OBF 2007

Dados do texto 1: o Prius é descrito com um motor de combustão (MCI) e dois motores-geradores (MEG-1 e MEG-2). O movimento inicial usa MEG-1; a 27 km/h o MCI entra em ação e também permite recarregar a bateria. O consumo atribuído aos engenheiros é 4,3 L/100 km; usuários relatam de 17,0 a 42,5 km/L. São os dados históricos do caderno de 2007.

Depois de ler o texto acima dois alunos ficaram discutindo o que tinham entendido e travaram o seguinte diálogo:

I) – Entendi que o motor híbrido é uma composição de três motores. O movimento inicial é produzido pelo motor eletromagnético e o MCI tem também o papel de recarregar as baterias.

II) – Gostei do que li, principalmente o que dizem os engenheiros da Toyota, que este carro consome apenas um litro de gasolina a cada 42,5 km.

III) – Não é verdade. O valor correto, de acordo com os engenheiros da Toyota, é que o Prius faz, em média, 25 km com um litro de gasolina.

IV) – Em torno de 7,5 m/s entra em ação o MCI. Podemos dizer das quatro afirmações acima que:

Dados do texto 2: de 100 unidades de energia química, 62 se perdem termicamente e 17 em paradas; 2 vão a acessórios e 6 à transmissão. Chegam às rodas 13 unidades. Desse total inicial, mais 4 se perdem no contato com o solo e 2 no ar, restando 7 unidades para movimentação útil.

Qual é a porcentagem aproximada de energia que chega às rodas do veículo e é usada para sua movimentação no asfalto?

Dados do texto 3: o BMW citado pesa aproximadamente 15000 N, com distribuição ideal próxima de 50% por eixo; o Prius pesa 12000 N, com distribuição 60% na frente e 40% atrás. Frenagens, acelerações e curvas alteram as forças nos apoios. O texto discute as três leis de Newton e perdas de energia em manobras.

Depois de lerem este terceiro texto, os dois alunos continuaram o diálogo:

I) – Pois é, causamos maior equilíbrio dinâmico ao frearmos o automóvel violentamente, e assim o bom entendimento das leis de Newton nos auxilia a economizar combustível.

II) – Interessante. É bom saber também que devemos evitar os buracos, pois os desequilíbrios provocam o maior uso de combustível.

III) – Pois é, numa estrada bem plana a segunda Lei de Newton é o maior fator de economia de combustível.

IV) – E o peso do BMW 325i Touring é dividido em 6.000 N em cada eixo de seu automóvel, provocando maior economia de combustível. Podemos dizer das afirmações acima que:

Depois de ver como ocorre o consumo de combustível num automóvel, façamos um exercício para recordar alguns conceitos. Em primeiro lugar, num contexto abstrato, esbocemos o seguinte gráfico da movimentação linear de um automóvel. Em relação a este gráfico podemos dizer que:

I) De t = 0 até t1 o automóvel manteve velocidade zero e depois no intervalo Δt = t2 – t1 o carro tem aceleração média de a1 = (v2 – v1)/(t2 – t1).

II) De t2 até t3 o automóvel desacelera de acordo com a aceleração média de a2 = - (v3 – v2)/(t3 – t2).

III) No trecho 3 o carro faz Movimento Retilíneo Uniformente Variado (MRUV), no trecho 1 MRU e, finalmente, no trecho 2 também MRUV.

Dentro da EPA (Environmental Protection Agency’s), uma agência americana de proteção do meio ambiente, existe um serviço que realiza testes padronizados de consumo de gasolina em diferentes automóveis (fueleconomy.gov/feg/fe_test_schedules.shtml). Em um dos testes, foi feito um gráfico da velocidade x tempo (figura acima) para o trânsito urbano. Em relação a este gráfico podemos dizer que:

I) No intervalo de tempo aproximado entre 780 s e 960 s a velocidade média do automóvel em teste foi de aproximadamente 25 km/h.

II) No intervalo de tempo aproximado entre 180 s e 340 s a velocidade média do automóvel em teste foi exatamente de 80 km/h.

III) No intervalo de tempo aproximado entre 120 s e 180 s o automóvel em teste estava parado. Em relação a estas afirmações podemos dizer que:

O teste padronizado a seguir representa a movimentação de um automóvel numa estrada. Observe que o carro nunca parou. Em relação a este novo gráfico, qual das afirmações abaixo é a correta?

Se um veículo na estrada está sendo acelerado, qual é a força que atua neste veículo para produzir a esta aceleração?

No modelo do texto 4, o módulo da resistência do ar é F_ar = Av²/4, com A a área frontal virtual e v em m/s. A força tem sentido contrário ao movimento.

Considere, por simplicidade, que o Prius tem uma área A virtual de 3 m². Suponha que aumentemos a sua velocidade de 20 m/s para 40 m/s. Neste contexto, a força de resistência do ar será aumentada em:

Na figura abaixo, os dois veículos estão em MRU com a mesma velocidade e o automóvel conversível “aproveita” o vácuo do caminhão para economizar combustível. O passageiro do conversível arremessa uma bolinha para cima com velocidade inicial de 10 m/s. Depois de quanto tempo a bola deve retornar a mão deste passageiro? Se a distância horizontal percorrida pela bola for de 40 m, qual é a velocidade do caminhão?

Dado compartilhado com a questão 9: a distância percorrida é 40 m. Use g = 10 m/s².

Considerando o coeficiente de atrito cinético (μ) entre o asfalto e o pneu igual a 0,02 e a massa do automóvel BMW (texto 3) igual a 1.500 kg, qual será o módulo do trabalho feito pela força de atrito cinético na distância percorrida da questão anterior?

Dado do texto de apoio: o peso do Prius é 12000 N. Use g = 10 m/s².

Suponha que automóvel Prius estava a 20 m/s e viu a lombada eletrônica que limita a velocidade a, no máximo, 40 km/h. Você usou, então, o freio regenerativo e foi detectada a velocidade de 36 km/h. Sabendo que 54% da energia total foi desperdiçada, quanta energia foi acumulada na bateria?

É fixado um pêndulo no teto de um automóvel, como na figura acima. Este pêndulo pode ser chamado de acelerômetro Considere as três situações possíveis para o acelerômetro ao lado, com o carro vindo da sua direita para a esquerda:

I) Em 1 o carro está perdendo velocidade, em 3 ganhando velocidade e em 2 está em MRU.

II) Em 1 está sendo acelerado, em 3 desacelerando e em 2 está em MRU.

III) Em 1 está ganhando velocidade, em 2 está em MRU e em 3 está desacelerando

Já que falamos em acelerômetro, reflita sobre estas afirmações:

I) Quando pisamos no freio do automóvel, variamos a velocidade. Então, o freio é um acelerador.

II) Ao girarmos o volante do automóvel e fazermos uma curva, estamos usando acelerador, o qual muda a direção da velocidade vetorial do automóvel.

III) Numa estrada plana, ao aumentarmos a velocidade, obviamente estamos usando acelerador.

Um automóvel está subindo com velocidade constante uma ladeira íngreme de inclinação θ, usando o MCI e o MEG. Desprezando as forças dissipativas, qual é o valor da força do motor do automóvel nas rodas devido à inclinação da ladeira?

Dados compartilhados: Prius com massa 1200 kg; na frenagem regenerativa, 54% da energia disponível são perdidos e 46% são armazenados na bateria.

Após a subida referida na questão anterior, o motorista dirige com velocidade 15 m/s e a altura h é igual a 5 m (veja figura abaixo). Usando o freio regenerativo e os dados apresentados nas questões anteriores, quanta energia será adicionada na bateria se o automóvel chegar a parte de baixo com a mesma velocidade? Lembre-se que apenas uma parte da energia (veja questão 11) será usada para recarregar a bateria, pois houve perda de energia.

Aproximando-se a energia química contida em um litro de gasolina para 30 x 10⁶ J e considerando que um automóvel típico de 1000 cm³ (Uno Mille, por exemplo) faz cerca de 15 km/l na estrada, sabendo-se, ainda, que apenas 13% da energia gerada no MCI vão para os pneus, pergunta-se: qual o valor da força média feita pelos pneus no asfalto para manter o automóvel a velocidade constante durante os 15 km?

Aprendemos que muita energia é desperdiçada nas paradas do automóvel e no tráfego lento das cidades (outra perdas – 17%). Por essa razão, os motoristas procuram parar o mínimo possível. Em algumas cidades é possível encontrar semáforos sincronizados, como os da figura abaixo, em que o sinal verde aparece iluminado. Observando que as linhas começam a se apagar, e que o tempo de cada “linha” do semáforo é 1 s, num total de 10 linhas. Considere que você está parado a uma distância de 100 m do semáforo. Qual das acelerações abaixo faz com que se cruze o primeiro sinal confortavelmente? Considere nulos os efeitos dissipativos e o sinal amarelo inexiste.

Interpretem, por favor, estas duas fotos abaixo. - A primeira é bem simples, temos um automóvel em velocidade alta fazendo uma curva para a direita em que houve muita transferência de peso para a dianteira do automóvel (90% é o valor estimado pelos especialistas). No detalhe desta foto observa-se que o pneu traseiro direito toca pouco no asfalto. - Concordo. Na segunda foto parece que o motorista experiente sentiu que, devido a alta velocidade com que vinha, não tinha tração na roda para fazer a curva. Preferiu frear e depois ir embora. Considerando este diálogo entre os dois alunos e o que entendeu do texto 3, avalie as seguintes afirmações:

I) Na primeira foto, o motorista fez a curva com uma velocidade muito alta, assim a ação conjunta da inércia do veículo e da altura do CG faz com que a traseira do veículo levantasse, inclusive com perigo de capotamento.

II) Na segunda foto, o motorista vinha com velocidade muito alta e como não poderia fazer a curva, para evitar o capotamento, preferiu frear, deixando apenas as marcas do pneu no asfalto.

III) Para se fazer curvas em estradas, gira-se o volante do automóvel de forma que a interação da força de atrito entre pneu e o asfalto mude o automóvel para uma nova direção. Em relação a estas afirmações podemos dizer que:

Um dos aspectos de direção de curvas que gostaria de chamar atenção é que, para evitar desequilíbrios ao entrar na curva com muita velocidade, constroem-se curvas inclinadas (figura abaixo). Digam qual é a expressão da força centrípeta devido a inclinação da curva ?

Um motorista descuidado e apressado dirigia um automóvel de massa total m, com a velocidade de 25 m/s e colidiu na contramão com um caminhão vazio de massa total 10 vezes maior que a sua e com velocidade de 5 m/s. Havendo um choque inelástico, o conjunto ficou com que velocidade ?

Sintetize o funcionamento do motor de combustão e avalie as afirmações:

I) O calor resultante da combustão é uma forma de energia.

II) Parte da energia da fonte quente é transformada em trabalho e o resto do calor é perdido no radiador.

III) Essa é a razão de se colocar água no radiador, pois seu calor específico é um dos mais altos da natureza.

IV) A eficiência do MCI é sempre η = 1 − Tfria/Tquente, com temperaturas das fontes fria e quente.

Quais afirmações estão corretas?

O terceiro tempo é o momento da combustão da mistura ar e gasolina. No momento da explosão, esta aplica uma pressão de 3x10⁵ N/m² sobre a parte superior do cilindro de 10 cm². Qual será a força resultante se a pressão do ar local for 10⁵ N/m²?

No texto 5 aprendemos como funcionam os quatro tempos do ciclo Otto real, é comum simplificar este ciclo de tal forma que o processo de combustão ocorra a volume constante (3→4), seguida de uma expansão (4→5) e as fases de exaustão também a volume constante (5→6), seguida de outra compressão (6→1) com a mesma pressão do tempo admissão (1→2). Além disso, supõe-se que as fases de compressão (2→3) e expansão (4→5) sejam adiabáticas, ou seja, o processo é tão rápido que não há troca de calor com o meio ambiente. Estes processos são também chamados de:

I) (1→2) e (6 → 1) são isobáricas.

II) (4 → 5) e (2 → 3) são isotérmicas

III) (3 → 4) e (4 → 5) são isocóricos. Em relação a estas afirmativa dizemos que:

Vamos supor que o motor de 4 cilindros (texto 5) tenha eficiência de 0,21, como no texto 2, e fornece 140 J por ciclo por cilindro. Se o motor explode a uma taxa de 25 ciclos por segundo e a quantidade de energia é 30 x 10⁶ J por litro, quanto tempo levará uma automóvel para gastar um tanque de 40 litros?

Conectado ao radiador através de uma mangueira, existe o tanque de expansão (veja figura abaixo). Este tanque tem, também, o papel de acumular o excesso de água, que está inicialmente 10 °C e que vasará quando subir a temperatura da água colocada no radiador, devido as explosões do combustível nos cilindros do motor . Supondo que nesta ocasião a água esteja a 90 °C e tenha o coeficiente de expansão volumetrico γ = 4,0x10⁻⁴ °C⁻¹ e que o radiador seja feito de cobre com coeficiente linear de expansão α = 2,0x10⁻⁵ °C⁻¹ preenchido totalmente com 20 litros de água. A quantidade de água que vasará será de

Muitas vezes quando vamos ao posto de gasolina para encher o tanque aproveitamos a ocasião para calibrar (encher ou esvaziar) os pneus. Isto é essencial, pois sabemos que existe um ponto ideal de pressão de ar, tanto para maximizar a tração do automóvel, como para minimizar o desgaste excessivo dos pneus. Normalmente as fábricas de automóvel, em conjunto com a fábrica de pneus, sugerem uma determinada pressão colocada no manual do proprietário, que indica para um determinado automóvel a 28 psi (libraforça/polegada²) de pressão – esta unidade é conveniente, pois oferece valores adequados para memorização. Sabendo que 1,0 libra vale 0,453 kg e 1 pol vale 2,54 x 10⁻² m, e pressão aproximada ao nível do mar é de 10⁵ N/m², quanto vale, aproximadamente, a pressão de 28 psi?

Vejam a palavra AMBULÂNCIA escrita na foto abaixo de duas maneiras, àquela da parte dianteira é vista corretamente do espelho retrovisor de um automóvel. Dizemos que algumas letras não mudam quando colocadas na frente do espelho, enquanto outras mudam, estas que não mudam são chamadas de invariantes por reflexão especular. Você poderia dizer quantas letras maiúsculas do alfabeto português não mudam em frente a um espelho? Inclua as letras K, W e Y e, como se vê, estas duas últimas são invariantes por reflexão.

Na figura abaixo se vê a luz emitida por um dos faróis dianteiro de um automóvel. Considerando a lâmpada um ponto no foco, que tipo de espelho é o mais conveniente para refletir as luzes da lâmpada e produzir o feixe de luz da ilustração?

É possível encontrar em caminhões dois espelhos retrovisores compostos do lado do motorista. Na foto abaixo, o espelho inferior é plano. Em relação ao de cima podemos dizer que:

I) Como o do inferior, observamos a imagem atrás do espelho, e é, portanto, uma imagem real.

II) A área refletida para o olho do motorista é maior que a refletida pelo espelho debaixo, portanto, é uma parte de um espelho côncavo.

III) Os raios de luz que incidem paralelamente ao eixo principal são desviados, afastando-se do eixo principal e seu foco é obtido a partir do prolongamento desses raios.

A figura mostra o sistema de freios de um automóvel, com fluido ligando o pedal aos freios das rodas. Avalie:

I) Ao aplicar força no pedal, a alavanca a amplia, mas seu ganho sozinho não é suficiente para as forças necessárias nos discos e tambores.

II) Uma bicicleta pode ser parada pela força das mãos; o fluido é usado para transmitir a pressão, que, exercida num ponto do líquido, transmite-se aos demais pontos.

III) A força obtida pela alavanca é posteriormente ampliada por uma aplicação do princípio de Pascal, com F₁/A₁ = F₂/A₂.

Quais afirmações estão corretas?