INSTITUTO DE FÍSICA Universidade Federal do Rio de Janeiro Física II – Turmas do horário de 10 h às 12 h 1° período de 2009 Prova Final 1a Questão (2,5 pontos) Uma roda pode girar em torno de seu eixo fixo. Uma determinada mola está presa a um de seus raios, a uma distância r do eixo. Suponha que a roda seja um aro de raio R e massa M. (a) (2,0) Obtenha a frequência angular, para pequenas oscilações, deste sistema em função de M, R, r e da constante elástica da mola k. (b) (0,5) Analise os casos particulares em que r = R e r = 0. 2a Questão (2,5 pontos) Uma corda de violino de 30,0 cm de comprimento com densidade linear de massa de 0,650 g/cm é colocada próxima de um autofalante que está conectado a um oscilador de áudio de frequência variável. Descobre-se que a corda oscila somente nas frequências de 880 Hz e 1320 Hz, quando a frequência do oscilador varia entre 500 Hz e 1500 Hz. Determine: (a) (1,0) a velocidade das ondas na corda; (b) (1,0) a frequência do fundamental; (c) (0,5) a tensão na corda. 3a Questão (2,5 pontos) Um cilindro, com posição do eixo horizontal, tem paredes adiabáticas e fundo diatérmico (lado esquerdo). O cilindro está fechado por um êmbolo móvel de área A, que também é adiabático. O êmbolo está ligado a uma mola de constante elástica k, presa à parede direita de modo que o estado relaxado da mola corresponde à posição do êmbolo no fundo do cilindro (figura à esquerda). Uma quantidade de n moles de um gás ideal, monoatômico, é injetada no cilindro e, no equilíbrio, o êmbolo fica a uma distância x do fundo do cilindro (ver figura). Q vácuo .......... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .......... .. . .gás ....... .......... .......... . . vácuo x (a) (0,5) Em função desses dados determine a pressão e a temperatura do gás. Em um segundo processo, uma certa quantidade de calor Q é fornecida ao gás lentamente de forma que o êmbolo fica agora até uma distância 3x/2. Neste processo, determine: (b) (0,5) O trabalho realizado pelo gás; (c) (0,5) a variação de sua energia interna Eint; (d) (0,5) o calor absorvido Q; (e) (0,5) a variação de entropia no processo. 4a Questão (2,5 pontos) Um gás ideal, diatômico, ocupa um volume V1 = 2,5, a pressão p1 = 1,0bar = 1,0x105Pa e à temperatura T1 = 300K. Ele é submetido aos seguintes processos reversíveis: (1 2) um aquecimento isovolumétrico até a sua pressão quintuplicar, depois (2 3) uma expansão isotérmica até a pressão original e, finalmente, (3 1) uma transformação isobárica voltando ao estado inicial. (a) (0,5) Desenhe o ciclo do gás no diagrama de Boyle-Clapeyron (p versus V), indicando a escala das unidades. (b) (1,5) Calcule, em joules, o trabalho feito W pelo gás, o calor Q que ele absorve e a sua variação de energia interna Eint em cada etapa do ciclo. (c) (0,5) O rendimento da máquina operando segundo este ciclo. Formulário vsom = 340 m/s, g=10m/s2, água= 1,0x103kg/m3, 1atm = 1,0x105Pa, 1 = 10-3m3, R = 8,3 J/mol.K P+½v2+gy = const., v = [F/]1/2, f' = (vvO)/(vvS).f, p(t) = [2pmcos[(1-2)t/2].sen[(1+2)t/2], NIS = 10 log(I/Io),pV = nRT, pV = const, CV = ½.f R, CP = CV + R, = W/QQ, K = QF/W