempestade, um indivíduo vê um relâmpago e ouve o som do trovão 4 segundos depois. Determine a distância que separa o indivíduo do local do relâmpago, dada a velocidade do som no ar constante e igual a 340 m/s. 9 A velocidade de um automóvel é reduzida de 108 km/h para 36 km/h em 4,0s. Determine a aceleração escalar média, em (km/h)/s e m/s2, e classifique o movimento do automóvel. 10 Um bloco de massa 7 kg é arrastado ao longo de um plano inclinado sem atrito, conforme a figura. Para que o bloco adquira uma aceleração de 5 m/s2 para cima, qual deverá ser a intensidade de F? (Dados: sen θ = 0,8; cos θ = 0,6; g = 10 m/s2). 16 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 11 Para empurrar uma van ao longo de um gramado, com velocidade cons- tante, você deve exercer uma força constante. Relacione este fato com a primeira lei de Newton, que estabelece que movimento com velocidade constante indica ausência de força. R.: Um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento retilíneo uniforme a não ser que sobre ele atue uma força resultante diferente de zero, . Se a força resultante é nula a aceleração também é nula, consequentemente o corpo permanece com velocidade constante. 13 Dado o esquema a seguir, determine: a) a aceleração do sistema; 17UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L b) a intensidade da força aplicada pelo corpo A sobre C, considerando a inexistência de atrito. 14 Seja um sistema conforme o da figura a seguir, o coeficiente de atrito do piso é de 0,1. Determine: a) a aceleração do sistema; b) a tração no fio. 18 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 15 Submete-se um corpo de massa igual a 5.000 kg à ação de uma força constante que, a partir do repouso, imprime-lhe a velocidade de 72 km/h, ao fim de 40 segundos. Determine: a) a intensidade da força; 72 km/h = 20 m/s b) o espaço percorrido. 16 Qual o valor, em newtons, da força média necessária para fazer parar, num percurso de 20 m, um automóvel de 1,5 x 103 kg a uma velocidade de 72 km/h? 19UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L TÓPICO 4 1 Sobre um bloco atuam as forças indicadas na figura a seguir, onde F vale 100N, as quais o deslocam 2 m ao longo do plano horizontal. Analise as afirmações. 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 1.200 kg de massa, movimentando-se, aumenta sua velocidade de 10 m/s a 40 m/s em 5s. Determine a potência média do motor do automóvel em W e em cv. (1cv = 735W). 20 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 5 Uma bibliotecária apanha um livro do chão e o deposita numa prateleira a 2,0 m de altura do solo. Sabendo que o peso do livro vale 5,0N e desconsi- derando o seu tamanho, qual o mínimo trabalho, em joules, realizado pela bibliotecária nessa operação? R.: W = F.d = P.y = 5.2 = 10 J . 6 Calcule a energia cinética de um corpo de massa 8 kg no instante em que sua velocidade é 72 km/h. R.: 72 Km/h = 20 m/s 7 Um corpo de 20 kg está localizado a 6 m de altura em relação ao solo. Dado g = 9,8 m/s2, calcule a sua energia potencial. R.: 21UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 8 Um corpo de massa 0,5 kg é lançado do solo verticalmente para cima com velocidade de 12 m/s. Desprezando a resistência do ar e adotando g = 10 m/s2, calcule a altura máxima, em relação ao solo, que o ponto material alcança. 9 Calcule a velocidade de um corpo liberado do repouso no ponto A (no alto) ao alcançar o ponto B (no solo). Utilize g = 10 m/s2. R.: R.: 22 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 10 Um corpo parte do repouso no ponto A e passa pelo ponto B. Sabendo que h vale 10 m e r vale 4 m, encontre a velocidade do corpo no ponto B. Utilize g = 10 m/s2. TÓPICO 5 1 Uma joia de prata, homogênea e maciça tem massa de 200 g e ocupa um volume de 20 cm3. Determine a densidade da joia e a massa específica da prata. R.: R.: 23UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 2 Um mergulhador se encontra a 20 m de profundidade, na água do mar cuja densidade é 1030 kg/m3. Sendo g = 10 m/s2 e 1 atm = 105 N/m2, calcule apressão que atua nele. R.: P = P0 + pgh = 10 5 + 1030 .10 . 20 = 3,06.105 N/m2 3 Para encher uma caixa d´água de 100 L, usando uma mangueira, demora- se 4min. Calcule a vazão da água nessa mangueira. R.: 4 Um oceanógrafo construiu um aparelho para medir profundidades no mar. Sabe-se que o aparelho suporta uma pressão até 2 x 106 N/m2. Qual a máxima profundidade que o aparelho pode medir? São dados: pressão atmosférica patm= 10 5 N/m2; massa específica 1030 kg/m3; aceleração da gravidade 9,8 m/s2. R.: 5 Uma prensa hidráulica eleva um corpo de 4000 N sobre o êmbolo maior, de 1600 m2 de área, quando uma força de 80 N aplicada no êmbolo menor. Calcule a área do êmbolo menor. R.: 24 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 6 Um balão para estudo atmosférico tem massa 50 kg (incluindo o gás), volume de 110 m3 e está preso à terra por meiode uma corda. Na ausência de vento, a corda permanece esticada e vertical. Considerando a densidade do ar igual a 1,3 kg/m3 e g = 10 m/s2, calcule a intensidade da tração sobre a corda. R.: 7 Submerso em um lago, um mergulhador constata que a pressão absoluta no medidor que se encontra no seu pulso corresponde a 1,6 x 105 N/m2. Um barômetro indica ser a pressão atmosférica local 1,0 x 105 N/m2. Considere a massa específica da água como sendo 103 kg/m3, e a aceleração da gra- vidade 10 m/s2. Em relação à superfície, o mergulhador encontra-se a que profundidade? R.: 25UNIASSELVI 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 (escala Kelvin) de temperaturas é: a) Sempre superior ao zero absoluto. b) Sempre igual ao zero absoluto. c) Nunca superior ao zero absoluto. d) Sempre inferior ao zero absoluto. 3 Converta as seguintes temperaturas: a) 37 °C para °F. b) 37 °C para K. c) 68 °F para °C. 26 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 4 Sêmen para inseminação artificial é conservado em nitrogênio líquido que, à pressão normal, tem temperatura de 88 K. Calcule essa temperatura em: a) graus Celsius (0C) b) graus Fahrenheit (0F) 5 A temperatura, cuja indicação na escala Fahrenheit é 4 vezes maior que a da escala Celsius, é: a) 14,5 0C b) 16,5 0C c) 31,0 0C d) 20,8 0C 27UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 6 Em um termômetro de mercúrio, a propriedade termométrica é o compri- mento y da coluna de mercúrio. O esquema a seguir representa a relação entre os valores de y em cm e a temperatura t em graus Celsius. Para esse termômetro, a temperatura t na escala Celsius e o valor de y em cm satisfazem a seguinte função termométrica: a) t = 5y b) t = 5y + 15 c) t = y + 25 d) t = 60y – 40 28 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 8 A temperatura mais baixa registrada certo dia, num posto meteorológico instalado no continente antártico, foi de x 0C. Se o termômetro utilizado fosse graduado segundo a escala Fahrenheit, a leitura registrada teria sido oito unidades mais baixa. Determine a temperatura mínima registrada no men- cionado posto meteorológico, no dia considerado. 7 Um pesquisador ao realizar um ensaio, verifica uma certa temperatura obtida na escala Kelvin, que é igual ao correspondente valor na escala Fahrenheit acrescida de 100 unidades. Esta temperatura na escala Celsius é: a) 50 0C b) 10 0C c) 85 0C d) 12 0C 29UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 9 Ao medir a temperatura de um gás, verificou-se que a leitura era a mes- ma, tanto na escala Celsius como na Fahrenheit. Qual era essa temperatu- ra? TÓPICO 2 1 A cada uma das situações descritas (coluna da direita), associe o principal processo de transferência de energia (coluna da esquerda) 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 chama- mos de correntes de convecção. Condução é a propagação de calor que se dá devido a uma diferença de temperatura na matéria, sendo transferida por 30 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L colisões entre as moléculas vizinhas, percorrendo todo o corpo até que o equilíbrio térmico se estabeleça. 4 A figura a seguir está representada por uma caixa totalmente fechada, cujas paredes não permitem a passagem de calor. Nesta caixa estão suspensos, presos por cabos isolantes térmicos, e sem tocar qualquer superfície da caixa, dois corpos, A e B, sendo, inicialmente, a temperatura de A maior do que a de B. Após algum tempo, verifica-se que A e B atingiram o equilíbrio térmico. Sobre tal situação, é correto afirmar que a transferência de calor entre A e B não se deu: a) Por condução, mas ocorreu por convecção e irradiação. b) Nem por condução, nem por irradiação. c) Nem por convecção, nem por irradiação. d) Nem por condução, nem por convecção. 5 Considere três fenômenos simples do nosso cotidiano: I- Circulação de ar em geladeiras. II- Aquecimento de uma barra de ferro. III- Variação da temperatura do corpo humano no banho de sol. Associe, nesta mesma ordem, o principal tipo de transferência de calor que ocorre nestes fenômenos. a) Convecção, condução, irradiação. b) Convecção, irradiação, condução. c) Condução, irradiação, convecção. d) Irradiação, convecção, condução. 6 Uma pessoa que se encontra perto de uma fogueira recebe calor princi- palmente por: a) Convecção. b) Convecção de carbono. c) Condução. d) Irradiação. 31UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 7 No interior de uma geladeira, a temperatura é aproximadamente a mes- ma em todos os pontos graças à circulação do ar. O processo de transfe- rência de energia causado por essa circulação de ar é chamado de: a) Radiação. b) Convecção. c) Condução. d) Compressão. 8 Em uma área da praia, uma brisa marítima é consequência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água. Na areia que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão e provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria, a água do mar. Durante a noite, ocorre um processo inverso: como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), mas também leva mais tempo para esfriar (à noite), o fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado da seguinte maneira: a) O ar que está sobre a água se aquece mais; ao subir, deixa uma área de baixa pressão, causando um deslocamento de ar do continen- te para o mar. b) O ar mais quente desce e se desloca do continente para a água, a qual não conseguiu reter calor durante o dia. c) O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, que atrai o ar quente do continente. d) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar. 9 Há deslocamento de matéria no fenômeno da propagação de calor por convecção? R.: Sim, em virtude da diferença de densidades existentes, o fluido aque- cido fica menos denso e sobe, ocupando o lugar do fluido mais frio que consequentemente desce, como, por exemplo, o aquecimento de água dentro de uma chaleira. 10 Por que o congelador deve situar-se na parte superior de um refrigera- dor? R.: Porque o ar frio é mais denso e desce refrigerando a parte debaixo também. Se o congelador fosse em baixo, o ar não circularia com a mes- ma facilidade. 32 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 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. 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 substânciapara 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 Q = cm ∆T, ou para fazê-lo mudar de fase e, nesse caso, referimo-nos ao calor latente Q = mL. 3 Um corpo de massa 200 g a 50ºC, feito de um material desconhecido, é mergulhado em 50 g de água a 90 ºC. 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 ma- terial 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.: 33UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 5 Sabendo que 1 cal = 4,18 J: a) transforme 30 kcal em joule; b) transforme 8000 J em caloria. 6 Um frasco contém 30 g de água a 0 0C. Em seu interior é colocado um objeto de 60 g de alumínio a 90 0C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g0C e 0,10 cal/g0C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, qual será a temperatura de equilíbrio desta mistura? 7 Quantas calorias alimentares um atleta deve ingerir diariamente, sabendo- se que em suas atividades consome 1,5 kW? Dados: 1 caloria alimentar = 1 kcal, 1 cal = 4,18 J. R.: 34 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 8 Ache a quantidade de calor que devemos retirar de uma massa de 500 g de água líquida a 0 0C para que ela se transforme em gelo a 0 0C. Dado Lf = -80 cal/g. 9 Quanta água a 25 0C é preciso verter sobre 200 g de gelo a -10 0C a fim de se obter água a 8 0C? Dados: calor específico do gelo = 0,5 cal/g0C, calor específico da água = 1,0 cal/g0C, calor latente = 80 cal/g. 10 O fenômeno “El Niño”, que causa anomalias climáticas nas Américas e na Oceania, consiste no aumento da temperatura das águas superficiais do Oceano Pacífico. a) Suponha que o aumento de temperatura associado ao “El Niño” seja de 2 0C em uma camada da superfície do oceano 1.500 km de largura, 5.000 km de comprimento e 10 m de profundidade. Considere o calor específico da água do oceano como sendo 4.000 J/kg0C e a densidade da água do oceano 1.000 kg/m3. Qual a energia necessária para provocar esse aumento de temperatura? 35UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L b) Atualmente o Brasil é capaz de gerar energia elétrica a uma taxa apro- ximada de 60 GW (6,0 x 1010 W). Se toda essa potência fosse usada para aquecer a mesma quantidade de água, quanto tempo seria necessário para provocar o aumento de temperatura de 2 0C? 11 Em um processo, sob pressão constante de 3,0 x 105 N/m2, um gás aumenta seu volume de 9 x 10-6 m3 para 13 x 10-6 m3. Calcule o trabalho realizado pelo gás. 12 Um sistema termodinâmico realiza o ciclo ABCA representado a seguir. Calcule o trabalho realizado pelo ciclo. 36 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 13 Um sistema termodinâmico, ao passar de um estado inicial para um estado final, tem 300 J de trabalho realizado sobre ele, liberando 90 cal. Usando a primeira lei da termodinâmica e considerando que uma caloria é 4,18 J, indique o valor, com os respectivos sinais, das seguintes grandezas: W = 300 J Q = 376 J ∆U = 76 J 14 Você projeta uma máquina de Carnot que funciona entre as temperaturas de 600 K e 300 K e realiza 250 J de trabalho em cada ciclo. a) Calcule a eficiência de sua máquina. b) Calcule a quantidade de calor descartada durante a compressão isotérmica a 400 K. 15 Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclos entre as tem- peraturas de 30 0C e 230 0C. Em cada ciclo ela recebe 1.000 cal da fonte quente. Qual é o máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por ciclo ao exterior? 37UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES 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. 38 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 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 elétrica +e desintegrando-se (isto é: dividindo-se) 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. 9 Duas cargas elétricas puntiformes de 6 x 10-5 C e 4 x 10-5 C, no vácuo, estão separadas entre si por uma distância de 6 cm. Calcule a intensidade da força de repulsão entre elas. 10 Uma pequena esfera de chumbo de massa igual a 10,0 g possui excesso de elétrons com uma carga líquida igual a - 4,8 x 10-9 C. Calcule o número de elétrons em excesso sobre a esfera. 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: 39UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 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, (1 volt = 1 joule/1 coulomb). 4 O que é uma superfície equipotencial? R.: Sempre podemos encontrar uma região no espaço (uma superfície ima- ginária) 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 20J. Pedem-se: (a) As características do vetor E no ponto A; (b) o valor do potencial elétrico no mesmo ponto. R.: 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: 40 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 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. R.: a) b) 41UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 7 Pode-se afirmar que as linhas de força de um campo elétrico: a) Cortam-se em um ponto. b) Cortam-se, no mínimo, em dois pontos. c) São sempre paralelas. d) Nunca se cortam. 8 Calcule o módulo do campo elétrico de uma carga puntiforme q = 8,0 nC em um ponto do ponto situado a uma distância de 1,0 m da carga. 9 Um próton é colocado em um campo elétrico uniforme de 5,0 x 103 N/C. Calcule: a) o módulo da força elétrica sofrida pelo próton; b) c) 42 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 10 Duas cargas pontuais, qA = 10µC e qB = -4µC, estão distantes 40 cm uma da outra. O potencial eletrostático, em kV, no ponto médio entre as cargas é: a) 630 b) 580 c) 360 d) 270 UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 O que é corrente elétrica? R.: Chamamos de corrente elétrica o movimento ordenado das cargas elé- tricas 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 convencional da 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. Por- tanto, oposto ao movimento dos elétrons. 43UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 3 Em um chuveiro com a chave ligada na posição inverno passam por segun- do 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.: 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.: portanto: Logo, a resistência do segundo fio será quatro vezes menor que a do pri- meiro. 44 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 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 20 ºC. (b) Qual a condutância desse fio? a) b) A condutância é o inverso de resistência. Assim: a) Qual desses condutores é ôhmico? R.: O primeiro condutor é ôhmico, porque a corrente e a tensão são direta- mente proporcionais. E o coeficiente angular da reta pode fornecer o valor da resistência elétrica uma vez que V = Ri para a lei de Ohm. b) Qual é a resistência elétrica de cada condutor para uma tensão de 40 V? R.: No condutor A é 20 A e no condutor B é 8 A. c) É possível determinar a resistência elétrica dos condutores para uma tensão de 60 V? Justifique. R.: Para o gráfico A é possível porque ele obedece à lei de Ohm. Com o coeficiente angular podemos de terminar R e escrever a equação para este caso. Como V e i são proporcionais, 6 Os gráficos representam a tensão em função da intensidade da corrente para dois condutores, A e B. 45UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L Substituindo na lei de Ohm V = Ri encontramos que, 7 O gráfico V x i (diferença de potencial x intensidade de corrente elétrica) foi obtido com um condutor ôhmico, mantendo-se a temperatura constante. A quantidade de carga elétrica que atravessa a seção reta desse condutor, em 6,0s, quando estiver submetido à diferença de potencial de 40 V, será de quanto? R.: Através do gráfico podemos concluir que a valor da resistência é Portanto, podemos escrever uma relação que obedece a lei representada pelo gráfico e encontrar a corrente quando a tensão é de 40 V. Com essa informação e o tempo podemos determinar a carga, 46 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 8 Ao consertar uma tomada, uma pessoa toca um dos fios da rede elétrica com uma mão e outro fio com a outra mão. A ddp da rede é V = 220 V e a corrente através do corpo é i = 4 x 10-3 A. Determine a resistência elétrica da pessoa. 9 Um fio de secção circular, comprimento L e diâmetro D, possui resistência R. Outro fio de mesmo material possui comprimento 4 L e diâmetro D/4. Qual é a sua resistência R? Resposta: Pela segunda lei de Ohm, , no problema l1 = L e l2= 4L, a área A da secção circular é No problema d1= D e d2 = D/4. Sendo o primeiro resistor igual a O segundo resistor é 47UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L TÓPICO 2 1 De que maneira o magnetismo contribui para o nosso desenvolvimento? R.: A começar pela invenção da bússola, impulsionando as grandes nave- gações, 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 con- trários se atraem. 3 Um fio condutor retilíneo e muito longo é percorrido por uma corrente elé- trica de intensidade 2,0 A. Qual a intensidade do campo magnético do fio a 50 cm? R.: 4 Uma partícula elétrica de -3µC desloca-se com velocidade de 500 m/s, for- mando um ângulo de 60º com um campo magnético uniforme de intensidade 104T. Qual é a intensidade da força magnética que atua sobre a partícula? R.: 48 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 5 Um corpúsculo, carregado com 300µC, penetra em um campo magnético uniforme com velocidade de 60 m/s, na direção perpendicular às suas linhas de indução. Sabendo que a intensidade da força que age sobre esse corpús- culo é de 1,6 mN, quanto vale a intensidade do vetor indução magnética? Resposta: 6 Um condutor retilíneo de 160 cm de comprimento é disposto perpendicular- mente às linhas de indução de um campo magnético uniforme de intensidade 8 x 10-3 T. Calcule a intensidade de corrente que passa pelo condutor, sabendo que a força magnética que age sobre ele tem módulo de 3,2 x 10-2 N. 7 Um condutor reto de 40 cm de comprimento, percorrido por uma corrente de intensidade 3 A, é colocado perpendicularmente a um campo magnético uniforme de intensidade 8 x 10-3 T. Determine a intensidade da força que o campo exerce sobre o condutor. 8 Uma partícula de carga 8 x 10-18 C e massa 4 x 10-26 kg penetra, ortogonal- mente, numa região de campo magnético uniforme de intensidade 2 x 10-3 T, com velocidade de 2 x 105 m/s. Determine o raio da órbita descrita pela partícula. R.: Esse é um lançamento perpendicular ao campo magnético, ou seja,θ = 900. Sendo assim, Sabendo da força podemos igualar a força centrípeta e extrair o valor do raio 49UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 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 fotográ- fica 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 ca- pacidade 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. Contudo, 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 refle- xão 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. 50 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD 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 2.108 m/s. Considerando a velocidade que a luz tem no vácuo igual a 3.108 m/s, determine o índice de refração do meio. R.: 7 Explique o fenômeno de difração da luz. R.: Propriedade da luz de contornar obstáculos. 8 Qual é a velocidade da luz em um diamante com índice de refração igual a 2,42? R.: Sendo a velocidade c da luz igual a 300.000 km/s, podemos encontrar a velocidade da luz no diamante pela definição de índice de refração, 9 Ache a altura h indicada na figura. R.: O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão θi = θr, ou seja, θi = 900 – 300 = 600. 51UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L TÓPICO 4 1 Quando você anda em um velho ônibus urbano é fácil perceber que, de- pendendo 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 auto- móvel. 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 auto- móvel, esse som parece ser de _____________ frequência. Ao se afastar, o mesmo observador perceberá um som de _____________ frequência. 52 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L a) maior – igual. 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. 5 Uma fonte sonora que emite um som de frequência 550Hz se aproxima de um observador em repouso, com velocidade de 20 m/s. Sendo a velocidade do ar de 340 m/s, calcule a frequência recebida pelo observador. R.: Utilizando a expressão matemática para o efeito Doppler, temos Selecionando o sinal negativo do lado direito da igualdade porque a fonte está se aproximando, encontramos 6 Um automóvel, movendo-se a 30 m/s, passa próximo a uma pessoa parada junto ao meio-fio. A buzina do carro está emitindo uma nota de frequência 3,0 kHz. O ar está parado e a velocidade do som em relação a ele é 340 m/s. Que frequência o observador ouvirá: a) quando o carro estiver se aproximando? R.: Selecionando o sinal negativo do lado direito da igualdade porque a fonte está se aproximando, encontramos 53UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L b) quando o carro estiver se afastando? R.: Selecionando o sinal positivo do lado direito da igualdade porque a fonte está se afastando, encontramos TÓPICO 5 1 Uma barra rígida de 2 m de largura é medida por dois observadores: o pri- meiro em repouso e o segundo se movendo numa direção paralela à barra. A que velocidade deve-se deslocar o segundo observador para ver a barra contraída de 2 mm? E de 100 cm? R.: Das relações a seguir, Temos que, 54 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L Do mesmo modo, 2 Determine as dimensões e a forma de uma placa quadrada de 1 m2 que se move afastando-se de um observador numa direção paralela à sua base, com velocidade de 0,9c. R.: A nova área é, então, A = 0,4359 x 1 = 0,4359 m2. 3 Um feixe de luz, de certa frequência, incide sobre uma placa metálica ar- rancando elétrons. Sabendo-se que a função trabalho do metal da placa é 8,6 eV, determine a frequência mínima da luz que consegue arrancar elétrons. Dados: 1eV = 1,6 x 10-19J. R.: 55UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 4 Determine a função trabalho do sódio, sabendo que a frequência mínima para ejetar elétrons é de 5,5 x 1014 Hz. 5 As funções trabalho do potássio e do césio são 2,25 e 2,14 eV, respectiva- mente. Como o efeito fotelétrico será observado em alguns destes elementos (a) com uma luz incidente cujo comprimento de onda é 565 nm? (b) Com uma luz incidente cujo comprimento de onda é 518 nm? R.: a) Podemos encontrar a frequência através da relação a seguir, Com esse valor na equação da energia, temos Podemos concluir que será observado apenas para o césio porque hf > W, no caso do potássio hf < W e o elétron não pode escapar. b) Podemos encontrar a frequência através da relação a seguir, 56 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L Podemos concluir que será observado tanto para o césio quanto para o po- tássio, porque nesse caso a energia fornecida é maior que a função trabalho dos dois. 6 Determine a energia cinética máxima dos elétrons ejetados de certo ma- terial, se a função trabalho do material é 4,6 eV e a frequência da radiação incidente é 6,0 x 1015 Hz. 7 Necessita-se escolher um elemento para uma célula fotelétrica que funcione com luz visível. Quais dos elementos a seguir são apropriados. Alumínio (W = 4,2 eV), tungstênio (W = 4,5 eV), bário ((W = 2,5 eV) e o lítio (W = 2,3 eV)? R.: A energia da luz visível está entre 2 e 3 eV, portanto, podemos concluir que apenas o bárioe o lítio podem ter seus elétrons ejetados pela luz.
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