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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES
CADERNO 7
PROF.: Célio Normando
CA 5 – Entender métodos e processos próprios das ciências naturais e aplicá-los em
diferentes contextos.
H18 - Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou
procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam.
OBJETO DO CONHECIMENTO: Condução do calor
1. (CPS 2010) Você já pensou em
passar a noite em uma geladeira ou dormir
sobre uma grande pedra de gelo?
Apesar de essa ideia ser assustadora,
já existem hotéis feitos de gelo que são como
imensos iglus. O primeiro hotel de gelo do
mundo, o Ice, fica na Suécia. Esse hotel
possui paredes, camas, mesas e tudo o que
existe em um hotel normal, só que de gelo.
Não há como não se impressionar.
Hotel Ice, na Suécia
A inusitada construção é branca, transparente e costuma durar apenas o período do inverno,
porque depois o gelo se derrete.
Numa noite, verificou-se que a temperatura externa era muito mais baixa que a temperatura do
interior do hotel Ice. A diferença de temperatura entre o interior do hotel e seu exterior se deve ao
fato de o gelo apresentar um valor baixo para:
A) o calor específico
B) a capacidade térmica
C) o coeficiente de atrito
D) o coeficiente de dilatação térmica
E) a constante de condutibilidade térmica
SOLUÇÃO: O gelo possui baixo coeficiente de condutividade térmica, impedindo a perda de calor
de dentro do hotel para o meio ambiente.
RESPOSTA (E)
OBJETO DO CONHECIMENTO: Capacidade Calorífica e calor específico
2. (ENEM 2009) Em grandes metrópoles, devido a mudanças na superfície terrestre — asfalto e
concreto em excesso, por exemplo — formam-se ilhas de calor. A resposta da atmosfera a esse
fenômeno é a precipitação convectiva. Isso explica a violência das chuvas em São Paulo, onde as
ilhas de calor chegam a ter 2 a 3 graus centígrados de diferença em relação ao seu entorno.
Revista Terra da Gente. Ano 5, nº 60, Abril 2009 (adaptado).
As características físicas, tanto do material como da estrutura projetada de uma edificação, são a
base para compreensão de resposta daquela tecnologia construtiva em termos de conforto
ambiental. Nas mesmas condições ambientais (temperatura, umidade e pressão), uma quadra terá
melhor conforto térmico se
A) pavimentada com material de baixo calor específico, pois quanto menor o calor específico de
determinado material, menor será a variação térmica sofrida pelo mesmo ao receber
determinada quantidade de calor.
B) pavimentada com material de baixa capacidade térmica, pois quanto menor a capacidade
térmica de determinada estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao receber
determinada quantidade de calor.
C) pavimentada com material de alta capacidade térmica, pois quanto maior a capacidade
térmica de determinada estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao receber
determinada quantidade de calor
D) possuir um sistema de vaporização, pois ambientes mais úmidos permitem uma mudança de
temperatura lenta, já que o vapor d’água possui a capacidade de armazenar calor sem
grandes alterações térmicas, devido ao baixo calor específico da água (em relação à madeira,
por exemplo).
E) possuir um sistema de sucção do vapor d’água, pois ambientes mais secos permitem uma
mudança de temperatura lenta, já que o vapor d’água possui a capacidade de armazenar
calor sem grandes alterações térmicas, devido ao baixo calor específico da água (em relação
à madeira, por exemplo).
SOLUÇÃO: Estruturas de um mesmo material terão capacidades térmicas altas ou baixas
dependendo de suas massas.
A opção C ficaria melhor se fosse: pavimentada com material de alto calor específico, pois a
capacidade térmica (C) é tanto maior quanto maior for o calor específico (c). (C = m.c). Ao
receber a mesma quantidade de calor sofrerá menor variação de temperatura.
Q = m.c.∆t
→
∆t = Q / m.c
→
∆ t  quando C 
O calor específico está relacionado com a energia absorvida por um grama da substância para
variar 1°C; portanto, material de baixo calor específico absorve mais rapidamente energia,
aquecendo também mais rapidamente. A capacidade térmica relaciona-se com a razão entre o
calor e a variação de temperatura, por isso, material de alta capacidade térmica possui baixa
variação de temperatura (com o mesmo calor incidente).
RESPOSTA (C)
OBJETO DO CONHECIMENTO: Transferência de calor – Condução - Convecção – Radiação.
3. (ENEM 2001) A refrigeração e o congelamento de alimentos são responsáveis por uma parte
significativa do consumo de energia elétrica numa residência típica.
Para diminuir as perdas térmicas de uma geladeira, podem ser tomados alguns cuidados
operacionais:
I. Distribuir os alimentos nas prateleiras deixando espaços vazios entre eles, para que ocorra a
circulação do ar frio para baixo e do quente para cima.
II. Manter as paredes do congelador com camada bem espessa de gelo, para que o aumento da
massa de gelo aumente a troca de calor no congelador.
III. Limpar o radiador (“grade” na parte de trás) periodicamente, para que a gordura e o poeira
que nele se depositam não reduzam a transferência de calor para o ambiente.
Para uma geladeira tradicional é correto indicar, apenas,
A) a operação I.
B) a operação II.
C) as operações I e II.
D) as operações I e III.
E) as operações II e III.
SOLUÇÃO: I. Correto.
O perfeito funcionamento da geladeira depende da uniformização da temperatura do ar em seu
interior.
Para que não haja diferenças significativas de temperatura dessa massa de ar, sua convecção
deve ser facilitada. Assim, deve-se evitar que a prateleira, por acúmulo de alimentos, dificulte
a descida do ar frio (mais denso) e a ascensão do ar quente (menos denso).
II. Incorreto.
Sendo o gelo um eficiente isolante térmico, o seu acúmulo nas paredes do congelador dificulta as
trocas de calor que ali ocorrem.
III. Correto.
A eficiência da transferência de calor entre a grade e o meio exterior à geladeira é devida, entre
outros, aos fatos de a grade ser preta (aumentando o poder de radiação) e de ela ser constituída
por metal (bom condutor térmico).
O acúmulo de poeira e gordura na grade acaba diminuindo sua condutibilidade térmica, além de
reduzir as perdas de energia térmica por radiação.
RESPOSTA (D)
OBJETO DO CONHECIMENTO: Óptica Geométrica – Formação de Imagens – Espelhos
Esféricos.
4. (UFF 2006) Um projeto que se beneficia do clima ensolarado da caatinga nordestina é o fogão
solar (figura 1), que transforma a luz do sol em calor para o preparo de alimentos. Esse fogão é
constituído de uma superfície côncava revestida com lâminas espelhadas que refletem a luz do sol.
Depois de refletida, a luz incide na panela, apoiada sobre um suporte a uma distância x do ponto
central da superfície. Suponha que a superfície refletora seja um espelho esférico de pequena
abertura, com centro de curvatura C e ponto focal F. Assinale a opção que melhor representa a
incidência e a reflexão dos raios solares, assim como a distância x na qual o rendimento do fogão é
máximo.
SOLUÇÃO: O rendimento do fogão é máximo na posição onde ocorre a maior concentração de
raios solares após a reflexão. Essa posição, no caso de um espelho esférico, é o foco. Se os raios
incidentes forem paralelos ao eixo principal, os refletidos passam pelo foco.
RESPOSTA (C)
CA 5 – Entender métodos e processos próprios das ciências naturais e aplicá-los em
diferentes contextos.
H19 – Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que
contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou
ambiental.
OBJETO DO CONHECIMENTO: Obtenção de Energia Elétrica
5. (ENEM 2009 – Prova cancelada) A eficiência de um processo de conversão de energia, definida
como sendo a razão entre a quantidade de energia ou trabalho útil e a quantidade de energia que
entra no processo, é sempre menor que 100% devido a limitações impostas por leis físicas.
A tabela a seguir, mostra a eficiência global de vários processos de conversão.
HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. São Paulo:
Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).
Se essas limitações não existissem, os sistemas mostrados na tabela, que mais se beneficiariam de
investimentos em pesquisa para terem suas eficiências aumentadas, seriam aqueles que envolvem
as transformações de energia:
A) mecânica em energia elétrica.
B) nuclear em energia elétrica.
C) química em energia elétrica.
D) química em energia térmica.
E) radiante em energia elétrica.
SOLUÇÃO: Por meio das alternativas percebe-se que o teste salienta os processos de obtenção de
energia elétrica. Dentre os processos apresentados, aquele de menor rendimento é o de conversão
da energia solar em energia elétrica.
Tendo em vista a enorme disponibilidade de energia solar, seria razoável que os investimentos se
concentrassem na melhoria da eficiência desse tipo de conversão.
RESPOSTA (E)
OBJETO DO CONHECIMENTO: Óptica Geométrica – Espelhos Esféricos
6. (UFRN-ADAPTADA) Muitas cidades brasileiras não são cobertas pelos sinais retransmitidos pelas
emissoras de televisão, pois eles têm um alcance limitado na superfície da Terra. Os satélites
retransmissores vieram solucionar esse problema. Eles captam os sinais diretamente das
"emissoras-mães", amplificam-nos e os retransmitem para a Terra. Uma antena parabólica
metálica, instalada em qualquer residência, capta, então, os raios eletromagnéticos, praticamente
paralelos, vindos diretamente do satélite distante, e manda-os, em seguida, para um receptor
localizado no foco da antena.
A eficácia da antena parabólica deve-se ao seguinte fato:
A) A eletrização causada pelas ondas eletromagnéticas, no metal da antena, faz com que
os elétrons arrancados atinjam o foco da mesma, amplificando o sinal.
B) Ela funciona como um espelho côncavo em relação a esses raios paralelos, refletindo-os
para o foco, onde eles se concentram e aumentam a intensidade do sinal.
C) Os sinais são amplificados porque a antena os polariza e, por reflexão, joga-os em fase, no
foco da mesma.
D) Ela absorve os sinais, que, por condução elétrica, chegam ao seu foco com uma intensidade
maior.
E) Ela funciona como um espelho convexo em relação a esses raios paralelos, refletindo-os
para o foco, onde eles se concentram e aumentam a intensidade do sinal.
SOLUÇÃO: A forma parabólica da antena (que atua como um espelho côncavo) favorece a
concentração dos raios eletromagnéticos paralelos, no foco da mesma, o que aumenta a
intensidade do sinal.
RESPOSTA (B)
CA 6 - Apropriar-se de conhecimentos da Física para, em situações problema, interpretar,
avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.
H 20 - Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos
ou corpos celestes.
OBJETO DO CONHECIMENTO: Grandezas Fundamentais da Mecânica
7. Casamento real foi acompanhado por 2 bilhões, estima governo britânico.
Veja o trajeto do casamento real, por Londres, observando a escala no mapa.
8h e 10 min - William e Kate- príncipe e princesa de Cambridge- já estão na carruagem aberta,
que será puxada por seis cavalos. É a mesma carruagem usada por Diana no casamento em 1981.
É uma State Landau de 1902.
8h e 11 min - Um pouco antes do previsto, o cortejo real entre a Abadia de Westminster e o
Palácio de Buckingham tem início.
8h e 26 min - A carruagem dos noivos chega ao Palácio de Buckingham.
Sobre o trajeto da carruagem é correto afirmar que:
A) O espaço percorrido é igual ao módulo do deslocamento.
B) O módulo da velocidade vetorial média é menor que o valor da velocidade escalar média.
C) A carruagem necessariamente não teve aceleração durante seu trajeto.
D) O tempo gasto desde a saída da igreja até o palácio foi de 16 min.
E) O espaço percorrido é menor que o módulo do deslocamento.
SOLUÇÃO: O espaço percorrido (medida da linha tracejada) é maior que o módulo do
deslocamento (distância em linha reta do ponto de partida ao ponto de chegada). Opções A e E são
(Falsas)
O valor da velocidade escalar média é maior que o módulo da velocidade vetorial média. Opção B
(Verdadeira).
Como o trajeto tem trechos curvos a carruagem tem aceleração centrípeta necessariamente.
Opção C (Falsa)
O tempo gasto desde a saída da igreja até o palácio foi de 15 min. Opção D (Falsa).
RESPOSTA (B)
OBJETO DO CONHECIMENTO: Grandezas Fundamentais da Mecânica – Aceleração
Centípeta.
8. (ENEM 2009) O Brasil pode se transformar no primeiro país das Américas a entrar no seleto
grupo das nações que dispõem de trens-bala. O Ministério dos Transportes prevê o lançamento do
edital de licitação internacional para a construção da ferrovia de alta velocidade Rio-São Paulo. A
viagem ligará os 403 quilômetros entre a Central do Brasil, no Rio, e a Estação da Luz, no centro
da capital paulista, em uma hora e 25 minutos.
Disponível em: http://oglobo.globo.com. Acesso em: 14 jul. 2009.
Devido à alta velocidade, um dos problemas a ser enfrentado na escolha do trajeto que será
percorrido pelo trem é o dimensionamento das curvas. Considerando-se que uma aceleração lateral
confortável para os passageiros e segura para o trem seja de 0,1g, em que g é a aceleração da
gravidade (considerada igual a 10m/s2), e que a velocidade do trem se mantenha constante em
todo o percurso, seria correto prever que as curvas existentes no trajeto deveriam ter raio de
curvatura mínimo de, aproximadamente,
A) 80m.
B) 430m.
C) 800m.
D) 1.600m.
E) 6.400m.
SOLUÇÃO:
O espaço percorrido pelo trem do Rio até São Paulo
x = 403km = 403.000m
O intervalo de tempo
Δt = 1h e 25min = 5.100s
A velocidade escalar do trem é constante, logo:
V = 403.000 / 5100 ------> V = 80 m/s.
Se o movimento do trem nas curvas é circular e uniforme, sua aceleração é centrípeta:
ac = 0,1g
ac = V2 / R ----> 0,1 x 10 = ( 80)2 / R
-------> R = 6400 m.
RESPOSTA (E)
OBJETO DO CONHECIMENTO: Hidrostática – Princípio de Arquimedes
9. (ENEM 2010) Durante uma obra em um clube, um grupo de trabalhadores teve de remover uma
escultura de ferro maciço colocada no fundo de uma piscina vazia. Cinco trabalhadores amarraram
cordas à escultura e tentaram puxá-la para cima, sem sucesso. Se a piscina for preenchida com
água, ficará mais fácil para os trabalhadores removerem a escultura, pois a:
A) escultura flutuará. Dessa forma, os homens não precisarão fazer força para remover a escultura
do fundo.
B) escultura ficará com peso menor. Dessa forma, a intensidade da força necessária para elevar a
escultura será menor.
C) água exercerá uma força na escultura proporcional a sua massa, e para cima. Esta força se
somará á força que os trabalhadores fazem para anular a ação da força peso da escultura.
D) água exercerá uma força na escultura para baixo, e esta passará a receber uma força ascendente do piso da
piscina. Esta força ajudará a anular a ação da força peso na escultura.
E) água exercerá uma força na escultura proporcional ao seu volume, e para cima. Esta força se somará à força
que os trabalhadores fazem, podendo resultar em uma força ascendente maior que o peso da escultura.
SOLUÇÃO: Com a piscina cheia, a água exercerá na escultura uma força vertical, para cima,
chamada empuxo, cuja intensidade é igual ao peso do volume de água deslocado pela escultura.
Matematicamente, o empuxo é dado por:
E= dlíquido.. Vimerso . g.
Essa força vertical se somará à força exercida pelos trabalhadores, facilitando a retirada da escultura.
RESPOSTA (E)
OBJETO DO CONHECIMENTO: Descrições do movimento e sua interpretação.
10. (ENEM 2009) O Super-homem e as leis do movimento.
Uma das razões para pensar sobre física dos super-heróis é, acima de tudo, uma forma divertida
de explorar muitos fenômenos físicos interessantes, desde fenômenos corriqueiros até eventos
considerados fantásticos. A figura seguinte mostra o Super-homem lançando-se no espaço para
chegar ao topo de um prédio de altura H. Seria possível admitir que com seus superpoderes ele
estaria voando com propulsão própria, mas considere que ele tenha dado um forte salto. Neste
caso, sua velocidade final no ponto mais alto do salto deve ser zero, caso contrário, ele continuaria
subindo. Sendo g a aceleração da gravidade, a relação entre a velocidade inicial do Super-homem
e a altura atingida é dada por: v2 = 2gH.
A altura que o Super-homem alcança em seu salto depende do quadrado de sua velocidade inicial
porque:
A) a altura do seu pulo é proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele
permanece no ar ao quadrado.
B) o tempo que ele permanece no ar é diretamente proporcional à aceleração da gravidade e essa é diretamente
proporcional à velocidade.
C) o tempo que ele permanece no ar é inversamente proporcional à aceleração da gravidade e essa é
inversamente proporcional à velocidade média.
D) a aceleração do movimento deve ser elevada ao quadrado, pois existem duas acelerações envolvidas: a
aceleração da gravidade e a aceleração do salto.
E) a altura do seu pulo é proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele permanece no ar,
e esse tempo também depende da sua velocidade inicial.
SOLUÇÃO: Desprezando os efeitos do ar e orientando a trajetória para cima, a aceleração do Super-homem é
a = - g. O gráfico da velocidade em função do tempo até o ponto mais alto está dado abaixo.
A área hachurada é numericamente igual a ao espaço percorrido pelo
super-homem, no caso, a altura H. Assim:
H =”Área” =
Mas
v
t.
2
v
é a velocidade média, vm.
2
Então: H = vm t.
A equação da velocidade na subida é:
v' = v – g t. Como no ponto mais alto a velocidade se anula, temos:
t
0 = v – gt 
v
.
g
Assim:
H = vm t  H = vm
v
.
g
Ou seja, a altura atingida é proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele permanece no
ar, e esse tempo também da sua velocidade inicial.
Finalizando:
 v  v 
H =      v2 = 2 g H
 2  g 
RESPOSTA (E)
GABARITO
1. E
2. C
3. D
4. C
5. E
6. B
7. B
8. E
9. E
10. E