Lista – Extra – 3ª Série 1. (Ufrj 2009) No dia 10 de setembro de a intervalos regulares iguais a 1 segundo. 2008, Desprezando-se foi inaugurado o mais potente os efeitos do ar no acelerador de partículas já construído. O movimento de queda das caixas, determine as acelerador tem um anel, considerado nesta distâncias entre os respectivos pontos de questão como circular, de 27 km de impacto das caixas no solo. comprimento, no qual prótons são postos a girar em movimento uniforme. 4. (Uerj 2009) Em uma região plana, um projétil é lançado do solo para cima, com velocidade de 400 m/s, em uma direção que Supondo que um dos prótons se mova em faz 60° com a horizontal. uma de Calcule a razão entre a distância do ponto de comprimento, com velocidade de módulo v = lançamento até o ponto no qual o projétil 240.000 km/s, calcule o número de voltas atinge novamente o solo e a altura máxima que esse próton dá no anel em uma hora. por ele alcançada. 2. (Uerj 2009) Dois móveis, A e B, 5. (Ufrj 2009) Um móvel parte do repouso e percorrem uma pista circular em movimento descreve uma trajetória retilínea durante um uniforme. Os dois móveis partiram do intervalo de tempo de 50s, com a aceleração mesmo ponto e no mesmo sentido com as indicada no gráfico a seguir. circunferência de 27 km velocidades de 1,5 rad/s e 3,0 rad/s, respectivamente; o móvel B, porém, partiu 4 segundos após o A. Calcule o intervalo de tempo decorrido, após a partida de A, no qual o móvel B alcançou o móvel A pela primeira vez. 3. (Uerj 2009) Um avião, em trajetória retilínea paralela à superfície horizontal do solo, sobrevoa uma região com velocidade a) Faça um gráfico da velocidade do móvel constante igual a 360 km/h. no intervalo de 0 até 50s. Três pequenas caixas são largadas, com b) Calcule a distância percorrida pelo móvel velocidade nesse intervalo. inicial nula, de um compartimento na base do avião, uma a uma, Página 1 de 14 Lista – Extra – 3ª Série 6. (Uerj 2009) A velocidade de um corpo que se desloca ao longo de uma reta, em função do tempo, é representada pelo seguinte gráfico: Considerando como dados m1 , m2 e o módulo da aceleração da gravidade g, calcule Calcule a velocidade média desse corpo no intervalo entre 0 e 30 segundos. no instante em que a esfera de massa m1 perde o contato com o chão: a) a tensão no fio; 7. (Ufrj 2009) Duas pequenas esferas b) a aceleração da esfera de massa m2. homogêneas de massas m1 e m2 estão unidas por um fio elástico muito fino de massa desprezível. Com a esfera de massa m1 em repouso e apoiada no chão, a esfera de massa m2 é lançada para cima ao longo da reta vertical que passa pelos centros das esferas, como indica a figura 1. A esfera lançada sobe esticando o fio até suspender a outra esfera do chão. A figura 2 ilustra o instante em que a esfera de massa m1 perde contato com o chão, instante no 8. (Ufrj 2009) Um pequeno bloco de massa m = 3,0 kg desliza sobre a superfície inclinada de uma rampa que faz com a horizontal um ângulo de 30°, como indica a figura. Verifica-se que o bloco desce a rampa com movimento retilíneo ao longo da direção de maior declive (30° com a horizontal) com uma aceleração de módulo igual a g/3, em que g é o módulo da aceleração da gravidade. qual o fio está ao longo da reta que passa pelos centros das esferas. Página 2 de 14 Lista – Extra – 3ª Série Considerando g = 10m/s2, calcule o módulo diferença de empuxos causados pelo ar e da força de atrito que a superfície exerce equilibrar a balança como ilustra a figura a sobre o bloco. seguir. 9. (Ufrj 2009) Um cilindro homogêneo flutua em equilíbrio na água contida em um recipiente. O cilindro tem 3/4 de seu volume abaixo da superfície livre da água, como ilustra a figura 1. Calcule os volumes V1 e V2 dos corpos 1 e 2 Para que esse cilindro permaneça em repouso supondo que a densidade do ar tenha o valor com a sua face superior no mesmo nível que ρ = 1,25 × 10-3 g/cm3 e que o volume do a superfície livre da água, uma força F, contrapeso seja desprezível. vertical e apontando para baixo, é exercida pela mão de uma pessoa sobre a face superior 11. (Uerj 2009) O valor da energia potencial, do cilindro, como ilustra a figura 2. Ep, de uma partícula de massa m sob a ação do campo gravitacional de um corpo celeste de massa M é dado pela seguinte expressão: Ep = GmM/r. Nessa expressão, G é a constante de gravitação universal e r é a distância entre a partícula e o centro de massa do corpo Sabendo que o módulo de F é igual a 2,0 N e celeste. que a água está em equilíbrio hidrostático, A menor velocidade inicial necessária para calcule o módulo do peso do cilindro. que uma partícula livre-se da ação do campo gravitacional de um corpo celeste, ao ser 10. (Ufrj 2009) Dois corpos, 1 e 2, têm a lançada da superfície deste, é denominada mesma massa, mas são constituídos de velocidade de escape. A essa velocidade, a materiais respectivas energia cinética inicial da partícula é igual ao densidades, ρ1 e ρ2, são tais que ρ1 = ρ2 /11. valor de sua energia potencial gravitacional Quando os dois corpos são suspensos numa na superfície desse corpo celeste. diferentes, cujas balança sensível de braços iguais, na presença do ar, verifica-se que é necessário Buracos negros são corpos celestes, em geral, adicionar um pequeno contrapeso de 1,0 g de extremamente densos. Em qualquer instante, massa ao corpo 1, de modo a compensar a o raio de um buraco negro é menor que o raio Página 3 de 14 Lista – Extra – 3ª Série R de um outro corpo celeste de mesma contida em um recipiente. Um feixe de luz massa, para o qual a velocidade de escape de paralelo e monocromático incide sobre o uma partícula corresponde à velocidade c da recipiente de tal modo que cada raio do feixe luz no vácuo. forma um ângulo de 4° com a reta Determine a densidade mínima de um buraco perpendicular à superfície da camada de óleo. negro, em função de R, de c e da constante Determine o ângulo que cada raio de luz G. forma com essa perpendicular, ao se propagar na água. 12. (Ufrj 2009) Um gás ideal se encontra em um estado de equilíbrio termodinâmico A no 14. (Ufrj 2009) qual tem volume V0 e pressão p0 conhecidos. proveniente do ar atravessa uma placa de O gás é então comprimido lentamente até vidro de 4,0 cm de espessura e índice de atingir refração 1,5. um estado de equilíbrio Um raio luminoso termodinâmico B no qual seu volume é V0/3. Sabendo que o ângulo de incidência è do raio Sabendo que o processo que leva o gás do estado A ao estado B é o indicado pelo segmento de reta do diagrama, e que os luminoso é tal que sen è = 0,90 e que o índice de refração do ar é 1,0 , calcule a distância que a luz percorre ao atravessar a placa. estados A e B estão em uma mesma isoterma, calcule o calor total QAB cedido pelo gás nesse processo. 15. (Uerj 2009) Um elétron deixa a superfície de um metal com energia cinética igual a 10 eV e penetra em uma região na 13. (Uerj 2009) Uma camada de óleo recobre a superfície em repouso da água qual é acelerado por um campo elétrico uniforme de intensidade igual a 1,0 × 104 Página 4 de 14 Lista – Extra – 3ª Série V/m. consumirão. Considere que o campo elétrico e a velocidade inicial do elétron têm a mesma 17. (Uerj 2009) direção e sentidos opostos. apresentadas as resistências e as d.d.p. Calcule a energia cinética do elétron, em eV, relativas logo após percorrer os primeiros 10 cm a conectados, separadamente, a uma dada partir da superfície do metal. bateria. 16. (Ufrj 2009) a Na tabela abaixo, são dois resistores, quando Um aluno dispõe de três lâmpadas e uma fonte de tensão para montar um circuito no qual as lâmpadas funcionem de acordo com as especificações do fabricante. As características dos elementos do circuito e os símbolos a eles atribuídos são: Considerando que os terminais da bateria - lâmpada 1: 100V, 40W e símbolo (figura 1) estejam conectados a um resistor de - lâmpada 2: 100V, 40W e símbolo (figura 2) resistência igual a 11,8 Ω , calcule a energia - lâmpada 3: 200V, 40W e símbolo (figura 3) elétrica dissipada em 10 segundos por esse - fonte de tensão: 200V, considerada ideal, e resistor. símbolo (figura 4). 18. (Ufrj 2009) Uma corda comprida e tensa está inicialmente ao longo de um eixo horizontal Ox e tem uma de suas extremidades em x = 0. Num dado instante, tomado como t = 0, uma onda transversal é gerada na corda levando-se essa extremidade para cima até uma altura h conhecida e depois trazendo-a de volta para a posição inicial. A partir desse momento a extremidade permanece em repouso. A Indique, por meio de um desenho, como o duração aluno deve montar o circuito e calcule, nesse extremidade, de valor conhecido ∆t, é igual à caso, a potência total que as três lâmpadas duração do movimento de descida. Por do movimento de subida da Página 5 de 14 Lista – Extra – 3ª Série simplicidade, suponha que o movimento da para investigar o interior de um núcleo extremidade, tanto na subida quanto na atômico esférico que tem um raio da ordem descida, seja realizado com velocidade de 10-15m. vertical e de módulo constante, sendo desprezível o tempo gasto para inverter o 20. (Ufrj 2008) Heloísa, sentada na poltrona movimento. de um ônibus, afirma que o passageiro A figura mostra a configuração da corda no sentado à sua frente não se move, ou seja, instante t = 2∆t. está em repouso. Ao mesmo tempo, Abelardo, sentado à margem da rodovia, vê o ônibus passar e afirma que o referido passageiro está em movimento. Calcule a velocidade do ponto da corda localizado em x = 5d /4 no instante t = 4∆t, sendo d a distância indicada no gráfico. De acordo com os conceitos de movimento e repouso usados em Mecânica, explique de 19. (Uerj 2009) É possível investigar a que maneira devemos interpretar as estrutura de um objeto com o uso da radiação afirmações de Heloísa e Abelardo para dizer eletromagnética. Para isso, no entanto, é que ambas estão corretas. necessário que o comprimento de onda dessa radiação seja da mesma ordem de grandeza 21. (Uerj 2008) Um elevador que se das dimensões do objeto a ser investigado. encontra em repouso no andar térreo é Os raios laser são um tipo específico de acionado e começa a subir em movimento radiação eletromagnética, cujas frequências uniformemente se situam entre 4,6 × 1014 hertz e 6,7 × 1014 segundos, enquanto a tração no cabo que o hertz. suspende é igual a 16250 N. Imediatamente Considerando esses dados, demonstre por após esse intervalo de tempo, ele é freado que não é possível utilizar fontes de laser com aceleração constante de módulo igual a acelerado durante 8 Página 6 de 14 Lista – Extra – 3ª Série 5 m/s2, até parar. Determine a altura máxima como indica a figura 1 alcançada pelo elevador, sabendo que sua massa é igual a 1300 kg. 22. (Uerj 2008) Os corpos A e B, ligados ao dinamômetro D por fios inextensíveis, deslocam-se em movimento uniformemente acelerado. Observe a representação desse sistema, posicionado sobre a bancada de um Sabe-se que, se o módulo da força for laboratório. duplicado, a aceleração terá módulo 3a, como indica a figura 2. Suponha que, em ambos os casos, a única outra força horizontal que age sobre o bloco seja a força de atrito - de módulo invariável f - que a mesa exerce sobre ele. Calcule a razão f/F entre o módulo f da força de atrito e o módulo F da força horizontal A massa de A é igual a 10 kg e a indicação que puxa o bloco. no dinamômetro é igual a 40 N. Desprezando qualquer atrito e as massas das 25. (Ufrj 2008) Realizando um experimento roldanas e dos fios, estime a massa de B. caseiro sobre hidrostática para seus alunos, um professor pôs, sobre uma balança, um 23. (Uerj 2008) Um bloco de massa igual a recipiente graduado contendo água e um 1,0 kg repousa em equilíbrio sobre um plano pequeno barco de brinquedo, que nela inclinado. Esse plano tem comprimento igual flutuava a 50 cm e alcança uma altura máxima em quantidade de água em seu interior. Nessa relação ao solo igual a 30 cm. Calcule o situação, a turma constatou que a balança coeficiente de atrito entre o bloco e o plano indicava uma massa M1 e que a altura da inclinado. água no recipiente era h1. Em dado instante, em repouso, sem nenhuma um aluno mexeu inadvertidamente no barco. 24. (Ufrj 2008) Uma força horizontal de O barco encheu de água, foi para o fundo do módulo F puxa um bloco sobre uma mesa recipiente e lá permaneceu em repouso. horizontal com uma aceleração de módulo a, Nessa nova situação, a balança indicou uma Página 7 de 14 Lista – Extra – 3ª Série massa M2 e a medição da altura da água foi h1 . Com base em conhecimentos de termologia, a) Indique se M1 é maior, menor ou igual a explique por que o edifício entorta para a M2. Justifique sua resposta. esquerda e não para a direita. b) Indique se h1 é maior, menor ou igual a h2. Justifique sua resposta. 28. (Uerj 2008) O circuito a seguir é utilizado para derreter 200 g de gelo contido 26. (Uerj 2008) Um recipiente com em um recipiente e obter água aquecida. capacidade constante de 30 L contém 1 mol de um gás considerado ideal, sob pressão P0 igual a 1,23 atm. Considere que a massa desse gás corresponde a 4,0 g e seu calor específico, a volume constante, a 2,42 cal. g-1 . °C-1. Calcule a quantidade de calor que deve ser fornecida ao gás contido no recipiente para sua pressão alcançar um valor três vezes maior do que P0. 27. (Ufrj 2008) Um incêndio ocorreu no lado direito de um dos andares intermediários de E: força eletromotriz do gerador um r: resistência interna do gerador edifício construído com estrutura metálica, como ilustra a figura 1. Em R1, R2 e R3: resistências consequência do incêndio, que ficou restrito C: chave de acionamento ao lado direito, o edifício sofreu uma A: recipiente adiabático deformação, como ilustra a figura 2. No momento em que a chave C é ligada, a temperatura do gelo é igual a 0°C. Página 8 de 14 Lista – Extra – 3ª Série Estime o tempo mínimo necessário para que a água no recipiente A atinja a temperatura de 20°C. 29. (Ufrj 2008) mostram dois Os quadrinhos a seguir momentos distintos. No primeiro quadrinho, Maria está na posição A e observa sua imagem fornecida pelo espelho plano E. Ela, então, caminha para a posição Calcule a frequência dessa onda B, na qual não consegue mais ver sua imagem; no entanto, Joãozinho, posicionado em A, consegue ver a imagem de Maria na posição B, como ilustra o segundo quadrinho. 31. (Ufrj 2007) Em uma recente partida de futebol entre Brasil e Argentina, o jogador Kaká marcou o terceiro gol ao final de uma arrancada de 60 metros. Reproduza o esquema ilustrado a seguir e desenhe raios luminosos apropriados que mostrem como Joãozinho consegue ver a imagem de Maria. Supondo que ele tenha gastado 8,0 segundos para percorrer essa distância, determine a velocidade escalar média do jogador nessa arrancada. 32. (Ufrj 2007) Suponha que a velocidade de propagação de uma onda sonora seja 345 m/s no ar e 1035 m/s dentro da água. Suponha também que a lei de Snell da refração seja válida para essa onda. a) Para que possa ocorrer reflexão total, a onda deve propagar-se do ar para a água ou da água para o ar? Justifique sua resposta. 30. (Uerj 2008) Uma onda harmônica propaga-se em uma corda longa de densidade b) Calcule o ângulo limite a partir do qual ocorre reflexão total. constante com velocidade igual a 400 m/s. A figura a seguir mostra, em um dado instante, 33. (Ufrj 2007) A figura mostra, num certo o perfil da corda ao longo da direção x. instante, algumas linhas do campo elétrico (indicadas por linhas contínuas) e algumas Página 9 de 14 Lista – Extra – 3ª Série superfícies equipotenciais (indicadas por Calcule a razão linhas tracejadas) geradas pelo peixe elétrico P1 P2 entre a potência P1 'eigenmannia virescens'. A diferença de dissipada pela primeira lâmpada e a potência potencial entre os pontos A e B é VA - VB = P2 dissipada pela segunda lâmpada. 4,0 x 10-5V. 35. (Uerj 2007) A figura a seguir mostra um homem de massa igual a 100 kg, próximo a um trilho de ferro AB, de comprimento e massa respectivamente iguais a 10m e 350 kg. O trilho encontra-se em equilíbrio estático, com 60% do seu comprimento total apoiados sobre a laje de uma construção. Suponha que a distância entre os pontos C e D seja 5,0 x 10-3 m e que o campo elétrico seja uniforme ao longo da linha que liga esses pontos. Calcule o módulo do campo elétrico entre os pontos C e D. 34. (Ufrj 2007) Duas lâmpadas estão ligadas em paralelo a uma bateria ideal de 10 volts, como indica a figura. A primeira lâmpada tem 2,0 ohms de resistência e a segunda, 3,0 ohms. Estime a distância máxima que o homem pode se deslocar sobre o trilho, a partir do ponto P, no sentido da extremidade B, mantendo-o em equilíbrio. 36. (Uerj 2007) Um gás, inicialmente à temperatura de 16 °C, volume V0 e pressão P0, sofre uma descompressão e, em seguida, é aquecido até alcançar uma determinada temperatura final T, volume V e pressão P. Considerando que V e P sofreram um aumento de cerca de 10% em relação a seus valores iniciais, determine, em graus Celsius, Página 10 de 14 Lista – Extra – 3ª Série o valor de T. aceleração constante vertical, para baixo, de módulo a (por hipótese, menor do que o 37. (Uerj 2007) Considere dois cabos módulo g da aceleração da gravidade), como elétricos de mesmo material e com as mostra a figura 1. seguintes características: Em seguida, o bloco é levantado com aceleração constante vertical, para cima, também de módulo a, como mostra a figura 2. Sejam T a tensão do fio na descida e T' a tensão do fio na subida. Sabe-se que o peso do cabo 2 é o quádruplo do peso do cabo 1. Calcule o valor da resistência elétrica R2. 38. (Ufrj 2006) Um estudante a caminho da Determine a razão T'/T em função de a e g. UFRJ trafega 8,0 km na Linha Vermelha a 80 km/h (10 km/h a menos que o limite 41. (Ufrj 2006) Um recipiente contendo permitido nessa via). água se encontra em equilíbrio sobre uma Se ele fosse insensato e trafegasse a 100 balança, como indica a figura 1. Uma pessoa km/h, calcule quantos minutos economizaria põe uma de suas mãos dentro do recipiente, nesse mesmo percurso. afundando-a inteiramente até o início do punho, como ilustra a figura 2. Com a mão 39. (Ufrj 2006) Um atleta dá 150 passos por mantida em repouso, e após restabelecido o minuto, cada passo com um metro de equilíbrio hidrostático, verifica-se que a extensão. medida da balança sofreu um acréscimo de Calcule quanto tempo ele gasta, nessa 4,5 N em relação à medida anterior. marcha, para percorrer 6,0 km. 40. (Ufrj 2006) Um bloco de massa m é abaixado e levantado por meio de um fio ideal. Inicialmente, o bloco é abaixado com Página 11 de 14 Lista – Extra – 3ª Série outra. Uma terceira carga q0 é colocada no ponto médio entre as duas primeiras, como ilustra a figura A. Nessa situação, o módulo da força eletrostática resultante sobre a carga q0 vale FA. A carga q0 é então afastada dessa posição ao longo da mediatriz entre as duas outras até atingir o ponto P, onde é fixada, como ilustra Sabendo que a densidade da água é 1g/cm3, a figura B. Agora, as três cargas estão nos calcule o volume da mão em cm3. vértices de um triângulo equilátero. Nessa situação, o módulo da força eletrostática 42. (Ufrj 2006) Um raio luminoso emitido resultante sobre a carga q0 vale FB. por um laser de um ponto F incide em um ponto I de um espelho plano. O ponto F está a uma distância b do espelho e a uma distância a da normal N. Uma mosca voa num plano paralelo ao espelho, a uma distância b dele, como ilustra a figura. 2 Calcule a razão FA/FB. 44. (Ufrj 2005) A posição de um automóvel em viagem entre duas cidades foi registrada em função do tempo. O gráfico a seguir resume as observações realizadas do início ao fim da viagem. Em um certo instante, a mosca é atingida pelo raio laser refletido em I. Calcule, nesse instante, a distância da mosca à normal N. 43. (Ufrj 2006) Duas cargas, q e -q, são mantidas fixas a uma distância d uma da Página 12 de 14 Lista – Extra – 3ª Série Calcule o módulo da aceleração com que o elevador desce sob a frenagem dessas forças. 46. (Uerj 2005) Como propaganda, o supermercado utiliza um balão esférico no meio do estacionamento, preso por três cordas que fazem ângulo de 60° com a a) Indique durante quanto tempo o carro horizontal, conforme mostra a figura a permaneceu parado. seguir. b) Calcule a velocidade escalar média do carro nessa viagem. 45. (Ufrj 2005) Quando o cabo de um elevador se quebra, os freios de emergência são acionados contra trilhos laterais, de modo que esses passam a exercer, sobre o elevador, quatro forças verticais constantes e iguais a f , como indicado na figura. Considere g = Esse balão, de massa igual a 14,4 kg e 10m/s2. volume igual a 30 m3, está preenchido por 3,6 kg de gás hélio, submetido à pressão de 1 atm. Em um dado instante, as cordas que o prendiam foram cortadas e o balão começou a subir. Considere que a temperatura seja constante e o gás, ideal. a) Calcule a força de tração nas cordas quando o balão está preso. Suponha que, numa situação como essa, a b) Supondo que o balão esteja a uma altura massa total do elevador seja M = 600kg e na qual seu volume corresponda a 37,5 m3, que o módulo de cada força f seja │ f │ = calcule a pressão a que ele está submetido. 1350N. Página 13 de 14 Lista – Extra – 3ª Série 47. (Uerj 2005) Dois empregados utilizam fisicamente correta? Justifique sua resposta. uma barra homogênea, de massa desprezível, apoiada em seus ombros, para carregar três 49. (Uerj 2005) Com o objetivo de obter baldes de 20 kg cada, conforme mostra a mais figura a seguir. supermercado, facilitando o controle da visibilidade da área interna do movimentação de pessoas, são utilizados espelhos esféricos cuja distância focal em módulo é igual a 25 cm. Um cliente de 1,6 m de altura está a 2,25 m de distância do vértice de um dos espelhos. a) Indique o tipo de espelho utilizado e a natureza da imagem por ele oferecida. a) Calcule a força exercida pela barra sobre o b) Calcule a altura da imagem do cliente. ombro de cada empregado. b) Considere, agora, que E1 esteja em 50. (Ufrj 2005) Em dois vértices opostos de repouso, apoiado sobre os dois pés, e com um quadrado de lado "a" estão fixas duas apenas um dos baldes sobre a cabeça. A cargas puntiformes de valores Q e Q'. Essas massa de E1 é igual a 70 kg e a área de cada cargas geram, em outro vértice P do uma de suas botas é de 300 cm2. Determine a quadrado, um campo elétrico E , cuja direção pressão exercida por ele sobre o chão. e sentido estão especificados na figura a seguir: 48. (Ufrj 2005) Leia atentamente os quadrinhos a seguir. Indique os sinais das cargas Q e Q' e calcule o valor da razão Q/Q'. A solução pensada pelo gato Garfield para atender à ordem recebida de seu dono está Página 14 de 14