Questões Comentadas do Curso de Férias 2014 Ciências da

Questões Comentadas do Curso de Férias 2014
Ciências da Natureza – Física
Professor Vasco Vasconcelos
Calor e Fenômenos Térmicos
1. O livro Fahrenheit 451, do escritor Ray Bradbury, e considerado uma obra clássica
da literatura de ficção científica. Fala sobre um regime de governo autoritário que não
permite o acesso da população aos livros, que costumam ser queimados quando
encontrados pela polícia. O título refere-se exatamente à temperatura em que o papel
entra em combustão. Logo, essa temperatura em Kelvin deve ser, aproximadamente,
a) 273 K
b) 506 K
c) 601 K
d) 724 K
e) 971 K
451−329 =
−2735 → TK – 273 = 419
59 →Tk ≅ 506 k
Gabarito: b
2. Para medir a febre de pacientes, um estudante de medicina criou sua própria escala
linear de temperaturas. Nessa nova escala, os valores de O (zero) e 10 (dez)
correspondem, respectivamente, a 37°C e 40°C. A temperatura de mesmo valor
numérico em ambas as escalas é aproximadamente:
a) 52,9 ºC
b) 28,5 ºC
c) 74,3 ºC
d) - 8,5 ºC
e) - 28,5 ºC
Solução:
o
A
10
o
C
40
T
T
0
37
T−010− 0 = T−3740−37 →10 T – 370 = 3T →7T = 370 →T ≅ 52,9º C
Gabarito: a
3. O fabricante de uma bolsa térmica à base de gel informa que é necessário que a bolsa
fique 8,0 minutos imersa em água fervente para atingir a temperatura de 60 ºC.
Considerando a capacidade térmica da bolsa igual a 300 cal/ºC e a temperatura inicial
de 20 ºC, é correto afirmar que a taxa média de absorção de calor pela bolsa nesse
processo, em cal/min, é igual a
a) 7 500.
b) 2 500.
c) 5 000.
d) 1 500.
e) 9 000.
Solução: Na presente questão uma boa análise dimensional no ajudará bastante no
lembrete da fórmula.
Da unidade dada pra capacidade térmica só podemos deduzir que a fórmula associada à
Δ (cal/ oC)
40 →Q = 12000 cal
Fazendo outra análise dimensional na expressão taxa média de absorção , chegamos à
Δ →φ = 120008 →
φ = 1500 cal/min .Gabarito: d
4. Uma placa de 2,0 m2 de um aquecedor solar é capaz de gerar 19,4 x106 J de calor ao
longo de um dia ensolarado. Se o calor específico da água for igual a 4190 J/kg.K, qual
será o número mínimo de placas necessárias para elevar, até o final do dia, a
temperatura de 1000 litros de água de 22 oC para 60 oC, que está armazenada em um
reservatório ideal?
a) 1
b) 5
c) 7
d) 9
e) 10
Solução: Após lermos o enunciado vemos que para determinar o número mínimo de
placas envolvidas nesse aquecimento teremos que usar uma regra de três, mas para isso
precisamos antes determinar a quantidade de calor envolvida no processo descrito.
Sabendo-se que 1 litro de água tem 1kg de massa, temos:
Q = 1000x 4190x38 = 4,19 x 38 x 106 J.
Portanto, se: 1 placa ------- 19,4 x 106 J
n placas ------ 4,19 x 38 x 106 J
→n ≅ 9 placas
Gabarito: d
5.Uma cozinheira aquece 800 mL de água para o preparo de um prato mas percebe que
a temperatura ultrapassou o valor pretendido, de 45oC. Para obter água na temperatura
desejada, ela acrescenta 400 mL de água à temperatura de 25oC à primeira porção e,
depois de misturá-las, obtém água na temperatura pretendida. Sabendo que o calor
específico da água líquida é igual a 1 cal/(g · oC) e considerando que ocorreu troca de
calor apenas entre as duas porções misturadas, é correto afirmar que a temperatura, em
o
C, que a primeira porção de água atingiu foi
a) 65.
b) 75.
c) 85.
d) 55.
e) 95.
Solução: Na presente questão temos uma situação de equilíbrio térmico e que pode ser
descrito através do seguinte esqueminha:
água
água
400 ml (400g)
800 ml (800g)
25º C
T
Te = 45º C
400x 1 x ( 45 – 25) + 800 x 1 x (45 – T ) = 0 ( : 800)
10 + 45 – T = 0 →T = 55º C
Gabarito: d
6. Um contêiner com equipamentos científicos é mantido em uma estação de pesquisa
na Antártida. Ele é feito com material de boa isolação térmica e é possível, com um
pequeno aquecedor elétrico, manter sua temperatura interna constante, Ti = 20°C,
quando a temperatura externa é Te = −40°C. As paredes, o piso e o teto do contêiner têm
a mesma espessura, ε = 26 cm, e são de um mesmo material, de condutividade térmica
k = 0,05 J / (s ⋅ m ⋅ °C). Suas dimensões internas são 2 × 3 × 4 m3 . Para essas condições,
quanto vale a potência P do aquecedor, considerando ser ele a única fonte de calor?
Note e adote:
A quantidade de calor por unidade de tempo (Φ ) que flui através de um material de
área A, espessura ε e condutividade térmica k, com diferença de temperatura ΔT
entre as faces do material, é dada por: Φ = kAΔT / ε.
a) 0,6W
b) 0,6 KW
c) 60 W
d) 600 KW
e) 6000 KW
Solução: A área da superfície interna do contêiner é igual à soma das áreas de suas
faces, como cada face é um retângulo temos: 2 ( 3x4 + 3x2 + 2x4) = 52 m2 . A potência
do aquecedor é dada pelo fluxo de calor que flui por unidade de tempo, logo:
Gabarito: b
7. No senso comum, as grandezas físicas calor e temperatura geralmente são
interpretadas de forma equivocada. Diante disso, a linguagem científica está
corretamente empregada em
a) “Hoje, o dia está fazendo calor”.
b) “O calor está fluindo do fogo para a panela”.
c) “A temperatura está alta, por isso estou com muito calor”.
d) “O gelo está transmitindo temperatura para água no copo?”.
e) “O melhor do edredom é o calor que ele transmite para o nosso corpo.”
Solução:
a) Falsa, pois calor não é uma sensação térmica.
b) Verdadeira, o termo calor foi usado corretamente.
c) Falsa, pois calor não é uma sensação térmica.
d) Falsa, pois temperatura não é energia em trânsito.
e) Falsa, pois a função do edredom é isolar termicamente nosso corpo do ambiente.
Gabarito: b
8. Uma atração turística da Áustria é Salzburgo, cidade natal de Mozart, construída na
Antiguidade graças às minas de sal. Salzburgo significa castelo do sal, pois nessa cidade
está localizada a mina de sal mais antiga do mundo, em atividade desde a Idade do
Ferro (1000 a.C.). No passado, o sal era um importante e quase insubstituível
conservante alimentar e, além de cair bem ao nosso paladar, ele é uma necessidade vital,
pois, sem o sódio presente no sal, o organismo seria incapaz de transmitir impulsos
nervosos ou mover músculos, entre eles o coração.
(terra.com.br/turismo/roteiros/2000/11/10/009.htm Acesso em: 16.08.2013. Adaptado)
O sal também pode ser obtido da água do mar, processo que ocorre em salinas.
Durante a obtenção de sal em uma salina,
a) a água sofre evaporação.
b) a água sofre sublimação.
c) o sal sofre fusão.
d) a água e o sal sofrem sublimação.
e) a água e o sal sofrem solidificação.
Solução: Nas Salinas a obtenção do sal é através da evaporação da água.Gabarito: a
9. Contratado para criar a escultura do prefeito de uma pequena cidade, o escultor, na
hora de terminar a última parte, o rosto, cometeu um erro que deixou uma pequena
rachadura acima da testa da estátua. Como a rachadura não era visível de longe, e o
escultor estava com o prazo estourado, deixou assim mesmo. Um dia antes de a estátua
ser oficialmente
inaugurada, houve uma chuva forte seguida de uma queda brusca na temperatura
ambiente, atingindo zero graus Celsius. Quando a comitiva do prefeito chegou a praça,
encontraram o rosto da estátua rachado e irreconhecível. Assumindo que a causa esta
relacionada com o evento atmosférico mencionado, o que pode ter acontecido?
a) O resfriamento da estátua não foi uniforme, e a rachadura permitiu que ocorressem
correntes de convecção na pedra, que vieram a rachar a parte mais quente, que era a
cabeça.
b) A umidade do ar igualou a pressão interna no local da rachadura à pressão
atmosférica externa, fazendo com que o rosto fosse esmagado de fora para dentro.
c) A água, ao entrar pela rachadura da estatua rapidamente, sofreu processo de
sublimação endotérmica, passando do estado liquido para o gasoso, que aqueceu o rosto
da estátua.
d) A água da chuva infiltrou na estátua e expandiu quando a temperatura baixou dos 4
graus Celsius, rachando a pedra.
e) Ao se transformar adiabaticamente em gelo dentro da testa da estátua, a água
absorveu calor latente de vaporização e o usou para aquecer o rosto.
Solução: O que houve foi uma aplicação prática da dilatação anômala da água, que
entre 4oC e 0oC sofre uma expansão, fato este que implicou na rachadura da peça.
Gabarito: d
10.Uma pessoa deseja soltar uma porca de aço que está enroscada em um parafuso de
ferro. Sabendo que o coeficiente de dilatação volumétrica da porca é de 31,5x10-6 (oC)-1
e do parafuso de 34,2x10-6 (oC)-1, o que deve fazer essa pessoa para realizar a sua tarefa
com mais facilidade?
a) Aquecer o conjunto parafuso e porca, pois o parafuso, tendo maior coeficiente de
dilatação, vai favorecer a soltura da porca.
b) Aquecer só a porca, pois assim o parafuso não vai aquecer, facilitando a soltura da
porca.
c) Aquecer só o parafuso, pois assim a porca não vai ser aquecida e com isto ficará mais
fácil soltar a porca.
d) Esfriar o conjunto, pois, tendo o parafuso um maior coeficiente de dilatação, vai
permitir que a porca seja solta com mais facilidade.
e) Resfriar a porca e, simultaneamente, aquecer o parafuso, provocando um choque
térmico que provocará a separação.
Solução: Materiais que possuem maior coeficiente de dilatação térmica sofrem um
aumento mais rápido nas dimensões quando aquecido, mas também sofre uma
diminuição mais rápida nas dimensões quando resfriado. Dessa forma, se no enunciado
foi dito que para esta situação o coeficiente de dilatação do parafuso é maior que o da
porca , o que temos que fazer é resfriar o conjunto para que a porca solte mais
facilmente.Gabarito: d
11. O lago artificial da Usina de Serra da Mesa é o segundo maior lago do Brasil com
área alagada de 1.784km² e o maior em volume com aproximadamente 54 milhões de
km³. De acordo com estudos realizados por especialistas em clima, a temperatura média
do planeta sofrerá uma variação de 2,0 oC até o ano de 2020 em função do aquecimento
global. Levando em consideração os valores acima e desconsiderando o fenômeno da
evaporação e o processo de infiltração, podemos afirmar que a variação do volume da
água do lago, devido ao aquecimento global, ao final desse período, será de:
Dado: γH2O=1,3x10-4 oC-1
a) 140,4x10² km³
b) 140,4x10-4 km³
c) 14.040 m³
d) 14.040x10² m³
e) 1.404x10² L
Solução: Na presente questão, temos uma aplicação da dilatação volumétrica dos
líquidos. Dessa forma: ΔV = 54x106 x 1,3x 10-4 x 2 = 140,4 x 102 km2. Gabarito: a
12. O piso de concreto de um corredor de ônibus é constituído de secções de 20m
separadas por juntas de dilatação. Sabe-se que o coeficiente de dilatação linear do
concreto é 12x10– 6 ºC–1, e que a variação de temperatura no local pode chegar a 50ºC
entre o inverno e o verão. Nessas condições, a variação máxima de comprimento, em
metros, de uma dessas secções, devido à dilatação térmica, é
a) 1,0x10–2
b) 4,8x10– 4
c) 2,4x10– 4
d) 1,2x10–2
e) 6,0x10– 4
Solução: Na presente questão, temos uma aplicação da dilatação linear dos sólidos.
Dessa forma: ΔL = 20 x 12x10-6 x 50 = 1,2 x 10-2 m. Gabarito: d
13. Quem viaja de carro ou de ônibus pode ver, ao longo das estradas, torres de
transmissão de energia tais como as da figura.
Olhando mais atentamente, é possível notar que os cabos são colocados arqueados ou,
como se diz popularmente, “fazendo barriga”.
A razão dessa disposição é que
a) a densidade dos cabos tende a diminuir com o passar dos anos.
b) a condução da eletricidade em alta tensão é facilitada desse modo.
c) o metal usado na fabricação dos cabos é impossível de ser esticado.
d) os cabos, em dias mais frios, podem encolher sem derrubar as torres.
e) os ventos fortes não são capazes de fazer os cabos, assim dispostos, balançarem.
Solução: Os fios precisam dessa “barriga” para evitar que no caso de um grande
resfriamento haja uma contração que tenda a puxar as torres mais do que o que podem
suportar. Gabarito: d
14. Uma lâmina bimetálica de bronze e ferro, na temperatura ambiente, é fixada por
uma de suas extremidades, como visto na figura abaixo.
Nessa situação, a lâmina está plana e horizontal. A seguir, ela é aquecida por uma
chama de gás. Após algum tempo de aquecimento, a forma assumida pela lâmina será
mais adequadamente representada pela figura:
Note e adote:
O coeficiente de dilatação térmica linear do ferro é 1,2 × 10−5 °C−1.
O coeficiente de dilatação térmica linear do bronze é 1,8 × 10−5 °C−1.
Após o aquecimento, a temperatura da lâmina é uniforme.
a)
b)
c)
d)
e)
Solução: Numa lamina bimetálica, o material que possuir maior coeficiente de dilatação
ficará por fora da curva( maiores dimensões). Dessa forma, a lâmina só poderá encurvar
para baixo, visto que o coeficiente de dilatação do bronze é maior do que o do ferro.
Gabarito: d
15. Uma longa ponte foi construída e instalada com blocos de concreto de 5 m de
comprimento a uma temperatura de 20°C em uma região na qual a temperatura varia ao
longo do ano entre 10°C e 40°C. O concreto destes blocos tem coeficiente de dilatação
linear de 10-5°C-1. Nessas condições, qual distância em cm deve ser resguardada entre os
blocos na instalação para que, no dia mais quente do verão, a separação entre eles seja
de 1 cm?
a) 1,01
b) 1,10
c) 1,20
d) 2,00
e) 2,02
Solução: Ao passar de 20oC, que foi a temperatura no dia da instalação para 40º C a
ponte vai se dilatar, fazendo com que o espaçamento entre os trilhos diminua.
Calculando a dilatação que cada bloco vai sofrer, temos:
ΔL=5x10-5x 20 = 0,001m = 0,1 cm. Ou seja se no dia mais quente cairá para 1cm, no
dia que foi instalada a distância era de 1,1 cm. Gabarito: b
16. Um menino, para mostrar força, aceita o desafio de um amigo. O desafio consiste
em tomar um tubo de pvc, como os de instalações hidráulicas, e em uma das aberturas
do tubo o amigo empurrar um êmbolo de borracha ajustado ao cano, como os de
seringa, para dentro. No outro lado o menino estará com a boca no tubo tentando com a
língua barrar o avanço do ar deslocado pelo êmbolo. Porém, se o êmbolo avançar para
dentro do tubo, mas o menino não permitir nenhum deslocamento de ar do seu lado,
mantendo a língua imóvel, é correto afirmar que ele sentiu
a) o ar aquecendo.
b) o ar resfriando.
c) a pressão do ar diminuindo.
d) o ar solidificando.
e) o ar realizando trabalho sobre sua língua.
Solução: Podemos analisar a situação dada por termodinâmica. Essa compressão rápida
é considerada adiabática, ou seja como ΔU = Q – W, sendo Q=0 , ΔU = – W. Como o
W foi negativo, o ΔU foi positivo(aquecimento do gás)
Gabarito: a
17.
Solução: Sendo o recipiente rígido, temos uma transformação isovolumétrica e dessa
forma, a pressão e a temperatura absoluta serão diretamente proporcionais.Gabarito: d
18.Num local em que a pressão atmosférica vale 1,0 × 105 Pa e a temperatura 25 oC,
uma pessoa puxa o êmbolo de uma seringa até a posição 60 cm3 com a extremidade da
seringa aberta. Em seguida, tampa a abertura da seringa e pressiona o êmbolo até a
posição 40 cm3, sem que haja vazamento de ar. O êmbolo é mantido nessa posição até
que o ar no interior da seringa retorne à temperatura de 25 oC. As figuras ilustram as
duas situações.
Considerando o ar como um gás ideal, na situação final a pressão do gás, em Pa, ficou
igual a
a) 6,7 × 104.
b) 8,0 × 104.
c) 1,2 × 105.
d) 1,5 × 105.
e) 1,8 × 105.
Solução: Utilizando-se a lei geral dos gases, temos:
1x105 x 60 = P x 40 →P = 1,5 x 105 Pa. Gabarito: d
19.
a) 2,94
b) 2,20
c) 1,00
d) 0,34
e) 0,52
Solução: A partir da equação dada, isolando-se os termos , temos:
μ2μ = P2P1 x T1
d
→μ2μ = 0,26 x 1,3 ≅ 0,34
Gabarito:
20.Termodinâmica é a ciência que estuda o calor e suas transformações em energia
mecânica. Baseado em seus estudos sobre o assunto, o que acontece quando se adiciona
100 J de calor a um sistema que realiza 60 J de trabalho externo?
a) A energia interna do sistema permanece a mesma, pois, de acordo com a primeira lei
da termodinâmica, ela não varia.
b) A energia interna aumenta para 160 J como consequência da segunda lei da
termodinâmica.
c) A energia interna do sistema diminui de 60 J como explica a segunda lei da
termodinâmica.
d) A energia interna do sistema aumenta em 40 J de acordo com a primeira lei da
termodinâmica.
e) Sem conhecer a temperatura do sistema, nada se pode afirmar.
Solução: a variação de energia interna é dada pela equação: ∆U = Q – W
∆U = 100 – 60 = 40J.
A,B,C e E : Falsas
D. Correta
Gabarito :d
→