Lista de Revisão Vol. 1 _1_ Física - Base Forte Pré

Lista de Revisão – FÍSICA – Frente B
Professora Pâmela Xavier
1. (Faculdade Albert Einstein 2016) Por decisão da Assembleia Geral da Unesco, realizada em dezembro de
2013, a luz e as tecnologias nela baseadas serão celebradas ao longo de 2015, que passará a ser referido
simplesmente como Ano Internacional da Luz. O trabalho de Albert Einstein sobre o efeito fotoelétrico (1905) foi
fundamental para a ciência e a tecnologia desenvolvidas a partir de 1950, incluindo a fotônica, tida como a
tecnologia do século 21. Com o intuito de homenagear o célebre cientista, um eletricista elabora um inusitado
aquecedor conforme mostra a figura abaixo. Esse aquecedor será submetido a uma tensão elétrica de 120V,
entre seus terminais A e B, e será utilizado, totalmente imerso, para aquecer a água que enche completamente
um aquário de dimensões 30 cm × 50 cm × 80 cm. Desprezando qualquer tipo de perda, supondo constante a
potência do aquecedor e considerando que a distribuição de calor para a água se dê de maneira uniforme,
determine após quantas horas de funcionamento, aproximadamente, ele será capaz de provocar uma variação
de temperatura de 36°F na água desse aquário.
Adote:
Pressão atmosférica = 1 atm
Densidade da água = 1 g / cm3
Calor específico da água = 1 cal ⋅ g−1 ⋅ °C−1
1 cal = 4,2 J
= resistor de 1 Ω
a)
b)
c)
d)
1,88
2,00
2,33
4,00
2. (Ime 2015)
A figura acima mostra um sistema
posicionado no vácuo formado por um
recipiente contendo um gás ideal de massa
molecular M e calor específico c em duas
situações distintas. Esse recipiente é fechado
por um êmbolo preso a uma mola de
constante elástica k, ambos de massa
desprezível. Inicialmente (Situação 1), o
sistema encontra-se em uma temperatura
T0 , o êmbolo está a uma altura h0 em
relação à base do recipiente e a mola
comprimida de x0 em relação ao seu comprimento relaxado.
Se uma quantidade de calor Q for fornecida ao gás (Situação 2), fazendo com que o êmbolo se desloque para
uma altura h e a mola passe a estar comprimida de x, a grandeza que varia linearmente com Q é
a) x + h
b) x − h
c) (x + h)2
d) (x − h)2
e) xh
3. (Uesc 2011) Considere uma barra de liga metálica, com densidade linear de 2, 4 ⋅ 10−3 g / mm , submetida
a uma variação de temperatura, dilatando-se 3,0mm. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear e o calor
específico da liga são, respectivamente, iguais a 2,0 ⋅ 10−5 º C−1 e a 0,2cal / gº C , a quantidade de calor
absorvida pela barra nessa dilatação é igual, em cal, a
a) 72,0
b) 80,0
c) 120,0
d) 132,0
e) 245,0
4. (Upe 2010) Dois cilindros feitos de materiais A e B têm os mesmos comprimentos; os respectivos diâmetros
estão relacionados por dA = 2 dB. Quando se mantém a mesma diferença de temperatura entre suas
extremidades, eles conduzem calor à mesma taxa. As condutividades térmicas dos materiais estão relacionadas
por:
a) kA = kB / 4
b) kA = kB / 2
c) kA = kB
d) kA = 2 kB
e) kA = 4 kB
5. (Ufpa 2008) Dois estudantes do ensino médio decidem calcular a temperatura do fundo de um lago. Para
tanto, descem lentamente um cilindro oco, de eixo vertical, fechado apenas na extremidade superior, até o fundo
do lago, com auxílio de um fio (figura a seguir). Ao puxarem o cilindro de volta, observam que ele está molhado
internamente até 70% da sua altura interna. Medindo o comprimento do fio recolhido, eles encontram que a
profundidade do lago é igual a 21 m. Na superfície do lago, a pressão é 1,0 atm (1,0 . 105 N/m2) e a temperatura
é 27 °C. Admitindo-se que o ar seja um gás ideal, que a aceleração da gravidade vale 10 m/s2 e que a densidade
da água é constante e igual a 103 kg/m3, o valor da temperatura encontrada pelos estudantes é
a) 2,79 °C
b) 276 K
c) 289 K
d) 12 °C
e) 6 °C
6. (Pucmg 2008) O ebulidor, dispositivo usado nas residências para o aquecimento da água, é um exemplo bem
ilustrativo de aplicação do efeito JOULE. Esse fenômeno foi estudado no século XIX pelo cientista James P.
Joule e consiste na transformação da energia elétrica perdida pelas cargas da corrente elétrica em calor.
Considere um ebulidor ligado a uma tensão de 120V imerso em um recipiente que contenha um litro de água a
20°C. Admitindo-se que todo o calor originado da resistência elétrica seja transferido à água, o valor da
resistência do ebulidor para que a água atinja a temperatura de 100°C em 2,0 minutos será de,
aproximadamente:
Considere: c = 4,18 J/g°C e с = 1 litro/kg
a) 5,5 Ù
b) 16,5 Ù
c) 3,5 Ù
d) 8,5 Ù
7. (Ueg 2008)
DESCOBERTO SEXTO ESTADO DA MATÉRIA
Os três estados da matéria (sólido, líquido e gasoso) são bem conhecidos. O quarto, o plasma, já não é
novidade e poucos conhecem o quinto estado: o Condensado de Bose-Einstein. Agora, pesquisadores da
Universidade do Colorado e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (Nist), nos EUA, acabam de descobrir
o sexto estado da matéria: o condensado fermiônico. Os pesquisadores empregaram feixes de laser para
aprisionar uma pequena nuvem de átomos de potássio, aplicando um campo magnético e resfriando-os a uma
temperatura de apenas 50 bilionésimos de um grau acima do zero absoluto (- 273,16 °C). A nova descoberta
será útil para entender melhor o fenômeno da supercondutividade.
PHYSICAL REVIEW LETTERS, v. 92, n. 4, de 30 de janeiro, artigo número 040403 (http://prl.aps.org).
Disponível em: <http://prl.aps.org >. Acesso em: 11 set. 2007. [Adaptado].
Com base na teoria dos estados da matéria, é INCORRETO afirmar:
a) A luz laser consiste em ondas que apresentam um comprimento de onda específico que corresponde à
distância entre dois máximos e dois mínimos, medida na direção em que a onda está se movimentando.
b) As substâncias podem mudar de estado físico (sólido, líquido, gasoso etc.) e esse fenômeno depende
exclusivamente da temperatura a que estão expostas.
c) O zero absoluto é um conceito no qual um corpo, classicamente, não conteria energia alguma. Todavia, as
leis da Termodinâmica mostram que esta temperatura continua experimentalmente inatingível.
d) A supercondutividade é um fenômeno que se manifesta em alguns materiais que se tornam capazes de
transportar corrente elétrica sem nenhuma resistência abaixo de certa temperatura.
8. (Ufv 1999) A figura a seguir ilustra um arame rígido de aço, cujas extremidades estão distanciadas de "L".
Alterando-se sua temperatura, de 293K para 100°C, pode-se afirmar que a
distância "L":
a) diminui, pois o arame aumenta de comprimento, fazendo com que suas
extremidades fiquem mais próximas.
b) diminui, pois o arame contrai com a diminuição da temperatura.
c) aumenta, pois o arame diminui de comprimento, fazendo com que suas
extremidades fiquem mais afastadas.
d) não varia, pois a dilatação linear do arame é compensada pelo aumento
do raio "R".
e) aumenta, pois a área do círculo de raio "R" aumenta com a temperatura.
9. (Uel 1996) O gráfico a seguir representa o calor absorvido por dois corpos sólidos M e N em função da
temperatura.
A capacidade térmica do corpo M, em relação à do
corpo N, vale
a) 1,4
b) 5,0
c) 5,5
d) 6,0
e) 7,0
10. (Uel 1996) Em um recipiente, de paredes adiabáticas e capacidade térmica desprezível, introduzem-se 200
g de água a 20 °C e 80 g de gelo a - 20 °C. Atingindo o equilíbrio térmico, a temperatura do sistema será
Dados:
calor específico da água = 1,0 cal/g°C
calor específico do gelo = 0,50 cal/g°C
calor latente de fusão de gelo = 80 cal/g
a) - 11 °C
b) 0 °C, restando 40 g de gelo.
c) 0 °C, restando apenas água.
d) 0 °C, restando apenas gelo.
e) 11 °C
11. (Ufmg 1995) O gráfico a seguir mostra como variam as temperaturas de dois corpos, A e B, cada um de
massa igual a 100 g, em função da quantidade de calor absorvida por eles.
Os calores específicos dos corpos A(cA) e B(cB) são respectivamente,
a) cA = 0,10 cal/g°C e cB = 0,30 cal/g°C
b) cA = 0,067 cal/g°C e cB = 0,20 cal/g°C
c) cA = 0,20 cal/g°C e cB = 0,60 cal/g°C
d) cA = 10 cal/g°C e cB = 30 cal/g°C
e) cA = 5,0 cal/g°C e cB = 1,7 cal/g°C
12. (Cesgranrio 1992) Uma rampa para saltos de asa-delta é construída de acordo com o esquema que se
segue. A pilastra de sustentação II tem, a 0 °C, comprimento três vezes maior do que a I.
Os coeficientes de dilatação de I e II são, respectivamente, á1 e á2.
Para que a rampa mantenha a mesma inclinação a qualquer temperatura, é necessário que a relação entre á1 e
á2 seja:
a) á1 = á2
b) á1 = 2á2
c) á1 = 3á2
d) á2 = 3á1
e) á2 = 2á1
13. (Uema 2015) Um técnico de laboratório de química, para destilar certa massa de água, usou um aquecedor
elétrico para colocar em ebulição 80% dessa massa, pois o mesmo não pode funcionar a seco. Considere que
essa massa estava a 20°C e que levou 5 min para ferver a 100°C.
Adotando-se um regime estacionário e sem perda de energia, o calor de vaporização igual a 540 cal / g e o
calor específico igual a 1 cal / g°C, calcule o tempo total programado pelo técnico para o desligamento do
temporizador do aquecedor, considerando que o mesmo não tenha sofrido qualquer danificação.
14. (Ime 2015) Uma fábrica produz um tipo de resíduo industrial na fase líquida que, devido à sua toxidade,
deve ser armazenado em um tanque especial monitorado à distância, para posterior tratamento e descarte.
Durante uma inspeção diária, o controlador desta operação verifica que o medidor de capacidade do tanque se
encontra inoperante, mas uma estimativa confiável indica que 1 3 do volume do tanque se encontra preenchido
pelo resíduo. O tempo estimado para que o novo medidor esteja totalmente operacional é de três dias e neste
intervalo de tempo a empresa produzirá, no máximo, oito litros por dia de resíduo.
Durante o processo de tratamento do resíduo, constata-se que, com o volume já previamente armazenado no
tanque, são necessários dois minutos para que uma determinada quantidade de calor eleve a temperatura do
líquido em 60° C. Adicionalmente, com um corpo feito do mesmo material do tanque de armazenamento, são
realizadas duas experiências relatadas abaixo:
Experiência 1: Confecciona-se uma chapa de espessura 10 mm cuja área de seção reta é um quadrado de
lado 500 mm. Com a mesma taxa de energia térmica utilizada no aquecimento do resíduo, nota-se que a face
esquerda da chapa atinge a temperatura de 100° C enquanto que a face direita alcança 80° C.
Experiência 2: A chapa da experiência anterior é posta em contato com uma chapa padrão de mesma área de
seção reta e espessura 210 mm. Nota-se que, submetendo este conjunto a 50% da taxa de calor empregada
no tratamento do resíduo, a temperatura da face livre da chapa padrão é 60° C enquanto que a face livre da
chapa da experiência atinge 100° C.
Com base nestes dados, determine se o tanque pode acumular a produção do resíduo nos próximos três dias
sem risco de transbordar. Justifique sua conclusão através de uma análise termodinâmica da situação descrita e
levando em conta os dados abaixo:
Dados:
- calor específico do resíduo: 5000 J kg °C;
- massa específica do resíduo: 1200 kg m3 ;
- condutividade térmica da chapa padrão: 420 W m °C.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J (mol ⋅ K).
Pressão atmosférica ao nível do mar: P0 = 100 kPa.
Massa molecular do CO2 = 44 u.
Calor latente do gelo: 80cal g.
Calor específico do gelo: 0,5 cal (g ⋅ K).
1cal = 4 × 107 erg.
Aceleração da gravidade: g = 10,0m s2 .
15. (Ita 2015) Num copo de guaraná, observa-se a formação de bolhas de CO2 que sobem à superfície.
Desenvolva um modelo físico simples para descrever este movimento e, com base em grandezas intervenientes,
estime numericamente o valor da aceleração inicial de uma bolha formada no fundo do copo.
16. (Ime 2013)
A figura acima representa um sistema, inicialmente em equilíbrio mecânico e
termodinâmico, constituído por um recipiente cilíndrico com um gás ideal, um
êmbolo e uma mola. O êmbolo confina o gás dentro do recipiente. Na condição
inicial, a mola, conectada ao êmbolo e ao ponto fixo A, não exerce força sobre
o êmbolo. Após 3520 J de calor serem fornecidos ao gás, o sistema atinge um
novo estado de equilíbrio mecânico e termodinâmico, ficando o êmbolo a uma
altura de 1,2 m em relação à base do cilindro. Determine a pressão e a
temperatura do gás ideal:
Observação: Considere que não existe atrito entre o cilindro e o êmbolo.
Dados: Massa do gás ideal: 0,01 kg; Calor específico a volume constante do
gás ideal: 1.000 J/kg.K; Altura inicial do êmbolo em relação à base do cilindro:
X1 = 1 m; Área da base do êmbolo: 0,01 m2; Constante elástica da mola: 4.000
N/m; Massa do êmbolo: 20 kg; Aceleração da gravidade: 10 m/s2; Pressão
atmosférica: 100.000 Pa.
a) na condição inicial;
b) no novo estado de equilíbrio.
17. (Ufmg 2011) Um pistão – constituído de um cilindro e de um êmbolo, que pode se mover livremente –
contém um gás ideal, como representado na Figura I. O êmbolo tem massa de 20 kg e área de 0,20 m2 .
Nessa situação, o gás está à temperatura ambiente e ocupa um volume VI.
Considere quaisquer atritos desprezíveis e que a pressão atmosférica é de 101
kPa.
1. Com base nessas informações, determine a pressão do gás dentro do pistão.
2. Em seguida, o pistão é virado de cabeça para baixo, como mostrado na Figura
II.
Nessa nova situação, a temperatura continua igual à do ambiente e o volume ocupado pelo gás é VII .
Com base nessas informações, determine a razão VII / VI entre os volumes.
3. Assinalando com um X a opção apropriada, responda:
Ao passar da situação representada na Figura I para a mostrada na Figura II, o gás dentro do cilindro cede
calor, recebe calor ou não troca calor?
( ) Cede calor.
( ) Recebe calor.
( ) Não troca calor.
Justifique sua resposta.
18. (Unimontes 2011) Uma barra de comprimento L = 50 m, feita de um material X, sofre variação de
temperatura de 20°C, e seu comprimento varia em 0,02%. Considere duas barras do mesmo material X e de
mesmo comprimento L, posicionadas, uma em frente à outra, separadas por uma distância d = 1 cm (veja a
figura). Admitindo-se que cada barra cresça de forma homogênea, a variação de temperatura necessária para
que a distância d, entre elas, se anule será igual a
19. (Uff 2010) Um cilindro de volume V, inicialmente aberto, é colocado sobre uma balança. A tara da balança é
então ajustada para que a leitura seja zero. O cilindro é fechado e ligado a uma bomba com um manômetro
acoplado para medir a pressão do ar no seu interior. É, então, bombeado ar para o interior desse cilindro e a
pressão (P) como função da variação da massa Äm registrada através da leitura da balança é ilustrada no
gráfico.
Considere o ar, durante toda a experiência, como um gás ideal cuja massa molecular é M. O volume V e a
temperatura T do cilindro são mantidos constantes durante toda a experiência, e a pressão atmosférica é P0.
a) Determine a massa inicial de ar (m0) no interior do cilindro em termos de P0 , M, V, T e da constante universal
dos gases R.
b) Determine o valor de Äm, correspondente a P = 0, onde a reta ilustrada na figura corta o eixo horizontal.
c) Mostre como ficaria o gráfico P × Äm, se a experiência fosse realizada a uma temperatura T1 < T,
aproveitando a figura do enunciado para esboçar o novo resultado.
20. (Ufscar 2008) Após ter estudado calorimetria, um aluno decide construir um calorímetro usando uma lata de
refrigerante e isopor. Da latinha de alumínio removeu parte da tampa superior. Em seguida, recortou anéis de
isopor, de forma que estes se encaixassem na latinha recortada, envolvendo-a perfeitamente (Figura 1).
Em seu livro didático, encontrou as seguintes informações (Figura 2):
a) Determine a capacidade térmica desse calorímetro, sabendo que a massa da latinha após o recorte realizado
era de 15 . 10-3 kg.
b) Como a capacidade térmica do calorímetro era muito pequena, decidiu ignorar esse valor e então realizou
uma previsão experimental para o seguinte problema:
Determinar a temperatura que deve ter atingido um parafuso de ferro de 0,1 kg aquecido na chama de um fogão.
Dentro do calorímetro, despejou 0,2 L de água. Após alguns minutos, constatou que a temperatura da água era
de 19 °C. Aqueceu então o parafuso, colocando-o em seguida no interior do calorímetro. Atingido o equilíbrio
térmico, mediu a temperatura do interior do calorímetro, obtendo 40 °C. Nessas condições, supondo que
houvesse troca de calor apenas entre a água e o parafuso, determine aproximadamente a temperatura que este
deve ter atingido sob o calor da chama do fogão.
Resposta
Gabarito:
da
questão
16:
RESPOSTAS
a) 1,2 × 105 Pa
Resposta
[C]
da
questão
1:
Resposta
[E]
da
questão
2:
Resposta
[A]
da
Resposta
[A]
da
questão
4:
Resposta
[E]
da
questão
5:
Resposta
da
questão
17:
1. 102 KPa
2. 1, 02
3.
Como
ocorreu
uma
expansão
W > 0 → Q > 0 → o gás recebeu calor.
da
questão
18:
da
questão
19:
da
questão
20:
320K
b) 2,0 × 105 Pa
questão
3:
640K
Resposta
[A]
da
questão
6:
Resposta
20ºC
Resposta
[B]
da
questão
7:
Resposta
a)
Resposta
[E]
Resposta
[E]
da
questão
8:
da
questão
9:
Resposta
[B]
da
questão
10:
Resposta
[A]
da
questão
11:
Resposta
[C]
da
questão
12:
Resposta
da
questão
13:
m0 =
t total = 5 + 27
b)
∆m = -m0.
c)
Resposta
a) 13,5 J/ºC
b)432ºC
t total = 32 minutos
Resposta da questão 14:
34 L
Sendo
Vmáx > V, o tanque corre o risco de transbordar.
Resposta
5 x 10³ m/s²
M P0 V
.
RT
da
questão
15: