IJSO – Preparação de Física (Lista 03) Aluno: Código: ______

IJSO – Preparação de Física (Lista 03)
Aluno:___________________________________________ Código: ________
Dados:
g = 10 m /s2
1 atm = 1,0.105 Pa
Parte I: Questões (valor: 8,5)
01. (1,0) Dois trens I e II, cujas frentes distam A metros entre si no instante t1,
movimentam-se com velocidades constantes de módulos |VI| = 2A m/s e |VII| =
3A m/s, de mesma direção mas em sentidos opostos.
Um pássaro, localizado na frente do trem I em t1, voa até a frente do trem
II, de onde retorna à frente do trem I e assim sucessivamente, até ser esmagado
quando os dois trens colidem, no instante t2.
Desprezando-se o tempo que o pássaro demora para se virar, ao atingir
um trem, o módulo de sua velocidade pode ser considerado constante igual a 4A
m/s. Sabe-se ainda que esse pássaro gasta 5A joules a cada metro percorrido,
perdendo 6A gramas de massa corporal a cada joule de energia gasto.
Determine, então, em função de A, a massa corporal que o pássaro
perdeu desde o instante t1 até o instante t2 devido ao deslocamento entre os
trens.
02. (1,0) Um CD gira em torno de um eixo que passa pelo seu centro, como num
toca CDs, porém com velocidade angular uniformemente acelerada. Se nos
primeiros 10 segundos o CD deu 2 voltas ao redor do eixo, pode-se afirmar que
a freqüência média do movimento realizado pelo CD desde t = 0, quando a
velocidade angular era ω = 0, até o fim da n.a volta foi de 1 Hz. Determine o
valor de n.
03. (1,3) Um corpo I de massa m, inicialmente no ponto A, desloca-se com
velocidade constante v0 sobre o trecho AB da figura abaixo, no qual não há atrito
entre o solo e o bloco. Logo depois de chocar-se de modo parcialmente elástico
o corpo II, também de massa m, preso por um fio inextensível, inicialmente no
ponto B, o corpo I passa por uma parte do solo na qual o coeficiente de atrito
com o bloco vale 0,2, parando 2 metros após B. Sabendo que o coeficiente de
restituição do choque entre os corpos I e II é de 0,2, determine a altura máxima
hmax atingida pelo corpo II.
04. (1,3) Um corpo de 10 kg de massa e 100 L de volume é abandonado a 5
metros de altura da superfície de um recipiente com água de (16/45) m de
profundidade. O fundo do recipiente fornece a um corpo que o toca com
velocidade V, um impulso I = (V3/2) – 8 para cima. Desprezando-se a resistência
da água, responda aos itens que seguem.
(a) determine a velocidade V2 do corpo na iminência de atingir o fundo do
recipiente.
(b) determine o intervalo de tempo ∆t durante o qual o corpo permanece na água
até emergir pela primeira vez.
05. (1,3) A determinação do rendimento de um motor é feita através da razão
entre o trabalho realizado por ele e a energia fornecida pelo combustível (η = τ /
E), enquanto que o trabalho pode ser determinado através da pressão média no
interior do cilindro e a variação de volume sofrida pelo gás (τ = p.∆v).
Na prática, essa pressão é medida por um manômetro, cujo ponteiro
permanece relativamente fixo devido ao alto número de ciclos por segundo
durante o funcionamento do motor. A potência do motor é dada pela razão entre
o trabalho realizado e o período. Sabe-se que cada grama de gasolina, na
queima, libera 50 000 joules de energia térmica.
Considere, então, um motor 1.6 (que corresponde a uma variação de
volume do gás igual a 1,6 litro) que opera com pressão média de 8,0 atm a 3600
RPM e consome, nestas condições, 6,0 g/s de gasolina.
(a) determine a potência P deste motor.
(b) determine o rendimento η deste motor.
06. (1,3) Considere um espelho plano parcialmente imerso num líquido
transparente de índice de refração absoluto igual a nL. Um estreito feixe
cilíndrico de luz monocromática, propagando-se no ar paralelamente à superfície
refletora do espelho, refrata-se para o interior do líquido e sofre reflexão na
superfície espelhada, conforme representa a figura abaixo. O índice de refração
absoluto do ar vale 1.
Admitindo-se que seja conhecido o ângulo θ indicado e supondo-se que o
feixe refletido pelo espelho seja paralelo à superfície líquida, responda aos itens
que seguem.
(a) determine nL em função do ângulo θ (ou de suas funções trigonométricas).
(b) faça um esboço do gráfico nL x θ, para 0 < θ < 90º. Explique o significado
físico dos casos θ < 45º, θ = 45 º e θ > 45º.
07. (1,3) No circuito da figura considere o gerador e o voltímetro ideais. Com a
chave C aberta, a indicação do voltímetro é a metade da que seria se a chave
estivesse fechada.
(a) determine o valor da resistência R.
(b) explique qualitativamente o impacto de um gerador e de um voltímetro não
ideais num circuito elétrico.
Parte II: Testes (valor: 1,5)
08. (0,5) A extremidade inferior de uma mola ideal de comprimento L presa no
teto de uma sala é conectada a um corpo de massa M, ao qual, por sua vez,
também está conectado, por meio de um fio, um corpo de massa 2M. Nessas
condições, o novo comprimento da mola é L+X. Cortando-se o fio que une as
duas massas, a massa M passa a executar um MHS, durante o qual fica a uma
distância do teto de, no mínimo:
a. L + 2X/3
b. L + X/3
c. L
d. L – X/3
e. L – 2X/3
09. (0,5) No circuito abaixo, Vb representa uma associação de 3 geradores
elétricos, com força eletromotriz resultante E e resistência interna total r. Se um
voltímetro ideal indica que a tensão sobre RL é nula, o circuito está operando
com potência útil máxima e S = R1 + R2 + R3 + R4, pode-se concluir que:
a. S.r = (R1+R3).(R2+R4)
b. S.r = (R1+R2).(R3+R4)
c. S.r = (R1.R3)+(R2.R4)
d. S.r = (R1.R2)+(R3.R4)
e. S.r = (R1.R2.R3.R4)
10. (0,5) “Para qualquer objeto em órbita estável, a força centrífuga que empurra
para o exterior é equilibrada exatamente pela força gravitacional que puxa para
dentro. Em um sistema de cabos, todas as forças se equilibram no centro de
massa do sistema.”
Scientific American, setembro de 2004.
O sistema de cabos ao qual o texto se refere está esquematizado a
seguir, assim como os dois compartimentos (I e II) nos quais os astronautas
podem se localizar. Para que um astronauta sinta uma aceleração na direção de
seus pés, simulando o efeito da gravidade terrestre, ele deverá posicionar seus
pés, nos compartimentos I e II, respectivamente, mais próximos das posições:
a. C e F.
b. A e F.
c. C e D.
d. A e D.
e. B e E.