DI2004 - Instituto de Física / UFRJ

Física Aplicada para Desenho Industrial (prova extra)
Escolha 5 questões, uma de cada seção. Cada questão vale 2 pontos.
Seção A
1) Escreva as leis de Newton. Defina velocidade e aceleração médias e instantâneas de um corpo.
O que é o momento linear de um corpo? O que é massa?
2) O que é o momento angular de um corpo e em que situações se conserva? O que é o torque de
uma força? Porque a Terra não cai no Sol?
3) (a) Um corpo pequeno de massa m descreve uma trajetória circular de raio R em torno de um
eixo, tendo velocidade angular . Escreva sua velocidade v e sua energia cinética Ec em termos
de R, m e . (b) Seja agora um objeto grande que gira com velocidade angular  em torno de um
eixo que o atravessa. A `inércia de rotação` é medida pela grandeza "momento de inércia" I.
Escreva a sua energia cinética Ec em termos de I e de .
4) Fale sobre as propriedades mecânicas dos diversos tipos de materiais. Esboçe os diagramas
tensão versus deformação e dê valores típicos do módulo de Young e da tensão de ruptura em
cada caso.
5) Dê exemplos de máquinas simples e discuta como podem ser usadas para multiplicar forças
ou velocidades, ou para mudar a direção de uma força.
6)Quando um objeto se movimenta no ar ele sofre uma força de atrito. Relacione-a com a velocidade, a seção transversal e a forma do objeto. Discuta os casos de um carro comum, de um
carro de Fórmula I e de um avião.
7) Discuta o problema da estabilidade de um carrinho de feira (2 rodas) e de um carrinho de
supermercado (4 rodas)
Seção B
8) Quais são os estados mais comuns em que uma substância pode estar na Terra e como se
chamam as transições entre esses estados? Defina os calores latentes associados às transições de
fusão e de evaporação e dê valores dessas grandezas para algumas substâncias.
9) Defina a calor específico de uma substância e dê valores para a água (líquida), para alguns
metais e para algumas substâncias más condutoras de calor.
10) Fale sobre a produção e a dissipação de calor no corpo humano. Porque peles de animais de
regiões frias, usadas como parte do vestuário, são boas isolantes térmicas?
11) O que é a pressão de um fluido num ponto? Qual a origem da pressão atmosférica?
12) Discuta o equilíbrio de um barco, mostrando num esquema aproximado a localização dos
centros de gravidade e de empuxo. Quais as utilidades da quilha do barco?
13) Relacione a pressão com a profundidade em um líquido parado cuja superfície está na pressão atmosférica. Relacione a velocidade com a altura para um fio de água que cai, de forma nãoturbulenta, de uma torneira. Escreva a equação de Bernoulli, que generaliza estes dois casos.
14) O que é o calor cedido (ou retirado) de um objeto? Fale sobre os diversos processos de
trans-missão de calor: condução, convecção e radiação, definindo a emissividade e a
condutividade térmicas. Porque em geral materiais que conduzem bem a eletricidade, como os
metais, são bons condutores de calor e materiais isolantes eletricamente, como a madeira, são
maus condutores?
Seção C
15) Escreva, explicando o significado dos diversos termos, (a) as leis de Snell-Descartes e (b) a
lei que relaciona i, o e f para espelhos e lentes delgadas.
16) Descreva o funcionamento da visão humana. Explique (a) porque as imagens vistas em
situações de pouca iluminação são pouco nítidas e porque, para um objeto ser visível, há (b) um
tamanho mínimo e (c) uma distância mínima.
17) Quando envelhecemos aumenta o valor da distância mínima objeto-olho para que o objeto
seja visível. Porque?
18) (a) Descreva a formação de imagens preto-e-branco coloridas na visão humana. Fale sobre o
diagrama de cromaticidade. (b) Uma tela branca é iluminada por três feixes luminosos: um
verde, um vermelho e um azul. Quais as cores das interseções de cada par de feixes? E, caso
exista, qual a cor da região iluminada pelos três feixes ao mesmo tempo?
Seção D
19) Fale sobre a lei de Faraday e as suas implicações para a Sociedade Industrial moderna.
20) A contribuição de Maxwell, físico do século passado, às leis do eletromagnetismo foi a
verificação de que campos elétricos variáveis no tempo produziam campos magnéticos. Maxwell
também descobriu como calcular este efeito. Porque esta contribuição foi considerada tão
importante que as leis passaram a ser chamadas as leis de Maxwell?
21) Os objetos à nossa volta usualmente possuem carga elétrica total zero, embora possuam cargas positivas e negativas. Porque o atrito entre alguns objetos isolantes produz eletricidade estática? E se um destes objetos fosse condutor?
22) O que é o efeito Joule e quais as suas implicações para o desenho da parte externa de aparelhos elétricos?
23) Descreva os diversos tipos de lâmpada. Quais as grandezas necessárias para descrever sua
luz? Lâmpadas com o mesmo consumo de energia dão uma sensação de iluminação que pode
variar muito de um tipo para outro. Explique isto.
24) Porque o céu é azul durante o dia e vermelho ao começo e ao fim do dia? Porque as nuvens
em geral são brancas?
25) Qual a força que um objeto pontual com carga q sofre quando está submetido apenas a um
campo elétrico E? E se estiver submetido apenas a um campo magnético B?
Seção E
26) Um fio de metal de 75 cm de comprimento e 1,3 mm de diâmetro, com uma das extremidades presa no teto, esticou-se 0,035 cm quando um objeto com massa 8,0 kg foi pendurado em sua
outra extremidade. Calcule a tensão, a deformação e o módulo de Young.
27) Uma mesa de trabalho tem quatro pernas de aço maciço, cada uma com 0,80 m de comprimento e 1,0 cm de diâmetro. De quanto abaixará quando suportar uma carga de 5 1 toneladas? O
módulo de Young do aço é 1,9x1011 N/m2. Para que o aço não sofra deformação permanente a
tensão não deve superar 3x108 N/m2 (isto é o limite da sua região elástica). Qual deve ser a carga
máxima na mesa neste caso?
28) Se uma panela de alumínio com um litro de água atinge a fervura após 2 minutos qual a potência, em Watts, que o fogão a ela cedeu? Despreze, justificando, a capacidade térmica da panela e suponha que a água está inicialmente a 20 graus centígrados.
29) Um corredor com 70 Kg de massa demorou 3 horas para correr a maratona, durante as quais
o seu corpo produziu 600 watts de potência térmica. (a) Quantas calorias o corredor produziu?
(b) Supondo que o corredor suou 1 litro de água durante a prova e que toda ela se evaporou,
quantas calorias foram dissipadas por este processo de transpiração?
30) Se um cano tem diâmetro interno de 2 cm e o fluxo de água por ele é suficiente para encher
um balde de 30 litros em 2 minutos (a) qual é o fluxo em litros/segundo e (b) qual a velocidade
da água no cano? Não se esqueça de que um litro é igual a 10-3 m3
31) Uma barra feita de ferro tem seção transversal uniforme e pesa 2.105 N. Qual a força necessária para levantar do chão uma das pontas da barra?
32) Uma roda de bicicleta, de raio 20 cm e massa 0,5 Kg, está rodando com 200 rpm. Qual a velocidade de um ponto do perímetro da roda? Qual o momento angular? O freio é então aplicado,
resultando numa força de atrito constante de direção radial, e a roda para após 20 segundos. Qual
a força de atrito? Se a soma das massas da bicicleta e do ciclista for 60 Kg qual era a velocidade
inicial e qual foi a aceleração média durante a freiada?
33) O coeficiente de atrito entre uma caixa metálica e uma rampa de cimento em que a mesma
pode deslisar é 0,40. Se a caixa, de massa 100 kg, tiver que ser empurrada rampa acima por uma
pessoa capaz de exercer uma força máxima de 500 N qual poderá ser a inclinação máxima da
rampa?
Se necessário, use a carga do elétron e = 1,6x10-19 C e a massa do elétron m = 9,1x10-31 Kg , 1
caloria = 4,18 Joules, calor latente de evaporação da água igual a 2,2 106 J/Kg.