1 FÍSICA 1ª QUESTÃO Na figura seguinte, um carrinho de

FÍSICA
1ª QUESTÃO
Na figura seguinte, um carrinho de massa 1,0 Kg descreve movimento circular e uniforme ao longo de um
trilho envergado em forma de circunferência de 2,0 m de raio.
A velocidade do carrinho vale 8,0 m/s, sua trajetória pertence
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ao plano vertical e g =10m/s . Supondo que os pontos A e B
sejam, respectivamente, o mais alto e o mais baixo do trilho,
determine:
a) a força que o trilho exerce no carrinho no ponto A.
b) a força que o trilho exerce no carrinho no ponto B.
c) a velocidade mínima que o carrinho tem que ter no ponto
A para que ele execute uma volta completa ao longo do
trilho. JUSTIFIQUE SUA RESPOSTA.
Resolução:
Como o carrinho executa movimento circular e uniforme, em cada ponto da trajetória a resultante das forças
que nele agem deve ser centrípeta. Calculemos a intensidade constante dessa resultante:
O peso do carrinho vale:
P = m g = 1,0 · 10 (N) ⇒ P = 10 N
a) No ponto A, o esquema das forças que agem no carrinho está dado abaixo:
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b) No ponto B, o esquema das forças que agem no carrinho está dado a seguir:
c) Ao passar em A com a mínima velocidade admissível, o carrinho não troca forças verticais com o trilho.
Assim, a única força vertical que nela age é a da gravidade, que desempenha o papel de resultante
centrípeta:
Ponto A:
P = Fcp
Vmim= √10.2
Vmin = 2√5 m/s
2ª QUESTÃO
O experimento mostrado na figura foi montado para elevar a temperatura de certo líquido no menor tempo
possível, despendendo uma quantidade de calor Q. Na figura, G é um gerador de força eletromotriz ε, com
resistência elétrica interna r, e R é a resistência externa submersa no líquido.
Desconsiderando trocas de calor entre o líquido e o meio externo,
a) determine o valor de R e da corrente i em função de ε e da potência
elétrica P fornecida pelo gerador nas condições impostas.
b) represente graficamente a equação característica do gerador, ou
seja, a diferença de potencial U em função da intensidade da corrente
elétrica i.
c) determine o intervalo de tempo transcorrido durante o aquecimento
em função de Q, i e ε.
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Resolução:
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3ª QUESTÃO
Tem-se uma corda de massa 400g e de comprimento 5m. Sabendo-se que está tracionada de
288N, determine:
a) a velocidade de propagação de um pulso nessas condições.
b) a intensidade da força de tração nessa corda, para que um pulso se propague com velocidade de 15m/s.
Resolução:
M = 400 g = 0,4 kg l = 5 m T = 288 N
a) A densidade linear da corda vale:
d = m/l.= 0,4/5 d = 0,08 kg/m
Aplicando a fórmula de Taylor:
V = raiz quadrada de T/d v= raiz quadrada de 288/0,08, portanto v=60 m/s
b) Para v' = 15 m/s, tem-se:
v' = raiz quadrada de T'/d 15 = raiz quadrada de T'/0,08 225 = T'/0,08 portanto T' =18 N
4ª QUESTÃO
Um objeto AB postado verticalmente sobre o eixo principal de um espelho côncavo de distância focal
FV CF 12 cm , move-se da posição P até C, distantes 6 cm, com velocidade constante v
3 cm/s ,
conforme figura abaixo.
Com base no exposto,
a) construa graficamente as imagens do objeto nas posições P e C, nas figuras abaixo:
b) Calcule o módulo do deslocamento da imagem.
c) Calcule o módulo da velocidade média do deslocamento da imagem.
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Resolução:
a) Ver na figura
b) 1º caso (objeto em P)
O deslocamento da imagem será dado por:
2º caso (objeto em C)
d) Objeto
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5ª QUESTÃO
Durante uma transformação termodinâmica um gás ideal monoatômico segue o seguinte processo 1→2→3,
conforme mostra a figura.
a)
b)
c)
Qual a quantidade de calor envolvida entre os processos 1→2?
E durante o processo 2→3?
As quantidades de calor obtidas nas letras (a) e (b) são liberadas ou absorvidas pelo gás? Justifique.
Resolução:
a)
Da primeira lei da termodinâmica, temos que:
Q = W + DU,
como a transformação é isobárica, então:
Q = p DV + (3/2) n R DT , (Eq1)
de Clapeyron podemos mostrar que
p DV = n R DT, (Eq2)
para esse tipo de transformação. Assim, substituindo (Eq 2) em (Eq 1), temos:
Q = p DV + (3/2) p DV = (5/2) p DV.
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Do gráfico temos que p = 3 • 10 Pa e DV = 2 • 10 m , com isso:
Q = (5/2) • 3 • 2 • 10 = 150 J.
b)
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Esse processo é isovolumétrico (V3 = V2 = V, assim o gás não realiza trabalho (W = 0). Assim
Q = DU = (3/2) n R DT = (3/2) n R (T 3 - T2) = (3/2) (nRT3 -nRT2) = (3/2) (p3V3 - p2V2)
Q = = (3/2) V (p3 - p2)
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Com p3 = 1 • 10 Pa, V = 3 • 10 m e p2 = 3 • 10 Pa, temos:
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Q = - (3/2) 3 • 10 • 2 • 10 = - 90 J
c) A quantidade de calor envolvida no processo isobárico de 1 para 2 deve ser absorvida pelo gás, note
que ele realiza trabalho e ainda aumenta sua temperatura. Isso só é possível se uma fonte térmica fornecer
calor para o sistema (gás). Já no processo de 2 para 3 o gás libera calor, pois a energia interna diminui.
Uma redução na energia interna nas transformações isocóricas faz com que o sistema libere calor.
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