Física B
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Inclusão para a Vida Física B 2) Um termômetro é encerrado dentro de um bulbo de vidro onde se faz vácuo. Suponha que o vácuo seja perfeito e que o termômetro esteja marcando a temperatura ambiente, 25°C. Depois de algum tempo, a temperatura ambiente se eleva a 30°C. Observa-se, então, que a marcação do termômetro: AULA 01 Termometria Temperatura É a grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico. Calor É o nome que a energia térmica recebe quando passa de um corpo de maior temperatura para um outro de menor temperatura, ou seja, energia térmica em trânsito. Equilíbrio Térmico Dois ou mais corpos estão em equilíbrio térmicos quando possuem a mesma temperatura. Escalas Termométricas Escala Fahrenreit Escala Kelvis Escala Celsius Lembre-se: Ponto de Gelo – temperatura em que a água congela (pressão normal) Ponto de Vapor – temperatura em que a água evapora (pressão normal) Obs.: A escala Kelvin é também conhecida por escala absoluta ou escala termodinâmica, tem origem no zero absoluto e não existe temperatura inferior a esta. a) eleva-se também, e tende a atingir o equilíbrio térmico com o ambiente. b) mantém-se a 25°C, qualquer que seja a temperatura ambiente. c) tende a reduzir-se continuamente, independente da temperatura ambiente. d) vai se elevar, mas nunca atinge o equilíbrio térmico com o ambiente. e) tende a atingir o valor mínimo da escala do termômetro. Tarefa Mínima 3) Os termômetros são instrumentos utilizados para efetuarmos medidas de temperaturas. Os mais comuns se baseiam na variação de volume sofrida por um líquido considerado ideal, contido num tubo de vidro cuja dilatação é desprezada. Num termômetro em que se utiliza mercúrio, vemos que a coluna desse líquido "sobe" cerca de 2,7 cm para um aquecimento de 3,6°C. Se a escala termométrica fosse a Fahrenheit, para um aquecimento de 3,6°F, a coluna de mercúrio "subiria": a) 11,8 cm c) 2,7 cm e) 1,5 cm b) 3,6 cm d) 1,8 cm 4) O gráfico a seguir relaciona as escalas termométricas Celsius e Fahrenheit. Um termômetro graduado na escala Celsius indica uma temperatura de 20°C. A Correspondente indicação de um termômetro graduado na escala Fahrenheit é: a) 22°F b) 50°F c) 68°F d) 80°F e) 222°F 5) Com relação aos conceitos de calor, temperatura e energia interna, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). Conversão entre Escalas tc tf − 32 tk − 273 = = 5 9 5 Variação de Temperatura (ΔT) ΔTC = ΔTK 9. ΔTC = 5. ΔTF Exercícios de Sala 1) Em relação à termometria, é certo dizer que: a) - 273 K representa a menor temperatura possível de ser atingida por qualquer substância. b) a quantidade de calor de uma substância equivale à sua temperatura. c) em uma porta de madeira, a maçaneta metálica está sempre mais fria que a porta. d) a escala Kelvin é conhecida como absoluta porque só admite valores positivos. e) o estado físico de uma substância depende exclusivamente da temperatura em que ela se encontra. PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 01. Associa-se a existência de calor a qualquer corpo, pois todo corpo possui calor. 02. Para se admitir a existência de calor são necessários, pelo menos, dois sistemas. 04. Calor é a energia contida em um corpo. 08. Quando as extremidades de uma barra metálica estão a temperaturas diferentes, a extremidade submetida à temperatura maior contém mais calor do que a outra. 16. Duas esferas de mesmo material e de massas diferentes, após ficarem durante muito tempo em um forno a 160 oC, são retiradas deste e imediatamente colocadas em contato. Logo em seguida, pode-se afirmar, o calor contido na esfera de maior massa passa para a de menor massa. 32. Se colocarmos um termômetro, em um dia em que a temperatura está a 25 oC, em água a uma temperatura mais elevada, a energia interna do termômetro aumentará. 6) Em um determinado dia, a temperatura mínima em Belo Horizonte foi de 15 °C e a máxima de 27 °C. A diferença entre essas temperaturas, na escala kelvin, é de a) 12. b) 21. c) 263. d) 285. GABARITO 0 1 0 D 2 A 3 E 4 C 5 34 6 A 7 8 9 1 Inclusão para a Vida Física B AULA 02 Dilatação Térmica dos Sólidos e Líquidos Dilatação Linear: ∆L = Li α ∆t Dilatação Superficial: ∆A = Ai β∆t β = 2α Dilatação Volumétrica: ∆V = Vi. γ . ∆t γ = 3α Exercícios de Sala 1. Você é convidado a projetar uma ponte metálica, cujo comprimento será de 2,0 km. Considerando os efeitos de contração e expansão térmica para temperaturas no intervalo de - 40 °F a 110 °F e que o coeficiente de dilatação linear do metal é de 12 × 10-6 °C-1, qual a máxima variação esperada no comprimento da ponte? (O coeficiente de dilatação linear é constante no intervalo de temperatura considerado). a) 9,3 m c) 3,0 m e) 6,5 m b) 2,0 m d) 0,93 m 2. Uma bobina contendo 2000 m de fio de cobre medido num dia em que a temperatura era de 35 °C, foi utilizada e o fio medido de novo a 10 °C. Esta nova medição indicou: a) 1,0 m a menos d) 20 m a menos b) 1,0 m a mais e) 20 mm a mais c) 2000 m Tarefa Mínima 3. Uma barra de metal tem comprimento igual a 10,000 m a uma temperatura de 10,0 °C e comprimento igual a 10,006 m a uma temperatura de 40 °C. O coeficiente de dilatação linear do metal é d) 2,0 × 10-6 °C-1 a) 1,5 × 10-4 °C-1 -4 -1 e) 3,0 × 10-6 °C-1 b) 6,0 × 10 °C c) 2,0 × 10-5 °C-1 4. A figura a seguir representa uma lâmina bimetálica. O coeficiente de dilatação linear do metal A é a metade do coeficiente de dilatação linear do metal B. À temperatura ambiente, a lâmina está na vertical. Se a temperatura for aumentada em 200 °C, a lâmina: a) continuará na vertical. b) curvará para a frente. c) curvará para trás. d) curvará para a direita. e) curvará para a esquerda. PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 5. O gráfico a seguir representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1 000 m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6/°C? 6. Ao se aquecer de 1 °C uma haste metálica de 1 m, o seu comprimento aumenta de 2.10-2 mm. O aumento do comprimento de outra haste do mesmo metal, de medida inicial 80 cm, quando a aquecemos de 20 °C, é: a) 0,23 mm. c) 0,56 mm. e) 0,76 mm. b) 0,32 mm. d) 0,65 mm. 7. Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular no qual foi colocado um pino, também de alumínio, com grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500 °C, simultaneamente. Podemos afirmar que a) a folga irá aumentar, pois o pino ao ser aquecido irá contrairse. b) a folga diminuirá, pois ao aquecermos a chapa a área do orifício diminui. c) a folga diminuirá, pois o pino se dilata muito mais que o orifício. d) a folga irá aumentar, pois o diâmetro do orifício aumenta mais que o diâmetro do pino. e) a folga diminuirá, pois o pino se dilata, e a área do orifício não se altera. 8. O coeficiente de dilatação térmica do alumínio (Aℓ) é, aproximadamente, duas vezes o coeficiente de dilatação térmica do ferro (Fe). A figura mostra duas peças onde um anel feito de um desses metais envolve um disco feito do outro. Á temperatura ambiente, os discos estão presos aos anéis. Se as duas peças forem aquecidas uniformemente, é correto afirmar que a) apenas o disco de Aℓ se soltará do anel de Fe. b) apenas o disco de Fe se soltará do anel de Aℓ. c) os dois discos se soltarão dos respectivos anéis. d) os discos não se soltarão dos anéis. 9. 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. GABARITO 0 0 1 2 3 4 B A C E 5 6 7 8 9 B D B E 2 Inclusão para a Vida AULA 03 Física B Exercícios de Sala Calorimetria A relação entre a caloria e o joule é: 1 cal = 4,186 joules CAPACIDADE TÉRMICA 1. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g.°C Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 gramas de água que diminuem a sua temperatura de 1 °C, sofre um acréscimo de temperatura de 10 °C. O calor específico do bloco, em cal/g.°C, é: a) 0,2 c) 0,15 e) 0,01 b) 0,1 d) 0,05 Q = C (Δt) onde C é uma constante chamada de capacidade térmica do corpo. Q C = Δt _________ ______ ___ C = m . c (II) CALOR SENSÍVEL O calor sensível é responsável pela variação da temperatura de um corpo. 2. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g°C Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do combustível. O calor de combustão do gás de cozinha é 6000 kcal/kg. Aproximadamente quantos litros de água à temperatura de 20 °C podem ser aquecidos até a temperatura de 100 °C com um bujão de gás de 13 kg? Despreze perdas de calor: a) 1L c) 100 L e) 6000 L b) 10L d) 1000 L Tarefa Mínima Q = m . c (Δt) (III) Dessa equação tiramos: Q c = -------m . Δt TROCAS DE CALOR Qrec + Qced = 0 MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO TIPOS DE MUDANÇAS CALOR DE TRANSFORMAÇÃO 3. Um frasco contém 20 g de água a 0 °C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80 °C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio desta mistura será a) 60 °C c) 40 °C e) 10 °C b) 16 °C d) 32 °C 4. A temperatura de dois corpos M e N, de massas iguais a 100 g cada, varia com o calor recebido como indica o gráfico a seguir. Colocando N a 10 °C em contato com M a 80 °C e admitindo que a troca de calor ocorra somente entre eles, a temperatura final de equilíbrio, em °C, será a) 60 b) 50 c) 40 d) 30 e) 20 5. Uma fonte térmica, de potência constante e igual a 20 cal/s, fornece calor a um corpo sólido de massa 100 g. A variação de temperatura š do corpo em função do tempo t é dada pelo gráfico a seguir. Q=mL Da equação Q = mL tiramos: CURVA DE AQUECIMENTO Podemos fazer um gráfico da temperatura em função da quantidade de calor fornecido O calor específico da substância que constitui o corpo, no estado líquido, em cal/g°C, vale a) 0,05 c) 0,20 e) 0,40 b) 0,10 d) 0,30 PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 3 Inclusão para a Vida Física B 6. Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio ambiente, pode-se dizer que: a) o corpo maior é o mais quente. b) o corpo menor é o mais quente. c) não há troca de calor entre os corpos. d) o corpo maior cede calor para o corpo menor. e) o corpo menor cede calor para o corpo maior. 7. Um certo volume de um líquido A, de massa M e que está inicialmente a 20 °C, é despejado no interior de uma garrafa térmica que contém uma massa 2M de um outro líquido, B, na temperatura de 80 °C. Se a temperatura final da mistura líquida resultante for de 40 °C, podemos afirmar que a razão CA/CB entre os calores específicos das substâncias A e B vale: a) 6 c) 3 e) 1/3 b) 4 d) 1/2 8. 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 9. A figura a seguir representa a temperatura de um líquido não-volátil em função da quantidade de calor por ele absorvida. Sendo a massa do líquido 100 g e seu calor específico 0,6 cal/g°C, qual o valor em °C da temperatura T³? (01) A capacidade térmica do objeto A é maior que a do objeto B. (02) A partir do gráfico é possível determinar as capacidades térmicas dos objetos A e B. (04) Pode-se afirmar que o calor específico do objeto A é maior que o do objeto B. (08) A variação de temperatura do objeto B, por caloria absorvida, é maior que a variação de temperatura do objeto A, por caloria absorvida. (16) Se a massa do objeto A for de 200 g, seu calor específico será 0,2 cal/g°C. 12. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) em relação a alguns fenômenos que envolvem os conceitos de temperatura, calor, mudança de estado e dilatação térmica. (01) A temperatura de um corpo é uma grandeza física relacionada à densidade do corpo. (02) Uma substância pura ao receber calor ficará submetida a variações de temperatura durante a fusão e a ebulição. (04) A dilatação térmica é um fenômeno específico dos líquidos, não ocorrendo com os sólidos. (08) Calor é uma forma de energia. (16) O calor se propaga no vácuo. GABARITO 0 1 D 0 E 27 1 2 D 24 3 B 4 D 5 A 6 C 7 B 8 E 9 50 AULA 04 Transmissão de Calor CONDUÇÃO DE CALOR - 10) Analise as seguintes afirmações sobre conceitos de termologia: I) Calor é uma forma de energia. II) Calor é o mesmo que temperatura. III) A grandeza que permite informar se dois corpos estão em equilíbrio térmico é a temperatura. Está(ão) correta(s) apenas: a) I. c) III. e) I e III. b) II. d) I e II. FLUXO DE CALOR O fluxo de calor através da superfície S é definido por: 11) O gráfico a seguir representa a quantidade de calor absorvida por dois objetos A e B ao serem aquecidos, em função de suas temperaturas. A experiência mostra que o fluxo de calor através da barra é dado por: Observe o gráfico CORRETA(S). e assinale a(s) proposição(ões) PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 4 Inclusão para a Vida Física B IRRADIAÇÃO 4. Calor é uma forma de energia que é transferida entre dois sistemas quando entre eles existe uma diferença de temperatura, e a transferência pode ocorrer por condução, convecção ou radiação. A respeito deste assunto, assinale o que for correto. (01) Na condução, a transferência de calor ocorre de partícula a partícula, dentro de um corpo ou entre dois corpos em contato. (02) A transferência de calor em um meio fluido ocorre por convecção. (04) Na radiação, a transferência de calor entre dois sistemas ocorre através de ondas eletromagnéticas. (08) O fluxo de calor através de um corpo é inversamente proporcional à sua espessura. Exercícios de Sala 5. Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas não a queima ao tocar no bolo. Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque a) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do bolo. b) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão. c) o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois de os dois serem retirados do forno. d) o tabuleiro retém mais calor que o bolo. CONVECÇÃO 1. Indique a alternativa que associa corretamente o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte seqüência: - Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa. - Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol. - Vento que sopra da terra para o mar durante a noite. a) convecção - condução - radiação. b) convecção - radiação - condução. c) condução - convecção - radiação. d) condução - radiação - convecção. e) radiação - condução - convecção. 2. Sabe-se que o calor específico da água é maior que o calor específico da terra e de seus constituintes (rocha, areia, etc.). Em face disso, pode-se afirmar que, nas regiões limítrofes entre a terra e o mar: a) durante o dia, há vento soprando do mar para a terra e, à noite, o vento sopra no sentido oposto. b) o vento sempre sopra sentido terra-mar. c) durante o dia, o vento sopra da terra para o mar e à noite o vento sopra do mar para a terra. d) o vento sempre sopra do mar para a terra. e) não há vento algum entre a terra e o mar. Tarefa Mínima 3. Uma estufa para flores, construída em alvenaria, com cobertura de vidro, mantém a temperatura interior bem mais elevada do que a exterior. Das seguintes afirmações: I. O calor entra por condução e sai muito pouco por convecção II. O calor entra por radiação e sai muito pouco por convecção III. O calor entra por radiação e sai muito pouco por condução IV. O calor entra por condução e convecção e só pode sair por radiação A(s) alternativa(s) que pode(m) justificar a elevada temperatura do interior da estufa é(são): a) I, III c) IV e) II b) I, II d) II, III 6. O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar. A. Hinrichs e M. Kleinbach. "Energia e meio ambiente". São Paulo: Thompson, 3 ed., 2004, p. 529 (com adaptações). Nesse sistema de aquecimento, a) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. b) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento. c) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. d) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa. 7. Com relação aos processos de transferência de calor, considere as seguintes afirmativas: 1. A condução e a convecção são processos que dependem das propriedades do meio material no qual ocorrem. 2. A convecção é um processo de transmissão de calor que ocorre somente em metais. 3. O processo de radiação está relacionado com a propagação de ondas eletromagnéticas. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira. d) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. GABARITO 0 0 PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 1 D 2 A 3 D 4 15 5 B 6 B 7 D 8 9 5 Inclusão para a Vida Física B AULA 05 Tarefa Mínima Gases Perfeitos Variáveis do estado de um gás. Pressão resultado dos choques consecutivos das moléculas nas paredes do recipiente. Volume É dado pelo volume do recipiente onde o gás está contido. Temperatura Mede a agitação das moléculas do gás. OBS.: No estudo dos gases deve-se usar a temperatura absoluta (em Kelvin). Equação de Clapeyron: p.V = nRT Onde : n = m/M R = 0,082 P1V1 P2 .V2 = T1 n1 T2 n 2 Transformações Gasosas Isotérmica (Boyle – Mariotte) Características: Temperatura permanece constante. P e V são inversamente proporcionais Isobárica (Charles) Características: Pressão permanece constante. V e T são diretamente proporcionais. Isométrica, Isovolumétrica ou Isocórica (Gay Lussac) Características: Volume, permanece constante. P e T são diretamente proporcionais Adiabática Característica: Não ocorre troca de calor entre o sistema e o meio. Exercícios de Sala a) 1/20 b) 1/5 c) 1/2 d) 1 e) 20 3) Uma amostra de gás perfeito foi submetida às transformações indicadas no diagrama PV a seguir. Nessa seqüência de transformações, os estados de maior e de menor temperatura foram, respectivamente: P1 V1 P2 .V2 = T1 T2 Lei geral dos gases perfeitos (N1 = N2) (N1≠ N2) 2) Quando o balão do capitão Stevens começou sua ascensão, tinha, no solo, à pressão de 1 atm, 75000 m3 de hélio. A 22 km de altura, o volume do hélio era de 1500000 m3. Se pudéssemos desprezar a variação de temperatura, a pressão (em atm) a esta altura valeria: a) 1 e 2 b) 1 e 3 c) 2 e 3 d) 3 e 4 e) 3 e 5 atm.l T 2Cal ≅ 8,31 = mol.K mol.K mol.K Lei geral dos gases perfeitos 4) Um gás perfeito está sob pressão de 20 atm, na temperatura de 200 K e apresenta um volume de 40 litros. Se o referido gás tiver sua pressão alterada para 40 atm, na mesma temperatura, qual será o novo volume? 5) A respeito do funcionamento da panela de pressão, assinale o que for correto. (01) De acordo com a lei dos gases, as variáveis envolvidas nos processos são: pressão, volume e temperatura. (02) O aumento da pressão no interior da panela afeta o ponto de ebulição da água. (04) A quantidade de calor doado ao sistema deve ser constante, para evitar que a panela venha a explodir. (08) O tempo de cozimento dos alimentos dentro de uma panela de pressão é menor porque eles ficam submetidos a temperaturas superiores a 100 °C. 6) Para se realizar uma determinada experiência, - coloca-se um pouco de água em uma lata, com uma abertura na parte superior, destampada, a qual é, em seguida, aquecida, como mostrado na Figura I; - depois que a água ferve e o interior da lata fica totalmente preenchido com vapor, esta é tampada e retirada do fogo; - logo depois, despeja-se água fria sobre a lata e observa-se que ela se contrai bruscamente, como mostrado na Figura II. 1) Antes de iniciar uma viagem, um motorista cuidadoso calibra os pneus de seu carro, que estão à temperatura ambiente de 27 °C, com uma pressão de 30 lb/pol2. Ao final da viagem, para determinar a temperatura dos pneus, o motorista mede a pressão dos mesmos e descobre que esta aumentou para 32 lb/pol2. Se o volume dos pneus permanece inalterado e se o gás no interior é ideal, o motorista determinou a temperatura dos pneus como sendo: a) 17 °C c) 37 °C e) 57 °C b) 27 °C d) 47 °C PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, na situação descrita, a contração ocorre porque a) a água fria provoca uma contração do metal das paredes da lata. b) a lata fica mais frágil ao ser aquecida. c) a pressão atmosférica esmaga a lata. d) o vapor frio, no interior da lata, puxa suas paredes para dentro. 6 Inclusão para a Vida Física B 7) Regina estaciona seu carro, movido a gás natural, ao Sol. Considere que o gás no reservatório do carro se comporta como um gás ideal. Assinale a alternativa cujo gráfico MELHOR representa a pressão em função da temperatura do gás na situação descrita. Energia interna de um gás ideal U= 3 n.R.T . 2 Primeira Lei da Termodinâmica Q = W + ∆U . Princípio da Conservação da Energia. OBS: Isotérmica: Q = W Adiabática ∆U = - W Isocórica: Q = ∆U 8) Um "freezer" é programado para manter a temperatura em seu interior a -19°C. Ao ser instalado, suponha que a temperatura ambiente seja de 27°C. Considerando que o sistema de fechamento da porta a mantém hermeticamente fechada, qual será a pressão no interior do "freezer" quando ele tiver atingido a temperatura para a qual foi programado? a) 0,72 atm d) 0,89 atm b) 0,78 atm e) 0,94 atm c) 0,85 atm Transformação Cíclica É aquela em que o gás sofre diversas transformações retornando as suas condições iniciais. P B Área = w A C V 0 9) Um gás ideal sofre uma compressão adiabática durante a qual sua temperatura absoluta passa de T para 4T. Sendo P a pressão inicial, podemos afirmar que a pressão final será a) menor do que P. b) igual a P. c) igual a 2 P. d) igual a 4 P. e) maior do que 4 P. GABARITO 0 0 1 D 2 A 3 C 4 20L 5 11 6 C 7 D 8 C 9 E Em um ciclo a variação da energia interna é zero ( ∆U = 0 ). Máquinas térmicas São dispositivos que convertem calor em trabalho e vice-versa: máquinas a vapor, motores a explosão, refrigerados, etc. FO NTE Q UENTE Calor recebido Q1 Trabalho realizado MÁQ UINA Q2 W Calor cedido FO NTE FRIA AULA 06 2ª Lei da Termodinâmica: O calor flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Não podemos ter uma maquina térmica com rendimento de 100%. Termodinâmica Trabalho Termodinâmico ( W) W = p.∆V Só pode ser usada quando a pressão se mantém constante. n= W Q n = 1− 2 ou Q1 Q1 Ciclo de Carnot W≅A 1) Trabalho positivo = o gás realiza ou cede trabalho. 2) Trabalho negativo = o gás sofre ou recebe trabalho. PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC n = 1− T1 T2 7 Inclusão para a Vida Exercícios de Sala 1) Sem variar sua massa, um gás ideal sofre uma transformação a volume constante. É correto afirmar que a) a transformação é isotérmica. b) a transformação é isobárica. c) o gás não realiza trabalho. d) sua pressão diminuirá ,se a temperatura do gás aumentar. e) a variação de temperatura do gás será a mesma em qualquer escala termométrica. Tarefa Mínima 2) O biodiesel resulta da reação química desencadeada por uma mistura de óleo vegetal com álcool de cana. A utilização do biodiesel etílico como combustível no país permitiria uma redução sensível nas emissões de gases poluentes no ar, bem como uma ampliação da matriz energética brasileira. O combustível testado foi desenvolvido a partir da transformação química do óleo de soja. É também chamado de B-30 porque é constituído de uma proporção de 30% de biodiesel e 70% de diesel metropolitano. O primeiro diagnóstico divulgado considerou performances dos veículos quanto ao desempenho, durabilidade e consumo. Um carro-teste consome 4,0 kg de biodiesel para realizar trabalho mecânico. Se a queima de 1 g de biodiesel libera 5,0 × 103 cal e o rendimento do motor é de 15%, o trabalho mecânico realizado, em joules, vale, aproximadamente, Dado: 1 cal = 4,2 joules d) 9,0 × 106 a) 7,2 × 105 6 e) 1,3 × 107 b) 1,0 × 10 c) 3,0 × 106 3) Um mol de um gás ideal é aquecido, a pressão constante, passando da temperatura Ti = 300 K para a temperatura Tf = 350 K. O trabalho realizado pelo gás durante esse processo é aproximadamente (o valor da constante universal dos gases é R ≈ 8,31 J/(mol.K)) igual a: a) 104 J. c) 312 J. e) 520 J. b) 208 J. d) 416 J. 4) A figura a seguir representa o gráfico pressão versus volume da expansão isotérmica de um gás perfeito. É correto afirmar que: a) a curva apresentada é uma isobárica b) a área sombreada do gráfico representa numericamente o trabalho realizado pelo gás ao se expandir c) a área sombreada é numericamente igual ao trabalho realizado sobre o gás para sua expansão d) a curva do gráfico é uma isocórica PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC Física B 4) Um sistema termodinâmico realiza o ciclo ABCA representado a seguir: O trabalho realizado pelo sistema no ciclo vale, em joules: d) 5,0 × 105 a) 2,5 × 105 5 e) 2,0 × 105 b) 4,0 × 10 c) 3,0 × 105 5) A primeira lei da termodinâmica diz respeito à: a) dilatação térmica b) conservação da massa c) conservação da quantidade de movimento d) conservação da energia e) irreversibilidade do tempo 6) Considere as proposições a seguir sobre transformações gasosas. I. Numa expansão isotérmica de um gás perfeito, sua pressão aumenta. II. Numa compressão isobárica de um gás perfeito, sua temperatura absoluta aumenta. III. Numa expansão adiabática de um gás perfeito, sua temperatura absoluta diminui. Pode-se afirmar que apenas a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) II e III são corretas. 7) Com relação às transformações sofridas por um gás perfeito, assinale a alternativa INCORRETA. a) Na transformação adiabática, a variação de energia cinética das moléculas é nula b) Na transformação isobárica, não há variação da pressão do gás. c) Na transformação isotérmica, a energia cinética média das moléculas não se altera. d) Na transformação adiabática, não há troca de calor com o meio exterior. e) Na transformação isotérmica, há troca de calor com o meio exterior. 8) Considere uma certa massa de um gás ideal em equilíbrio termodinâmico. Numa primeira experiência, faz-se o gás sofrer uma expansão isotérmica durante a qual realiza um trabalho W e recebe 150J de calor do meio externo. Numa segunda experiência, faz-se o gás sofrer uma expansão adiabática, a partir das mesmas condições iniciais, durante a qual ele realiza o mesmo trabalho W. Calcule a variação de energia interna ∆U do gás nessa expansão adiabática. 9) Quando um gás ideal sofre uma expansão isotérmica, a) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual ao trabalho realizado pelo gás na expansão. b) não troca energia na forma de calor com o meio exterior. c) não troca energia na forma de trabalho com o meio exterior. d) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual à variação da energia interna do gás. e) o trabalho realizado pelo gás é igual à variação da energia interna do gás. 8 Inclusão para a Vida Física B 10) Um gás ideal sofre uma transformação: absorve 50cal de energia na forma de calor e expande-se realizando um trabalho de 300J. Considerando 1cal=4,2J, a variação da energia interna do gás é, em J, de a) 250 c) 510 e) 90 b) -250 d) -90 11) A respeito de conceitos relacionados à Termodinâmica, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. A energia interna de um gás ideal pode ser medida diretamente. 02. Em algumas situações, calor é adicionado a uma substância e não ocorre nenhuma variação de temperatura. Tais situações não estão de acordo com a definição usual de calor como sendo uma forma de energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura. 04. É impossível a ocorrência de processos nos quais não se transfira e nem se retire calor de um sistema e nos quais a temperatura do sistema sofra variação. 08. Durante uma transformação isotérmica de um gás ideal, existe equivalência entre o calor e o trabalho trocados entre o sistema e o exterior. 16. A capacidade calorífica de um corpo representa a quantidade de calor que o corpo pode estocar a uma certa temperatura. 32. Durante uma transformação cíclica de um gás ideal, existe equivalência entre o calor e o trabalho trocados entre o sistema e o exterior. 64. Na passagem de um sistema de um estado inicial 1 para um estado final 2, a variação da energia interna entre os dois estados depende do processo que provocou tal passagem. 12) Os estudos científicos desenvolvidos pelo engenheiro francês Nicolas Sadi Carnot (1796-1832) na tentativa de melhorar o rendimento de máquinas térmicas serviram de base para a formulação da segunda lei da termodinâmica. Acerca do tema, considere as seguintes afirmativas: 1. O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho realizado pela máquina num ciclo e o calor retirado do reservatório quente nesse ciclo. 2. Os refrigeradores são máquinas térmicas que transferem calor de um sistema de menor temperatura para outro a uma temperatura mais elevada. 3. É possível construir uma máquina, que opera em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. b) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. c) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. d) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. 13) A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de a) 20%. d) 80%. b) 25%. e) 100%. c) 75%. AULA 07 Óptica Geométrica – Espelhos Planos e Esféricos Estuda os fenômenos luminosos Luz: Agente físico capaz de sensibilizar nossos órgãos visuais (retina). Esta propaga-se através de ondas eletromagnéticas, isto é, podem viajar no vácuo (ausência de matéria). Fonte de Luz Corpo luminoso: (Fonte Primária)- Emite luz própria. Incandescente : Quente Luminescente: Fria : Fluorescente e Fosforescente. Ex: Sol, lâmpada acesa, etc... o o o Corpo iluminado: (Fonte Secundária)- Reflete luz recebida de outras fontes. Ex: Lua, lâmpada apagada, etc.... Luz monocromática: possui apenas uma cor - Princípio da Óptica geométrica - Princípios de propagação retilínea da Luz Em meios transparentes e homogêneos, a luz propaga-se em linha reta. - Princípio de Reversibilidade da Luz. A trajetória da luz independe do sentido da propagação - Princípio da Independência dos Raios Luminosos. "Raios de luz que se cruzam não interferem entre si" GABARITO 0 0 1 D 1 C 40 2 E D 3 D A 4 B 5 D 6 C 7 A PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 8 -150J 9 A 9 Inclusão para a Vida Formação de Imagens em Espelhos planos 1- Imagens de um ponto Física B • Aumento Linear: Se A = i/o e A = -p'/p , então, i/o = -p'/p A = i/o = -p'/p = F/F-p Raios Incidentes Notáveis 2- Imagens de um corpo extenso Côncavo - Imagem Virtual (Atrás do espelho) Características da imagem no espelho plano 1- Imagem virtual (Atrás do espelho) 2- Mesmo tamanho do objeto 3- Imagem e objeto são eqüidistantes (mesma distância) do espelho 4- Objeto e imagem são reversos (enantiomorfos) Espelhos Esféricos Exercícios de Sala • • • • • • R = Raio de curvatura f = Distância focal R = 2f p = Distância do objeto ao espelho p' = Distância da imagem ao espelho Equação dos Pontos Conjugados ( Eq. Gauss) 1/F = 1/p + 1/p' PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 1) A figura adiante mostra uma vista superior de dois espelhos planos montados verticalmente, um perpendicular ao outro. Sobre o espelho OA incide um raio de luz horizontal, no plano do papel, mostrado na figura. Após reflexão nos dois espelhos, o raio emerge formando um ânguloθ com a normal ao espelho OB. O ângulo θ vale: a) 0° b) 10° c) 20° d) 30° e) 40° Tarefa Mínima Equações dos Espelhos Esféricos Convexo 2) Aproveitando materiais recicláveis, como latas de alumínio de refrigerantes e caixas de papelão de sapatos, pode-se construir uma máquina fotográfica utilizando uma técnica chamada "pin hole" (furo de agulha), que, no lugar de lentes, usa um único furo de agulha para captar a imagem num filme fotográfico. As máquinas fotográficas "pin hole" registram um mundo em imagens com um olhar diferente. Um poste com 4 m de altura é fotografado numa máquina "pin hole". No filme, a altura da imagem do poste, em centímetros, é: a) 12 b) 10 c) 8 d) 6 e) 4 3) A velocidade da luz, no vácuo, vale aproximadamente 3,0.108 m/s. Para percorrer a distância entre a Lua e a Terra, que é de 3,9.105 km, a luz leva: a) 11,7 s d) 1,3 s b) 8,2 s e) 0,77 s c) 4,5 s 10 Inclusão para a Vida Física B 4) Na figura a seguir, F é uma fonte de luz extensa e A um anteparo opaco. 10) Um menino, parado em relação ao solo, vê sua imagem em um espelho plano E colocado à parede traseira de um ônibus. Se o ônibus se afasta do menino com velocidade de 2m/s, o módulo da velocidade da imagem, em relação ao solo, é: a) 4 m/s b) 3 m/s c) 2 m/s d) 1 m/s Pode-se afirmar que I, II e III são, respectivamente, regiões de a) sombra, sombra e penumbra. b) sombra, sombra e sombra. c) penumbra, sombra e penumbra. d) sombra, penumbra e sombra. e) penumbra, penumbra e sombra. 11) Quando colocamos um pequeno objeto real entre o foco principal e o centro de curvatura de um espelho esférico côncavo de Gauss, sua respectiva imagem conjugada será: a) real, invertida e maior que o objeto. b) real, invertida e menor que o objeto. c) real, direita e maior que o objeto. d) virtual, invertida e maior que o objeto. e) virtual, direita e menor que o objeto. 5) No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas. a) têm a mesma freqüência. b) têm a mesma intensidade. c) se propagam com a mesma velocidade. d) se propagam com velocidades menores que a da luz. e) são polarizadas. 6) Considere as seguintes afirmativas: I- A água pura é um meio translúcido. II- O vidro fosco é um meio opaco. III- O ar é um meio transparente. Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correta. a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas a afirmativa II é verdadeira. c) Apenas a afirmativa III é verdadeira. d) Apenas as afirmativas I e a III são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas II e a III são verdadeiras. 7) Ana Maria, modelo profissional, costuma fazer ensaios fotográficos e participar de desfiles de moda. Em trabalho recente, ela usou um vestido que apresentava cor vermelha quando iluminado pela luz do sol. Ana Maria irá desfilar novamente usando o mesmo vestido. Sabendo-se que a passarela onde Ana Maria vai desfilar será iluminada agora com luz monocromática verde, podemos afirmar que o público perceberá seu vestido como sendo a) verde, pois é a cor que incidiu sobre o vestido. b) preto, porque o vestido só reflete a cor vermelha. c) de cor entre vermelha e verde devido à mistura das cores. d) vermelho, pois a cor do vestido independe da radiação incidente. 8) Muitas vezes, ao examinar uma vitrina, é possível observar não só os objetos que se encontram em exposição atrás do vidro, como também a imagem de si próprio formada pelo vidro, A formação dessa imagem pode ser explicada pela. a) reflexão parcial da luz. b) reflexão total da luz. c) refração da luz. d) transmissão da luz. e) difração da luz. 9) Uma câmara escura de orifício fornece a imagem de um prédio, o qual se apresenta com altura de 5cm. Aumentando-se de 100m a distância do prédio à câmara, a imagem se reduz para 4cm de altura. Qual é a distância entre o prédio e a câmara, na primeira posição? a) 100 m c) 300 m e) 500 m b) 200 m d) 400 m PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 12) Se um espelho forma uma imagem real e ampliada de um objeto, então o espelho é: a) convexo e o objeto está além do foco. b) convexo e o objeto está entre o foco e o espelho. c) côncavo e o objeto está entre o foco e o centro do espelho. d) côncavo e o objeto está além do foco. e) côncavo ou convexo e com o objeto entre o foco e o centro do espelho. 13) Um objeto real, representado pela seta, é colocado em frente a um espelho podendo ser plano ou esférico conforme as figuras. A imagem fornecida pelo espelho será virtual: a) apenas no caso I. b) apenas no caso II. c) apenas nos casos I e II. d) nos casos I e IV e V. e) nos casos I, II e III. GABARITO 0 0 1 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C C D C C B A A A D B 16 AULA 08 Refração da Luz Índice de Refração Absoluto de um meio (N): N=c/V Índice de Refração Relativo: NA,B = NA / NB = VB / VA 11 Inclusão para a Vida Física B Leis da Refração: o 1º - Raio Incidente (RI) , Reta Normal (N) e Raio Refratado (RR) são coplanares; o 2º - Snell Descartes: N1 . Sen i = N2 . Sen r Tarefa Mínima 2) Um raio luminoso incide sobre a superfície da água, conforme a figura a seguir. Qual alternativa representa o que acontece com o raio? Reflexão Total - Fibras Ópticas; - Miragens; 3) Cálculo do ângulo limite (L): Sen L = N(menor) / N (maior) Dioptro Plano Associação de dois meios com refringência diferentes, separadas por uma superfície plana. di / do = N(destino) / N(origem) Exercícios de Sala 1) Na figura adiante, um raio de luz monocromático se propaga pelo meio A , de índice de refração 2,0. Quando um raio de luz monocromática, proveniente de um meio homogêneo, transparente e isótropo, identificado por meio A, incide sobre a superfície de separação com um meio B, também homogêneo, transparente e isótropo, passa a se propagar nesse segundo meio, conforme mostra a figura. Sabendo-se que o ângulo é menor que o ângulo , podemos afirmar que: a) no meio A a velocidade de propagação da luz é menor que no meio B. b) no meio A a velocidade de propagação da luz é sempre igual à velocidade no meio B. c) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B. d) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B, somente se é o ângulo limite de incidência. e) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B, somente se é o ângulo limite de refração. 4) Amanda segura um copo de vidro cheio de água. Um raio luminoso monocromático vindo do ar com velocidade de aproximadamente atravessa todo o copo. Sobre este fenômeno, analise as afirmações a seguir: I - Ao entrar no vidro, a velocidade da onda luminosa passa a ser maior do que . II - ao entrar na água, a velocidade da onda luminosa passa a ser menor do que . III - Ao sair do copo, a velocidade da onda luminosa volta a ser de . IV - Durante todo o fenômeno, a freqüência da onda luminosa permanece constante. Assinale a única alternativa correta: a) I. d) II, III e IV. b) Apenas II. e) Apenas II e III. c) Apenas III. 5) Um raio de luz monocromática, propagando-se num meio transparente A, cujo índice de refração é nA, incide na superfície S de separação com outro meio transparente B, de índice de refração nB, e se refrata como mostra o esquema a seguir. Dados: sen 37° = 0,60, sen 53° = 0,80 Devemos concluir que o índice de refração do meio B é: a) 0,5 d) 1,5 b) 1,0 e) 2,0 e) 2,0 c) 1,2 PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 12 Inclusão para a Vida Física B Sendo i o ângulo de incidência e r o ângulo de refração, analise as afirmações que seguem. ( ) Se i > r então nA > nB. ( ) A reflexão total pode ocorrer desde que a luz esteja se propagando do meio mais refringente para o menos refringente. ( ) O ângulo limite L para esse par de meios é tal que senL=nB/nA. ( ) A lei de Snell-Descartes, da refração, para a situação mostrada no esquema é expressa por: nA sen i=nBsen(r). ( ) Se nA> nB, a velocidade de propagação da luz é maior no meio A que no B. 6) A figura a seguir mostra um lápis de comprimento AB, parcialmente imerso na água e sendo observado por um estudante. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). Lentes Esféricas: Fórmulas • • 1/F = 1 / p’ + 1 / p A = i/ o = - p’/ p = F / F- p Exercícios de Sala 1) Um objeto, colocado entre o centro e o foco de uma lente convergente, produzirá uma imagem: a) virtual, reduzida e direita b) real, ampliada e invertida c) real, reduzida e invertida d) virtual, ampliada e direita 2) Na figura a seguir, representam-se vários raios luminosos que atravessam uma lente convergente. Dos cinco raios representados, indique aquele que está representado de maneira INCORRETA (F e F' são os focos da lente): (01) O estudante vê o lápis "quebrado" na interface ar-água, porque o índice de refração da água é maior do que o do ar. (02) O feixe luminoso proveniente do ponto B, ao passar da água para o ar se afasta da normal, sofrendo desvio. (04) O estudante vê o lápis "quebrado" na interface ar-água, sendo o fenômeno explicado pelas leis da reflexão. (08) O observador vê o lápis "quebrado" na interface ar-água porque a luz sofre dispersão ao passar do ar para a água. (16) O ponto B', visto pelo observador, é uma imagem virtual. GABARITO 0 0 1 2 3 4 5 6 D E C D fvfvf 19 7 8 9 b) 5 c) 1 Tarefa Mínima AULA 09 d) 2 e) 3 3) Quando um raio de luz monocromática passa obliquamente pela superfície de separação de um meio para outro mais refringente, o raio aproxima-se da normal à superfície. Por essa razão, uma lente pode ser convergente ou divergente, dependendo do índice de refração do meio em que se encontra. As figuras 1 e 2 representam lentes com índice de refração n imersas em meios de índice de refração n‚, sendo N a normal à superfície curva das lentes. Lentes Esféricas • a) 4 Lentes de bordas Finas (Delgadas): - Se N(lente) > N(meio) - Lente Convergente - Fo>0 - Representação: • Lentes de Bordas Grossas: Considerando essas informações, conclui-se que: - Se N(lente) > N(meio) - Lente Divergente - Fo<0 a) a lente 1 é convergente se n2 < n1. b) a lente 1 é convergente se n2 > n1. c) a lente 2 é divergente se n2 > n1. d) a lente 2 é convergente se n2 < n1. e) as lentes 1 e 2 são convergentes se n1 = n2. - Representação: PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 13 Inclusão para a Vida 4) Um objeto (O) encontra-se em frente a uma lente. Que alternativa representa corretamente a formação da imagem (I)? 5) A glicerina é uma substância transparente, cujo índice de refração é praticamente igual ao do vidro comum. Uma lente, biconvexa, de vidro é totalmente imersa num recipiente com glicerina. Qual das figuras a seguir melhor representa a transmissão de um feixe de luz através da lente? Física B (01) Tanto uma lente convergente quanto uma lente divergente projetam a imagem de um ponto luminoso real na parede. (02) A lente é convergente, necessariamente, porque somente uma lente convergente fornece uma imagem real de um objeto luminoso real. (04) A imagem é virtual e direita. (08) A imagem é real e invertida. (16) A lente é divergente, e a imagem é virtual para que possa ser projetada na parede. (32) Se a lente é convergente, a imagem projetada na parede pode ser direita ou invertida. (64) A imagem é real, necessariamente, para que possa ser projetada na parede. 8) Um objeto é colocado a uma distância de 12cm de uma lente delgada convergente, de 8cm de distância focal. A distância, em centímetros, da imagem formada em relação à lente é: a) 24 b) 20 c) 12 d) 8 e) 4 GABARITO 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 D E A A C D 74 A 9 AULA 10 Ondulatória Ondas É qualquer perturbação que se propaga em um meio físico ou no vácuo. Propriedade fundamental da ondulatória: - Ondas transmite energia e não transmite matéria. 6) O esquema abaixo mostra a imagem projetada sobre uma tela, utilizando um único instrumento óptico "escondido" pelo retângulo sombreado. O tamanho da imagem obtida é igual a duas vezes o tamanho do objeto que se encontra a 15cm do instrumento óptico. Nessas condições, podemos afirmar que o retângulo esconde: a) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é de 30cm. b) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de 45cm. c) uma lente divergente, e a distância da tela à lente é de 30cm. d) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de 30cm. e) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é de 45cm. 7) Um estudante, utilizando uma lente, consegue projetar a imagem da chama de uma vela em uma parede branca, dispondo a vela e a lente na frente da parede conforme a figura. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC Classificação: 1. Quanto à natureza: - Mecânicas; - Eletromagnéticas; 2. Quanto à direção de vibração e direção de propagação: - Transversais . Vibram verticalmente e propaga-se horizontalmente; - Longitudinais. Vibram e propaga-se horizontalmente - Mistas. Vibram verticalmente e horizontalmente ao mesmo tempo, ficando circular. Propaga-se horizontalmente. 3. Quanto à frente de onda: - Circulares; - Retas; - Puntiformes; - Esféricas; 4. Quanto à dimensão: - Unidimensional; - Bidimensional; - Tridimensional; Reflexão e refração Quando um pulso de uma corda atinge uma extremidade (que pode ser fixa ou livre) nota-se que ele volta e, esse fenômeno é denominado reflexão de um pulso. • Extremidade fixa: Quando o pulso de um corda choca-se com uma extremidade fixa, o pulso volta tendo sofrido um inversão de fase, ou seja, reflexão com inversão de fase, onde o suporte da corda exerce uma força de reação em sentido contrário. • Extremidade livre: Quando o pulso de corda atinge um extremidade livre, ele volta não sofrendo um inversão de fase, isto é, sofre um reflexão sem 14 Inclusão para a Vida Física B inversão de fase. Isso acontece porque a extremidade livre não exerceu a força de reação esperada e, assim o eixo movimentase para cima e para baixo acompanhando o movimento do pulso. Velocidade da onda A velocidade da propagação da onda pode ser escrita da seguinte maneira: e sendo f = Exercícios de Sala temos que . 1)Considere as seguintes afirmações, sobre o movimento ondulatório: I – Uma onda para a qual a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração é chamada de onda transversal. II – No vácuo todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma freqüência. III – A propagação de uma onda envolve necessariamente transporte de energia. IV – A velocidade e a freqüência de uma onda não se alteram quando ela passa de um meio para outro. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente a afirmativa III é verdadeira. c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são falsas. 2)Uma onda transversal periódica, cujo comprimento de onda é 40,0 cm, propaga-se com velocidade de 1,60 m/s ao longo de uma corda. O gráfico em papel quadriculado representa a forma dessa corda em um dado instante. Quais são a amplitude e o período da onda, respectivamente? 5) Considere as afirmações a seguir, a respeito da propagação de ondas em meios elásticos. I. Em uma onda longitudinal, as partículas do meio no qual ela se propaga vibram perpendicularmente à direção de propagação. II. A velocidade de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro. III. A freqüência de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro. Está(ão) correta(s): a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas I e III. 6) São exemplos de ondas os raios X, os raios gama, as ondas de rádio, as ondas sonoras e as ondas de luz. Cada um desses cinco tipos de onda difere, de algum modo, dos demais. Qual das alternativas apresenta uma afirmação que diferencia corretamente o tipo de onda referido das demais ondas acima citadas? a) Raios X são as únicas ondas que não são visíveis. b) Raios gama são as únicas ondas transversais. c) Ondas de rádio são as únicas ondas que transportam energia. d) Ondas sonoras são as únicas ondas longitudinais. e) Ondas de luz são as únicas ondas que se propagam no vácuo com velocidade de 300000 km/s. 7) Uma campainha emite som com freqüência de 1 kHz. O comprimento de onda dessa onda sonora é, em centímetros, igual a: a) 1 b) 7 c) 21 d) 34 GABARITO 0 0 1 A 2 A 3 C 4 D 5 C 6 D 7 D 8 9 AULA 11 a) 7,5 cm e 0,25 s b) 15,0 cm e 0,25 s c) 7,5 cm e 4,00 s-1 Tarefa Mínima d) 6,0 cm e 0,25 s e) 3,0 cm e 4,00 s 3) Um menino na beira de um lago observou uma rolha que flutuava na superfície da água, completando uma oscilação vertical a cada 2 s, devido à ocorrência de ondas. Esse menino estimou como sendo 3 m a distância entre duas cristas consecutivas. Com essas observações, o menino concluiu que a velocidade de propagação dessas ondas era de: a) 0,5 m/s. c) 1,5 m/s. e) 6,0 m/s. b) 1,0 m/s. d) 3,0 m/s. 4) Com relação ao movimento ondulatório, podemos afirmar que: a) a velocidade de propagação da onda não depende do meio de propagação. b) a onda mecânica, ao se propagar, carrega consigo as partículas do meio. c) o comprimento de onda não se altera quando a onda muda de meio. d) a freqüência da onda não se altera quando a onda muda de meio. e) as ondas eletromagnéticas somente se propagam no vácuo. PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC Ondulatória II Ondas Estacionárias Propriedades: 1. As ondas estacionárias possuem energia mas não propagam essa energia.(V = 0) 2. Os nós não vibram. 3. Os ventres vibram com amplitude máxima 2A. 4. Os pontos intermediários entre os nós e os ventres vibram com amplitudes que variam de 0 a 2A. 5. Nos nós ocorre interferência destrutiva. 6. Nos ventres ocorre interferência construtiva. 7. A distância que separa 2 nós consecutivos vale a metade do comprimento de onda. 8. A distância que separa 2 ventres consecutivos vale a metade do comprimento de onda. 9. A distância de um nó a um ventre consecutivos vale 1/4 do comprimento de onda. 10. Todos os pontos distantes n.comprimento de onda (n = 1,2,3...) vibram em concordância de fase. 15 Inclusão para a Vida Física B : Efeito Doppler Fizeau - Fo = Freqüência do Objeto; - V = Velocidade do som no meio (ar); - Vo = Velocidade do objeto; - Ff = Freqüência da fonte; - Vf = Velocidade da fonte; Obs.: Para não errar o sinal (V + ou - Vo(f)) aplique como padrão que o deslocamento da velocidade no sentido do OBJETO para a FONTE é positivo. • Interpretação: Se uma fonte, que emite uma frequência, se aproxima de um objeto, o objeto perceberá uma frequência maior que a da fonte. Agora, se a fonte se afasta do objeto, o objeto perceberá a uma freqüência menor que a da fonte. Interferências Obs.: Y = Lâmbida; • Interferência Construtiva: - Ventre, Ventral, Máxima. o Concordância de fase: Ressonância Quando fornecemos energia periodicamente a um sistema com frequência igual a uma de suas frequências preferenciais (pode ser uma frequência múltipla) de vibração, nós estamos em ressonância com o sistema. Obs.1: O micro-ondas fornece ondas que vibram na frequência da água, aumentando sua vibração e esquentando mais. Obs.2: Um som muito intenso pode quebrar vidros, mas isso não é ressonância. Uma taça de vidro que quebra por estar tocando um violino próximo é ressonância. Exercícios de Sala 1)Considere as seguintes afirmações, sobre o movimento ondulatório: o Discordância de fase: • Interferência Destrutiva: Nó, nodal, mínima. o Concordância de Fase: I – Uma onda para a qual a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração é chamada de onda transversal. II – No vácuo todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma frequência. III – A propagação de uma onda envolve necessariamente transporte de energia. IV – A velocidade e a freqüência de uma onda não se alteram quando ela passa de um meio para outro. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente a afirmativa III é verdadeira. c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são falsas. 2) Uma onda transversal periódica, cujo comprimento de onda é 40,0 cm, propaga-se com velocidade de 1,60 m/s ao longo de uma corda. O gráfico em papel quadriculado representa a forma dessa corda em um dado instante. Quais são a amplitude e o período da onda, respectivamente? o Discordância de fase: a) 7,5 cm e 0,25 s b) 15,0 cm e 0,25 s c) 7,5 cm e 4,00 s-1 d) 6,0 cm e 0,25 s e) 3,0 cm e 4,00 s PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 16 Inclusão para a Vida Tarefa Mínima 3) Um candidato, no intuito de relaxar após se preparar para as provas do Vestibular 2007, resolve surfar na praia da Joaquina em dia de ótimas ondas para a prática deste esporte. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) A onda do mar que conduzirá o surfista não possui nenhuma energia. (02) Ao praticar seu esporte, o surfista aproveita parte da energia disponível na onda e a transforma em energia cinética. (04) A lei da conservação da energia permite afirmar que toda a energia da onda do mar é aproveitada pelo surfista. (08) Se o surfista duplicar sua velocidade, então a energia cinética do surfista será duas vezes maior. (16) Tanto a energia cinética como a energia potencial gravitacional são formas relevantes para o fenômeno da prática do surf numa prancha. (32) Por ser um tipo de onda mecânica, a onda do mar pode ser útil para gerar energia para consumo no dia-a-dia. Física B Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) Estando o barco ancorado ele é atingido por uma crista de onda e oscila uma vez a cada 5,0 segundos. (02) Estando o barco ancorado, ele oscila 5 vezes em cada segundo. (04) Estando o barco navegando com velocidade de 3,0 m/s na direção de propagação das ondas mas em sentido contrário a elas, ele oscila uma vez a cada 2,0 segundos. (08) A freqüência de oscilação do barco não depende da sua velocidade de navegação, mas somente da velocidade de propagação das ondas. (16) Se o barco tivesse um comprimento um pouco menor, a freqüência da sua oscilação seria maior. (32) A freqüência de oscilação do barco não depende do comprimento das ondas, mas somente da velocidade das mesmas e do barco. (64) Estando o barco navegando com velocidade de 3,0 m/s na direção de propagação das ondas e no mesmo sentido delas, ele oscila uma vez a cada 10 segundos. 6) Dois pulsos, A e B, são produzidos em uma corda esticada que tem uma das extremidades fixada em uma parede, conforme mostra a figura abaixo. Depois de o pulso A ter sofrido reflexão no ponto da corda fixo na parede, ocorrerá interferência entre os dois pulsos. 4) A figura representa dois pulsos de onda, inicial-mente separados por 6,0 cm, propagando-se em um meio com velocidades iguais a 2,0 cm/s, em sentidos opostos. Considerando a situação descrita, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): É CORRETO afirmar que a interferência entre esses dois pulsos é: a) destrutiva e, em seguida, os pulsos seguirão juntos, no sentido do pulso de maior energia. b) destrutiva e, em seguida, cada pulso seguirá seu caminho, mantendo suas amplitudes originais. c) construtiva e, em seguida, os pulsos seguirão juntos, no sentido do pulso de maior energia. d) construtiva e, em seguida, cada pulso seguirá seu caminho, mantendo suas amplitudes originais. e) destrutiva e, em seguida, os pulsos deixarão de existir, devido à absorção de energia durante a interação. GABARITO (01) Quando os pulsos se encontrarem, haverá interferência de um sobre o outro e não mais haverá propagação dos mesmos. (02) Decorridos 2,0 segundos, haverá sobreposição dos pulsos e a amplitude será máxima nesse instante e igual a 2,0 cm. (04) Decorridos 2,0 segundos, haverá sobreposição dos pulsos e a amplitude será nula nesse instante. (08) Decorridos 8,0 segundos, os pulsos continuarão com a mesma velocidade e forma de onda, independentemente um do outro. (16) Inicialmente as amplitudes dos pulsos são idênticas e iguais a 2,0 cm. 0 0 1 A 2 A 3 50 4 28 5 69 6 D 7 8 9 5) Na Lagoa da Conceição, em Florianópolis, em um determinado dia, o vento produz ondas periódicas na água, de comprimento igual a 10 m, que se propagam com velocidade de 2,0 m/s. Um barco de 3,0 m de comprimento, inicialmente ancorado e, após certo tempo, navegando, é atingido pelas ondas que o fazem oscilar periodicamente. PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC 17
