Dicas de Física

Dicas de Física - Walfredo
Questão 01)
A figura abaixo representa uma região do espaço onde existe um campo elétrico uniforme
(E), criado por duas placas paralelas, submetidas a uma diferença de potencial elétrico de
1,0 x 104 V, separadas por uma distância de 10 cm. Na placa inferior, é colocado um
pequeno dispositivo (D) capaz de detectar partículas.
+++++++++++++++++++++++++
placa
E
V ------partícula
-----------------
10 cm
.
- - - - placa
D (detector)
a) Calcule, em V/m, o valor do campo elétrico E entre as placas. Considere que, em
diferentes instantes, faz-se penetrar na região do campo E, sempre com a mesma
velocidade v, ora um elétron, ora uma partícula  (2 prótons e 2 nêutrons) e resolva os
itens seguintes.
b) Qual dessas
resposta.
partículas poderá ser capturada pelo dispositivo D? Justifique sua
c) Ao penetrarem no campo elétrico E, o elétron e a partícula  ficam sujeitos a forças
elétricas de intensidades Fe e F, respectivamente. Determine a relação F/Fe.
d) Sabendo que a relação entre as massas do próton (mp), do elétron (me) e do nêutron
(mn) é, aproximadamente, mp= mn = 2 x 103 me , determine a relação entre a
aceleração da partícula  (a) e a aceleração do elétron (ae), ao se deslocarem na
região do campo elétrico E.
e) Esboce, na própria figura, as trajetórias do elétron e da partícula  na região do campo
elétrico E, na suposição de que o detector D, de fato, capture uma dessas partículas.
Gab:
a) 1,0 . 105V/m
b) Como o campo elétrico é dirigido para baixo apenas a partícula  poderá ser detectada
D pois apresenta carga de sinal positivo.
c) –2
d) 2,5 . 10-4
e.
+++++++++++++++++++++++++
e-(elétron)
E
V ------partícula
placa
10 cm
.
(alfa)
-----------------
- - - - placa
D (detector)
Questão 02)
Considere quatro cargas puntuais q1 = 3C, q2 = 3C, q3 = 3C e q4 = -3C, dispostas nos vértices
de um retângulo imaginário de lados L1 = 3m e L2 = 4m, como representado na figura.
Calcule o trabalho, em Joules, necessário para afastar as cargas, até que a distância entre
elas seja duplicada. Dê sua resposta dividindo o valor encontrado por 9 x 109.
q1
L1
q2
L2
q3
q4
A energia potencial armazenada num sistema de duas cargas elétricas q e q’ é dada por:
E 
Gab: 00
kqq'
d
, onde k é a constante eletrostática e d a distância entre elas.
Questão 03)
Considere um pequeno condutor esférico, de massa m  0,1 kg e carga q  102 C , pendurado
por um fio isolante inextensível, de comprimento l, entre duas placas de um capacitor de
placas planas e paralelas, cuja área é S  1 m 2 e cuja distância entre as placas é d  0,5 m ,
conforme a figura abaixo. As placas são mantidas a uma diferença de potencial de
U  50 V .
Dado que o condutor está em equilíbrio estático e que g  10 m/s 2 e 0  8,85x1012 F/m ,
calcule:
a) o ângulo  .
b) a capacitância C do capacitor.
c) a carga Q do capacitor.
Gab:
a)

= 45º
b) 1,77 x 10–11 F
c) 8,85 x 10–10 C
Questão 04)
Uma amostra de massa m = 60g de ouro, mantida em completo isolamento térmico do
ambiente, é envolvida por um fio condutor, muito fino e envernizado que serve para
aquecê-la.
Este aquecedor tem resistência elétrica R=300  e pode ser momentaneamente conectado
a uma bateria ideal de f.e.m. igual a 12V, ligando-se a chave S da figura.
Com o aquecedor ligado, a temperatura da amostra sobe. Um sensor de temperatura
fixado à amostra permite o registro de sua temperatura em função do tempo como
mostrado a seguir.
Com base nos dados fornecidos acima, determine:
a) a corrente elétrica que percorre o aquecedor quando em funcionamento;
b) a potência dissipada pelo aquecedor quando em funcionamento;
c) a taxa de aumento da temperatura da amostra com o tempo com o aquecedor em
pleno funcionamento;
d) o calor específico do ouro em cal/g°C, lembrando que 1J=0,24 cal.
Gab:
a) 40mA
b) 0,48W
c) 6,0 . 10-2oC/s
d) 0,032cal/goC
Questão 05)
Um ebulidor elétrico (“mergulhador”) tem a especificação de 1.000W/120V. Usá-lo aqui
em Goiânia, onde a “voltagem” é de 220V, pode causar alguma dificuldade.
a) Quais as conseqüências práticas do uso deste ebulidor em Goiânia? Justifique sua
resposta em função da potência este aparelho.
b) Para funcionar este ebulidor em Goiânia, pode-se, por exemplo, usá-lo com um
transformador. Justifique o uso do transformador neste caso.
Gab:
a) Queimar
b) Abaixar a tensão
Questão 06)
No circuito abaixo, uma diferença de potencial de 12 V é fornecida por uma bateria de
resistência interna nula. Deseja-se obter o valor de R de modo que a potência (P) dissipada
nessa resistência seja a máxima possível.
a) Obtenha expressões para a corrente (I) através de R e para a potência (P), dissipada
em R, em função de R.
b) Calcule os valores de P para R = 0 , 1 , 2 , 3 , 4  e faça o gráfico de P em função
de R. Com base no gráfico, estime o valor de R que fornece a potência máxima.
Gab:
a)
b)
Questão 07)
A figura abaixo mostra uma barra metálica horizontal de comprimento L = 50cm e peso P =
3,0N suspensa por molas também metálicas de constante elástica k = 5,0N/m cada. A barra
está imersa em uma região onde atua um campo de indução magnética uniforme B, cuja
direção, na figura, é perpendicular ao plano do papel e apontando para o leitor.
BATERIA
B
Sabendo-se que a barra conduz uma corrente i = 6,0 A e que o campo não exerce
influência sobre as molas:
a) determine o sentido da corrente, par que as molas, no equilíbrio, não exerçam forças
sobre a barra. Justifique sua resposta;
b) calcule o valor da indução magnética, B, para que as molas, no equilíbrio, fiquem
alongadas de 15,0cm.
Gab:
a) No caso da figura, com o polegar apontado para cima e o médio do plano do desenho
para o observador, o indicador apontará para a esquerda. Na figura abaixo se
representam a força FB e o sentido da corrente
BATERIA
FB
B
i
;
b) B = 0,50T
Questão 08)
Para estimar a intensidade de um campo magnético B0, uniforme e horizontal, é utilizado
um fio condutor rígido, dobrado com a forma e dimensões indicadas na figura, apoiado
sobre suportes fixos, podendo girar livremente em torno do eixo OO’. Esse arranjo
funciona como uma “balança para forças eletromagnéticas”. O fio é ligado a um gerador,
ajustado para que a corrente contínua fornecida seja sempre i = 2,0 A, sendo que duas
pequenas chaves, A e C, quando acionadas, estabelecem diferentes percursos para a
corrente. Inicialmente, com o gerador desligado, o fio permanece em equilíbrio na posição
horizontal. Quando o gerador é ligado, com a chave A, aberta e C, fechada, é necessário
pendurar uma pequena massa M1 = 0,008 kg, no meio do segmento P3-P4, para
restabelecer o equilíbrio e manter o fio na posição horizontal.
a) Determine a intensidade da força eletromagnética F1, em newtons, que age sobre o
segmento P3P4 do fio, quando o gerador é ligado com a chave A, aberta e C, fechada.
b) Estime a intensidade do campo magnético B0, em teslas.
c) Estime a massa M2, em kg, necessária para equilibrar novamente o fio na horizontal,
quando a chave A está fechada e C, aberta. Indique onde deve ser colocada essa
massa, levando em conta que a massa M1 foi retirada.
NOTE E ADOTE:
F = iBL
Desconsidere o campo magnético da Terra.
As extremidades P1, P2, P3 e P4 estão sempre no mesmo plano.
Gab:
a) F1 = 0,08N
b) B0 = 0,20T
c) 0,016kg, colocada no ponto N, médio de P3P4
Questão 09)
Um espectrômetro de massa foi utilizado para separar os íons I1 e I2, de mesma carga
elétrica e massas diferentes, a partir do movimento desses íons em um campo magnético
de intensidade B, constante e uniforme.
Os íons partem de uma fonte, com velocidade inicial nula, são acelerados por uma
diferença de potencial V0 e penetram, pelo ponto P, em uma câmara, no vácuo, onde atua
apenas o campo B (perpendicular ao plano do papel), como na figura. Dentro da câmara,
os íons I1 são detectados no ponto P1, a uma distância D1 = 20 cm do ponto P, como
indicado na figura. Sendo a razão m2/m1 entre as massas dos íons I2 e I1, igual a 1,44,
determine:
a) A razão entre as velocidades V1/V2 com que os íons I1 e I2 penetram na câmara, no
ponto A.
b) A distância D2, entre o ponto P e o ponto P2, onde os íons I2 são detectados.
(Nas condições dadas, os efeitos gravitacionais podem ser desprezados).
Uma partícula com carga Q, que se move em um campo B, com velocidade V, fica
sujeita a uma força de intensidade F = QVnB, normal ao plano formado por B e Vn,
sendo Vn a componente da velocidade V normal a B.
Gab:
a) 1,2
b) 24 cm
Questão 10)
A função trabalho do Césio é, aproximadamente, 2,0 eV. Ao incidir um feixe de “luz” sobre
uma lâmina metálica de Césio, um fotoelétron é emitido com energia cinética de 4,6 eV.
a) Calcule a freqüência mínima, em hertz, da “luz” incidente que causou essa emissão.
b) Suponha, agora, que se aumente a intensidade da “luz” incidente, mantendo-se
inalterada a sua freqüência. O que aconteceria com a energia cinética dos
fotoelétrons?
c) Explique, fisicamente, o que é função trabalho.
Gab:
a) 1,6 . 1015 Hz
b) nada
c) Barreira de potencial
Questão 11)
Em uma região onde existe um campo magnético uniforme B = 0,2T na direção vertical,
uma barra metálica — de massa desprezível, comprimento l = 1m e resistência elétrica R =
0,5  — desliza sem atrito, sob a ação de um peso, sobre trilhos condutores paralelos de
resistência desprezível, conforme a figura.
Sabendo que o circuito formado pela barra e pelos trilhos está contido em um plano
horizontal e que, após alguns instantes, a barra passa a se mover com velocidade
constante, identifique a origem da força que equilibra o peso e, considerando a massa
M=40g e a aceleração da gravidade g=10m/s2, calcule o valor da velocidade constante.
Gab:
De acordo com a Lei de Faraday-Lenz, o deslocamento da barra metálica, levando à
variação do fluxo magnético através da área delimitada pela barra metálica e pelos trilhos,
gera uma força eletromotriz no circuito. Por outro lado, na medida em que a barra
metálica é percorrida por uma corrente elétrica e está situada em uma região em que há
campo magnético, sobre ela atuará uma força magnética. A força eletromotriz gerada se
contrapõe ao efeito que a gera e desse modo a força magnética que atua sobre a barra
metálica é contrária à tensão no fio ao qual está conectada a massa M.
A força eletromotriz gerada é dada por  Bv , em que v é a velocidade da barra metálica
e a força magnética sobre a barra é F  Mg  Bi .
Assim, considerando-se que i 

R
, temse que v 
RMg
0,5.0,4

 5m / s .
2 2
B 
(2.101 ) 2 .12