Revisão Geral – CURSINHO UVA Prof.: Paulo Ênio – Física QUESTÕES UVA e ESTILO UVA Assuntos: Eletricidade, Magnetismo e Hidrostática . 1) (UVA – 2004.2) Seja a lista de substâncias abaixo: 1 – Ferro, 2 – Ouro, 3 – Madeira, 4 – Cobre, 5 – Vidro, 6 – Papel, 7 – Zinco, 8 – Plástico. São dielétricos as seguintes substâncias: a) 1, 2, 4 e 7 b) 1, 2, 5 e 6 c) 3, 5, 6 e 8 d) 3, 5, 7 e 8 Resp. [C] Materiais que apresentam características de isolantes até certo potencial. Portanto: Madeira (3) - Vidro (5) - Papel (6) - Plástico (8) Resposta correta: "C" 2) (UVA. 2004.1) Qual das cargas elétricas listadas abaixo não existe livre na natureza? a) 9,6 ∙ 10-19 C b) 4,8 ∙ 10-19 C c) 2,4 ∙ 10-19 C d) 1,6 ∙ 10-19 C Resp. [C] O conceito de corpo neutro e eletrizado (ou carregado) está associado ao lato do mesmo apresentar elétrons em excesso ou fal ta. Note que do conceito acima, podemos inferir que só exi stem corpos com números inteiros de elétrons em fal ta ou excesso, isto é: Q ne n Dessa forma, notamos que apenas o item C não é múltiplo de carga elementar (e = 1,6 . 10-19C). 3) (UVA – 2006.1) Quando friccionamos uma barra de vidro com um pano de seda, o vidro adquire uma carga elétrica líquida positiva. Isto ocorre porque: a) O vidro adquire prótons do pano de seda b) O vidro adquire elétrons do pano de seda c) O vidro perde prótons para o pano de seda d) O vidro perde elétrons para o pano de seda Resp. [D] Sabemos que, pela eletrização por atrito, um corpo pode perder ou ganhar elétrons. Aquele que perde elétrons fica carregado positivamente, que é o caso do bastão de vidro. Ou Para que um corpo fique eletrizado positivamente é necessário que este perca e létrons. 4) (UVA – 2007.1) Em suas experiências com gotas de óleo carregadas eletricamente, Millikan pôde determinar o valor da carga elementar. Se os seguintes valores de carga foram observados por Millikan, para uma mesma gota, em instantes diferentes, qual o valor da carga elementar que pode ser deduzido destes dados. Valores observados: 6,56∙10-19 C; 9,84∙10-19 C; 13,12∙10-19 C; 18,04∙10-19 C; 19,68∙10-19 C. a) 1,61∙10-19C b) 1,62∙10-19C c) 1,63∙10-19C d) 1,64∙10-19 C Resp. [D] Assunto: Eletrização Como os corpos são eletrizados em quantidade inteiras de partículas elementares, constatamos que: 6,56 ∙ 10-19÷4 elétrons = 1,64 ∙ 10-19 9,84 ∙ 10-19÷6 elétrons = 1,64 ∙ 10-19 13,12 ∙ 10-19÷8 elétrons = 1,64 ∙ 10-19 18,04 ∙ 10-19÷11 elétrons = 1,64 ∙ 10-19 19,68 ∙ 10-19÷12 elétrons = 1,64 ∙ 10-19 Conclusão: Das opções propostas nas alternativas o valor da carga elementar será 1,64 ∙ 10-19 5) (UVA – 2005.2) Considerando o átomo de hidrogênio como sendo composto de um próton, e, um elétron girando uma órbita circular em torno do próton, a uma distância r 0. Podemos afirmar que: a) A força elétrica entre o próton e o elétron é maior que a força gravitacional entre os dois. b) A força gravitacional entre o próton e o elétron é maior que a força elétrica entre os dois. c) A força elétrica e a força gravitacional entre o próton e o elétron são iguais. d) Não haverá força elétrica, nem força gravitacional, entre o próton e o elétron. Resp. [A] A questão versa sobre as forças fundamentais. Dentre as forças fundamentais, a mais fraca é a gravitacional, assim, a força elétrica é muito maior que a gravitacional. 6) (UVA – 2006.1) Na figura abaixo dois corpos de massa m e cargas elétricas de valores q e 5q são colocados sobre uma superfície sem atrito, e, a uma distância r um do outro. Se soltarmos os corpos, qual a razão entre a aceleração inicial do corpo de carga q e a aceleração inicial do corpo de carga 5q? a) 1/5 b) 1/2 c) 1 d) 5 Resp. [C] A força elétrica em um par de corpos eletrizados obedece a 3ª Lei de Newton (Lei da Ação e Reação), independentemente do valor das cargas dos corpos. Veja: Os módulos das forças são iguais. Observe também que as forças estão na mesma direção, mas em sentidos contrários, e aplicadas em corpos distintos. O enunciado do problema informa que os corpos têm massas iguais, logo: m m1 m2 ` F F1 F2 Pela segunda Lei de Newton, temos que: F1 F a1 m1 a m 1 1 1 F a2 F2 a2 m m2 Acelerações iguais. 7) (UVA – 2004.2) Duas cargas elétricas de módulo 3 mC estão imersas em um recipiente com água e uma distância de 1 m uma da outra. Seja K 0 = 9 ∙ 109 N ∙ m /C e a constante dielétrica da água, k, igual a 81. Qual o valor da força elétrica entre essas cargas? a) 103 N b) 9 ∙ 103 N c) 81 ∙ 103 N d) 6,6 ∙ 103 N Resp. [A] Dados: Q1 Q2 3 10 3 C d 1 m 9 2 2 k0 9 10 N m / C (vácuo) k 81 Fel ? Fazemos o cálculo da força no vácuo normalmente k Q Q 9 109 3 10 3 3 10 3 FEl( vácuo ) 0 12 2 FEl( vácuo ) FEl( vácuo ) 8,1 10 4N d 12 Em seguida inserimos o fator (k) desta forma, FEl( vácuo ) 8,1 10 4 FEl( água ) 103N k 81 8) (UVA – 2005.2) Considerando, a questão anterior, qual o módulo da força elétrica resultante, sobre uma carga teste +q localizada no ponto médio da distância entre as duas cargas? K 0 é a constante eletrostática do vácuo. K q2 a) 02 r 6 K0q2 b) r2 16 K 0 q 2 c) r2 24 K 0 q 2 d) r2 Resp. [D] FEl( água ) FEl( água ) Calculando as forças: k0 q q k0 q 2 k0 q 2 F1 F1 F1 4 2 (1) 2 2 r r r 2 4 k0 q 5q k0 q 2 k0 q 2 k0 q 2 F2 F 5 F 4 5 F 20 2 1 1 2 2 r2 r2 r r 2 4 De acordo com a figura, observe: FR F1 F2 F F1 F2 (3) Assim, substituindo (1) e (2) em (3): k0 q 2 k0 q 2 k0 q 2 FR 4 2 20 2 FR 24 2 r r r (2) 9) (UVA – 2003.2) Duas partículas, igualmente carregadas, mantidas a uma distância de 30 cm uma da outra são largadas a partir do repouso. O módulo da aceleração inicial a primeira é 9 m/s 2 e sua massa é 9 ∙ 10–7 kg. Considerando que não há atrito durante o movimento, calcule o valor da carga que cada partícula contém? Seja K0 = 9 ∙ 109 N ∙ m2/C. 0 a) 3,0 ∙ 10–9 C b) 3,0 ∙ 10–18 C c) 9,0 ∙ 10–18 C d) 9,0 ∙ 10–9 C Resp. [A] Dados: q1 q2 q d 30 cm 0,3 m 9 2 2 k0 9 10 N m / C (vácuo) 2 a 9 m / s m 9 107 kg Calculando a força mecânica que age nas cargas: F m a F 9, 0 10 7 9 F 81 10 7 N Aplicando a Lei de Coulomb, obtemos: QQ 9 109 q q 9 109 q 2 7 7 FE k 0 81 10 81 10 2 r2 9 10 2 3 101 q 811018 q 9 109 C (carga positiva) 10) (UVA – 2005.2) Na figura abaixo uma carga elétrica puntiforme de valor 5 q está localizada à direita e a uma distância r de outra carga elétrica puntiforme de valor – q. Qual o sentido do campo elétrico a uma distância r, à esquerda de – q, ao longo da linha reta que passa pelas duas cargas? Considere que as cargas se encontram no vácuo. a) para a direita. b) para a esquerda. c) para cima. d) para baixo. Resp. [B] Calculando os campos elétricos: k q k q E1 0 2 E1 0 2 r r E2 k0 5q 2r 2 E2 5 k0 q 2 5 k q E2 0 2 2 4r 4 r De acordo com a figura, observe: ER E2 E1 E2 E1 Sentido para esquerda 11) (UVA – 2007.1) Uma gota esférica de água com 6 µm de diâmetro, está suspensa no ar calmo por ação de um campo elétrico de módulo igual a 10 8 N/C. Qual o valor da carga elétrica desta gota? Considere: densidade da água igual a 10 3 kg/m3, aceleração da gravidade igual a 10 m/s 2 e π = 3. a) 10-10C b) 10-12C c) 10-14 C d) 10-16C Resp. [C] Para o diâmetro d 6 m 6 10 6 m , temos um raio r 3 10 6 m . Para o volume será: 4 4 V r 3 V 3 (3 10 6 )3 V 108 10 18 m 3 3 3 Sua densidade será: m m V m 103 108 10 18 m 108 10 15 kg V Seu peso é dado por: P m g P 108 10 15 10 P 108 10 19 N Dentro do campo elétrico uniforme , a força peso anulará a força elétrica, portanto: P = Fe. Daí: F F 108 1014 E E Q E Q Q 1 1014C Q E 108 12) (UVA – 2008.2 – 2ª fase) No modelo clássico do átomo de hidrogênio, o elétron encontra-se girando em uma órbita localizada a 5,1 ∙ 10-11 m do próton. Qual a velocidade mínima que este elétron deve ter para escapar desta órbita? Despreze a força gravitacional entre os dois. Dados: carga elétrica elementar igual a 1,6 ∙ 10-19 C, massa do elétron igual a 9,0 ∙ 10-31 kg, k = 9,0 ∙ 109 N∙m2/C2. a) 106 m/s b) 2 106 m/s c) 3 106 m/s d) 10 106 m/s Resp. [D] De acordo com o princípio da conservação de energia: 2 k0 Q q m v 2 k0 Q q EC EPEl v 2 r m r 2 9 109 1, 6 10 19 1, 6 10 19 v v 10 106 m / s 31 11 9 10 5,110 13) (UVA – 2005.2) Considerando ainda, as questões 14 e 15, qual o valor do potencial elétrico a uma distância r à direita de 5q? Kq a) 0 r 4, 5 K 0 q b) r 5 K 0q c) r 6 K0q d) r Resp. [B] De acordo com a figura, observe: q 5q q q VR V1 V2 VR k 0 k 0 VR 0,5 k 0 5 k 0 2r r r r Assim, o potencial elétrico resultante, será: q VR 4,5 k 0 r 6 14) (UVA – 2004.2) Duas placas condutoras e paralelas estão separadas por uma distância de 10cm. A região entre elas está preenchida com ar, cuja rigidez dielétrica é igual a 3 ∙ 106 N/C. Qual o valor da diferença de potencial elétrico que deve ser aplicada às placas para que o ar entre elas se torne condutor? a) 3 ∙ 103 V b) 3 ∙ 104 V c) 3 ∙ 105 V d) 3 ∙ 106 V Resp. [C] EDIEL = 3 ∙ 106 N/C 6 Como se deseja que o ar se torne condutor, devemos admitir que o campo elétrico entre 6 as plantas seja igual à "rigidez" (3 ∙ 10 N/C). Assim: U E d U 3 10 6 0,1 U 3 10 6 10 1 U 3 105 V 15) (UVA – 2005.2) Qual a energia, em eletronvolts, adquirida por uma partícula α (o núcleo do átomo de hélio, 4 He 2 ), quando é acelerado por um potencial de 10 V? a) 1 b) 2 c) 10 d) 20 Resp. [D] Elétron-volt é a energia adquirida por uma partícula dotada de carga e (e = 1,6 ∙ 10-19 C) quando acelerado por uma ddp de 1 volt. Assim, como o núcleo de Hélio possui 2 elétrons e foi acelerado por uma d .d.p. de 10 V, temos: E q U E 2 e 10 U 20 eV 16) (UVA. 2004.1) Um eletro-volt (eV) é uma unidade de energia bastante usada em física atômica e molecular. Ela é a energia adquirida por um elétron ao ser acelerado entre dois pontos no espaço que possuem uma diferença e potencial de um volt entre eles. Seu valor em unidades do sistema internacional é: a) 1,6 ∙ 1019 J b) 1,6 ∙ 10–19 J c) 0,625 ∙ 1019 J d) 0,625 ∙ 10–19 J Resp. [B] Dados: |q| =|e|=1,6 ∙ 10–19C (carga elementar) U=1V E = ? (SI) [Energia] De acordo com o exposto no enunciado, podemos inferir: ΔE = τ = q ∙ U (Teorema da Energia) Desenvolvendo o cálculo da energia, temos: ΔE = 1,6 ∙ 10–19 ∙ 1 Assim, concluímos que a energia correspondente a 1 eV é igua l a 1,6 ∙ 10–19 J. c 17) (UVA – 2003.1) Uma carga elétrica pontual de valor + 4 μC determinada posição sobre uma superfície horizontal. Um corpo B carga elétrica + 3 μC é colocado a uma distância de 30 cm do corpo solto. Qual a velocidade final obtida pelo corpo B? Considere que resistência ao movimento do corpo B e seja k0 = 9 ∙ 109 N ∙ m2/C2. a) 600 m/s b) 6 m/s c) 60 m/s d) 6000 m/s Resp. [B] Dados: está fixa em uma de massa 20 g e A e em seguida é não há forças de QA 4 C 4 10 6C 6 QB 3C 3 10 C d 30 cm 3 10 1m 9 2 2 k0 9 10 N m / C (vácuo) 2 mB 20 g 0, 02 2 10 kg v ? Sabemos que a variação da energia é o trabalho sobre a carga: EP EC 0 Qq Qq m v2 Q q m v2 k0 k0 k0 d AB d 2 d AB 2 Substituindo os valores, obtemos: 9 109 4 10 6 3 10 6 2 10 2 10 3 v2 102 v 36 10 2 v 36 v 6 m / s 3 101 2 18) (UVA – 2005.1) Qual das equivalências de unidades de medidas abaixo não é correta? a) Newton = quilograma ∙ metro / (segundo) 2 b) Joule = Newton ∙ metro c) Newton / (metro)2 = Pascal d) Ampère = Coulomb ∙ segundo Resp. [D] Por definição, Ampère tem como unidade de medida Coulomb/segundo. Resposta correta: "D" 19) (UVA – 2006.1) Os semicondutores promoveram uma verdadeira revolução na eletrônica. Os chips de computadores são feitos deste tipo de material. O que são semicondutores? a) São materiais que não oferecem resistência à passagem de corrente elétrica. b) São os materiais de mais alta condutividade. c) São os materiais de mais alta resistividade. d) São materiais cujo valor da resistividade é intermediário entre os valores das resistividades dos isolantes e dos condutores. Resp. [D] A classificação de um material como condutor ou isolante é feita baseando -se em sua resistividade (ρ). Sabemos que os condutores possuem valores baixos de resistividade, enquanto que os isolantes possuem valores altos. Os semicondutores ora podem conduzir ou não corrente elétrica, variando seu coeficiente de resistividade entre valores altos e baixos. 20) (UVA – 2003.2) Na descarga de um relâmpago típico, uma corrente de 2,4 ∙ 104 A flui durante 20 μs. Quantos elétrons são transferidos neste evento? Seja a carga elementar igual a 1,6 ∙ 10–19 C. a) 3,0 ∙ 1018 b) 1,6 ∙ 1018 c) 2,4 ∙ 1018 d) 2,0 ∙ 1018 Resp. [A] Dados: i 2, 4 10 4 A 6 5 t 20 s 20 10 s 2 10 s 19 e 1, 6 10 C n ? Sabemos que existe a quantização da carga elétrica, assim aplicando na equação da corrente elétrica, temos: Q ne i t i i n t t e Substituindo os valores, obtemos: 1,5 n 2, 4 104 2 10 5 19 n 3 101 1019 n 3 1018 elétrons 1, 6 10 21) (UVA – 2005.2) Medindo-se a corrente elétrica que passa por um resistor em função do potencial aplicado aos terminais do mesmo obtivemos os seguintes valores. Potencial/ v 0 1 2 3 4 5 Corrente/ mA 0 1 4 9 16 25 A partir destes dados, qual a razão entre o valor da resistência quando o potencial é igual a 1 V e o valor da resistência quando o potencial for igual a 5V? a) 1 b) 2 c) 5 d) 10 Resp. [C] De acordo com a primeira lei de Ohm: U 1 R1 1 R1 R1 1 10 3 3 i1 1 10 U 1 1 R2 2 R2 R2 103 3 i2 5 10 5 Assim, a razão é: R1 R 1 10 3 1 5 3 R2 1 10 R2 5 22) (UVA – 2004.2) Um estudante mediu a corrente que passa por um condutor em função do potencial aos terminais do mesmo. Ele obteve os dados listados na tabela abaixo: Potencial (V) 5 10 20 30 Corrente (mA) 0,20 0,25 0,35 0,50 Podemos afirmar que: a) A corrente quando o potencial for igual a 35 V será 0,70 mA. b) O condutor não obedece a lei de Ohm. c) O gráfico corrente versus potencial é uma reta. d) O condutor não tem resistência. Resp. [B] I) U 5 R1 1 R1 R1 25 2 i1 10 II) U 10 R2 2 R2 R2 40 1 i2 4 Como o resistor não se mantém com o mesmo valor, não é ô hmico. 23) (UVA – 2003.2) O gráfico mostrado na figura abaixo representa a corrente medida nos terminais de um resistor em função de tensão aplicada ao mesm o. Qual seria o valor da corrente medida se a tensão aplicada fosse de 220 V? A linha sólida que liga os pontos é mostrada apenas para efeito de visualização da curva. a) 220 A b) 110 mA c) 110 A d) 220 mA Resp. [D] De acordo com o gráfico podemos aplicar a primeira lei de Ohm: U 50 5 101 R 1R R R 1 103 i1 0, 05 5 10 2 Assim, quando a tensão aplicada for de 220V, a intensidade da corrente será: U U 220 3 R i i 3 220 10 i 220 mA i R 10 m 24) (UVA – 2003.2) Em um chuveiro elétrico estão escritas as seguintes especificações: 2200 W, 220 V. Funcionando segundo as especificações, qual será a corrente que passa pelo resistor do chuveiro elétrico? a) 5 A b) 10 A c) 15 A d) 22 A Resp. [B] Aplicando a fórmula de potência, temos : P i U 2200 i 220 i 10A 25) (UVA – 2008.1 – 2ª fase) Um estabilizador de tensão tem potência de 700 VA, e vem com um fusível de 8 A para uma tensão de entrada de 110 V. Se vamos liga -lo em 220 V devemos substituir o fusível de 8 A por outro de: a) 1 A b) 2 A c) 3 A d) 4 A Resp. [D] Dados: Pot 700 VA i Fusível 8 A U1 110 V U 220 V 2 i2 ? Admitindo que a potência máxima de 700 VA será “respeitada” em 220 V, encontramos: Pot1 Pot2 U 1 iFusível U 2 i 2 Substituindo os valores, obtemos: 110 8 220 i2 i2 4 A 26) (UVA – 2007.2 – 1ª fase) A companhia de energia do Ceará oferece um desconto para consumidores de baixo consumo (até 100 kWh em um mês). Este valor corresponde ao consumo de uma lâmpada incandescente de 100 W funcionando ininterruptamente, durante quantas horas? a) 1 hora b) 100 horas c) 1000 horas d) 100000 horas Resp. [C] Temos: E 100 kW h E 100 10 3W h Calculando o tempo através da potência, temos: E E 100 103 Pot t t t 103 1000 h t Pot 100 27) (UVA – 2007.2 – 1ª fase) Você possui um ferro elétrico com as seguintes especificações: 220 V, 1100 W. Em uma viagem a São Paulo, você leva este ferro, mas descobre que a tensão no hotel é 110 V. Você decide usar o ferro assim mesmo. Qual será a potência dissipada pelo ferro elét rico? a) 275 W b) 550 W c) 1100 W d) 2200 W Resp. [A] Calculando a potência: 2 2 2 2 4 110 110 220 110 2 110 110 U12 U 22 Pot1 Pot2 Pot1 Pot2 1100 Pot2 1100 Pot2 1100 Pot2 2 Pot2 2 1100 Pot2 275 W 4 28) (UVA – 2006.2) As especificações da fonte de um computador pessoal indicam os seguintes valores 110 V - 1A. Esta fonte também pode funcionar em 220 V. Qual será o valor da resistência do computador se a fonte estiver funcionando em 220 V. a) 110 Ω b) 220 Ω c) 330 Ω d) 440 Ω Resp. [D] Sabemos que: U 110 R1 1 R1 R1 110 i1 1 Levando em consideração que o computador esteja funcionando de acordo com as especificações técnicas tanto em 110 V quanto em 220 V, concluímos que sua potência é a mesma, assim: 2 U2 U2 U2 R 1 110 110 110 Pot1 Pot2 1 2 12 1 R 2 4 110 R1 R2 U 2 R2 R2 4 R2 220 R2 440 29) (UVA – 2006.1) Medindo-se a corrente elétrica que passa por um re sistor em função do potencial aplicado aos terminais do mesmo, obtivemos os seguintes valores: Potencial / V 0 1 2 3 4 Corrente / mA 0 1 4 9 16 Qual o valor da potência dissipada neste resistor quando o valor de sua resistência for de 500W? a) 1 mW b) 8 mW c) 27 mW d) 64 mW Resp. [B] Pela tabela, note que não há proporcionalidade entre a d.d.p. e a corrente elétrica, logo o resistor não é ôhmico. Observando os valores na tabela, a corrente elétrica e a d.d.p. (U) têm a seguinte relação numérica: U x e i x2 Logo: P i U Pot x x 2 Pot x 3 (em valores numéricos). Calculando o valor de x pela 1ª Lei de Ohm: ` x x R 2 500 2 0, 5 x 1 x 2 3 x 10 x 10 3 Como: U 2 V 3 i 4 mA 4 10 A Logo a potência dissipada valerá: 3 Pot i U Pot 2 4 103 Pot 8 10 Pot 8 mW m 30) (UVA – 2008.1 – 2ª fase) Um resistor cilíndrico de raio 5,0 mm e comprimento 2 π cm é feito de um material cuja resistividade é de 2,5 ∙ 10-3 Ω . m. Qual a diferença de potencial nos terminais do resistor quando a potência dissipada no resistor for 2 W. a) 2 V b) 4 V c) 5 V d) 10 V Resp. [A] Dados: r 5 mm L 2 cm L R , mas A r 2 A Pot 2 W 3 2,5 10 m Então: L 2 102 5 105 R R 2,5 103 R R 0, 2 101 R 2 A (5 103 ) 2 25 106 Cálculo da potência dissipada: Pot U2 U2 2 U 2 4 U 4 U 2V R 2 31) (UVA – 2007.1) Um fio condutor possui resistência de 6 Ω. Ele é esticado de modo que seu novo comprimento é três vezes seu comprimento inicial. Considerando que a densidade e a resistividade do fio não variem durante o processo de esticamento qual a nova resistência do fio? a) 6 Ω b) 18 Ω c) 36 Ω d) 54 Ω Resp. [D] Situação inicial: Resistência: L R 6 A Situação final: Nota: Como a densidade não muda , concluímos que o volume é o mesmo, para isso ao multiplicarmos o volume por 3 a área da seção será reduzida à terça parte. A nova Resistência: L' 3 L L R' R' R ' 3 3 R ' 9 R R ' 9 6 R ' 54 A A' A 3