Nos processos termodinâmicos de sistemas com gases ideais, considerando que $P$, $Q$, $E_{\text{int}}$ e $W$ são respectivamente: Pressão do sistema, Calor trocado com o meio exterior ao sistema, Energia interna do sistema e Trabalho realizado pelo sistema, bem como sob o sistema durante os processos, marque a alternativa que apresenta as condições corretas.
Em uma transformação adiabática não há troca de calor, logo $\Delta Q=0$. Em uma transformação isobárica, a pressão permanece constante, portanto $\Delta P=0$.
Alternativa A.
A figura mostra as velocidades versus tempo de um caminhão e um automóvel. No instante $t=0$ segundo o caminhão ultrapassa o automóvel. No instante $t=10\text{ s}$, a distância que separa o caminhão do automóvel em metros é
Obs: Ambos os móveis estão em movimento retilíneo uniformemente variado.
Os deslocamentos são as áreas sob os gráficos $v\times t$. As duas áreas triangulares são iguais: $\Delta s_c=\Delta s_a=V\cdot10/2$. Portanto, os veículos voltam a ocupar a mesma posição em $t=10\text{s}$.
Alternativa C.
Um homem de massa “M” está sentado no meio de uma rede, conforme a figura esquemática. Se o homem colocar correntes de mesmo tamanho e de massas desprezíveis em relação a sua massa nos punhos da rede, verifica-se
Com as correntes, os trechos da rede ficam mais inclinados em relação à horizontal. Como $2T\sin\theta=Mg$, o aumento de $\theta$ reduz a tração $T$ e, consequentemente, a força exercida no ponto $P$.
Alternativa B.
No circuito da figura ao lado, as resistências são todas iguais a $3\text{ Ω}$ e a força eletromotriz da bateria é igual a $12\text{ V}$. A corrente elétrica que percorre o resistor $R_2$ em Ampère é
Obs: Despreze a resistência dos fios.
Pelas conexões ideais, o circuito pode ser reduzido por equipotenciais. A diferença de potencial em $R_2$ é $3\text{V}$; assim, $i_2=U/R=3/3=1\text{A}$.
Alternativa C.
Um raio de luz solar atravessa um prisma e se divide nas cores do arco-íris. A explicação deste fenômeno está na variação do índice de refração do material do prisma com
A dispersão ocorre porque o índice de refração depende da frequência, fazendo cada cor sofrer um desvio diferente.
Alternativa B.
Uma pilha de força eletromotriz $\xi=1{,}5\text{ V}$ e resistência interna $R_{int}=0{,}1\text{ Ω}$ alimenta exclusivamente um receptor fornecendo uma corrente de $1\text{ A}$. O receptor tem uma tolerância de forma que ele ainda funciona mesmo se a tensão elétrica que o alimenta diminuir de 10 % do valor inicial. Com o uso, a pilha perde a eficiência pois sua resistência interna aumenta apesar de sua força eletromotriz permanecer constante. Desprezando-se a resistência da fiação do circuito, a resistência interna máxima da pilha, de forma que ela ainda consiga colocar em funcionamento o referido receptor, em ohms, é aproximadamente
Obs: Considere que a resistência interna do receptor é ôhmica e permanece constante durante o processo.
Inicialmente, a tensão útil é $U_0=1{,}5-1(0{,}1)=1{,}4\text{V}$, logo $R=1{,}4\,\Omega$. A tensão mínima é $1{,}26\text{V}$ e a corrente correspondente é $0{,}9\text{A}$. Então $r=(1{,}5-1{,}26)/0{,}9\approx0{,}27\,\Omega$.
Alternativa C.
Um cano colocado na posição vertical em um poço de grande profundidade (conforme figura abaixo) desce da superfície do solo até a água. Na sua extremidade superior foi instalada uma bomba de sucção. Despreze os vazamentos e entradas de ar no sistema (cano+bomba). Considere que a bomba tem capacidade de sugar até que a pressão, $P$, na parte superior do cano seja desprezível quando comparada à pressão atmosférica; que a pressão na superfície da água é de $10^5\text{ Pa}$; que a densidade da água é $1\text{ g/cm}^3$; e que a aceleração da gravidade é $10\text{ m/s}^2$. A maior distância, $H$, (em metros) do espelho d’água à superfície do solo, para que a bomba bombeie água até a superfície do solo, é aproximadamente
No limite, $P_{atm}=\rho gH$. Logo $H=10^5/(10^3\cdot10)=10\text{m}$.
Alternativa A.
Um bloco de massa $M=2\text{ kg}$ desliza sobre um plano inclinado com atrito, conforme a figura abaixo. O bloco parte do repouso. Quando a variação da posição vertical do bloco for de $5\text{ m}$, sua velocidade será de $5\text{ m/s}$ (em módulo). O módulo do trabalho da força de atrito entre o bloco e a superfície do plano em Joule é
Obs: Considere a aceleração da gravidade como sendo $10\text{ m/s}^2$.
A energia potencial perdida é $mgh=100\text{J}$ e a energia cinética final é $mv^2/2=25\text{J}$. Assim, $W_{at}=25-100=-75\text{J}$ e seu módulo é $75\text{J}$.
Alternativa B.
A figura abaixo mostra um corte de uma residência e sua caixa d’água (com água, veja nível da água na figura) e três encanamentos independentes entre si. As partes mais baixas dos encanamentos estão fechadas e na mesma altura. Em relação à pressão d’água, assinale a alternativa que indica comparativamente a pressão nos pontos das partes mais baixas dos encanamentos.
A pressão hidrostática depende apenas da profundidade: $P=P_0+\rho gh$. Como os três pontos estão no mesmo nível e ligados ao mesmo reservatório, as pressões são iguais.
Alternativa D.
Considere duas esferas maciças, condutoras, descarregadas, isoladas e distantes uma da outra. Uma tem o dobro do raio da outra. Colocamos uma carga “Q” em cada uma das esferas e depois ligamos as mesmas com um fio condutor, por um instante de tempo até o equilíbrio eletrostático. Após este equilíbrio o módulo da diferença entre as novas cargas das esferas é
No equilíbrio, os potenciais são iguais: $Q_1/R_1=Q_2/R_2$. Com $R_1=2R_2$, resulta $Q_1=2Q_2$. Como $Q_1+Q_2=2Q$, temos $Q_1=4Q/3$ e $Q_2=2Q/3$. A diferença é $2Q/3$.
Alternativa B.
Um homem de massa $M_h$ está em cima de uma balança colocada sobre um conjunto de dois blocos de massas $M_x$ e $M_y$, ambos em formato de prisma reto com secção transversal triangular (triangulo retângulo), conforme figura abaixo. O bloco inferior tem massa $M_y$ e está fixo no solo horizontal. Existe atrito entre os dois blocos. Considerando que todo o sistema está em equilíbrio estático, e que a leitura na balança é de $80\text{ kg}$, o módulo da força de atrito estático que age no bloco de massa $M_y$ em Newton, é
Obs: Despreze a massa da balança. Considere que $M_h=M_x$ e considere ainda a aceleração da gravidade como sendo $10\text{ m/s}^2$.
A leitura de $80\text{kg}$ corresponde a $N=800\text{N}$. Pela geometria de $30^\circ$ e pelo equilíbrio do conjunto superior, a componente horizontal transmitida ao bloco inferior tem módulo $800\text{N}$, equilibrada pelo atrito estático.
Alternativa C.
Coloca-se uma resistência ôhmica de $0{,}1\text{ Ω}$ dentro de um recipiente isolado termicamente contendo $5\text{ kg}$ de água ao nível do mar, a uma temperatura inicial de $30\text{ °C}$. Se ligarmos a resistência a uma fonte de tensão de $12\text{ V}$, o tempo, em minutos, em que a água entrará em ebulição é de aproximadamente
Obs: Desconsidere as perdas de calor do sistema para a vizinhança e considere o calor específico da água $1{,}0\text{ cal/g °C}$ (constante com a temperatura) e que $1\text{ cal}=4{,}2\text{ J}$ aproximadamente.
A energia é $Q=mc\Delta T=5000\cdot1\cdot70=350000\text{cal}=1{,}47\times10^6\text{J}$. A potência é $P=U^2/R=1440\text{W}$. Logo $t=Q/P\approx1021\text{s}\approx17\text{min}$.
Alternativa C.
A figura abaixo mostra um instantâneo de uma onda senoidal estacionária em uma corda. Nela destacamos quatro pontos (I, II, III, IV). Uma diferença de fase de 180º existe entre os pontos
Pontos situados em ventres adjacentes, separados por um nó, oscilam em oposição de fase. Na figura, isso ocorre entre I e II.
Alternativa B.
Quatro cargas elétricas, iguais a $+q$, estão posicionadas no espaço, de uma forma fixa nos vértices de um quadrado, como mostra a figura. O posicionamento de uma quinta carga livre, $+q$, de tal forma que ela fique em equilíbrio estável, será no ponto
No centro, a força resultante pode ser nula, mas o equilíbrio de uma carga positiva é instável. Pelo teorema de Earnshaw, não há equilíbrio eletrostático estável apenas com cargas fixas.
Alternativa D.
Um automóvel, com rodas de $80\text{ cm}$ de diâmetro, viaja a $100\text{ km/h}$ sem derrapar, logo o módulo da velocidade angular das suas rodas é aproximadamente
O raio é $0{,}40\text{m}$ e $v=100/3{,}6\approx27{,}8\text{m/s}$. Sem deslizamento, $\omega=v/R\approx27{,}8/0{,}4=69{,}5\text{rad/s}$.
Alternativa D.
Um elétron ($e = 1{,}6\times 10^{-19}\text{ C}$) está se movendo com velocidade de $8{,}0\text{ x }10^6\text{ m/s}$ em módulo, numa região onde há um campo magnético uniforme de módulo $B = 83{,}0\text{ mT}$. Levando em consideração as possíveis direções do vetor campo magnético e do vetor velocidade do elétron, a menor força magnética (módulo) em Newton que pode atuar no elétron nesta região é
Como $F=|q|vB\sin\theta$, o menor valor ocorre para $\theta=0^\circ$ ou $180^\circ$, quando $F=0$.
Alternativa B.
Uma onda sonora esférica se propaga isotropicamente em um ambiente. Um microfone localizado a $500\text{ m}$ da fonte geradora desta onda capta parte da energia sonora da frente de onda que chega até ele. A área do microfone que capta esta energia é de $1{,}0\text{ cm}^2$, e toda a energia que chega a esta área é captada. A fração, $E_{cap}/E_{tot}$, é aproximadamente. Desconsidere qualquer perda de energia e reflexões da onda no ambiente. Desconsidere também que $E_{cap}$ e $E_{tot}$ são respectivamente energia captada pelo microfone e energia total na frente da onda sonora.
A energia distribui-se pela área $4\pi r^2$. Assim, $E_{cap}/E_{tot}=10^{-4}/[4\pi(500)^2]\approx3{,}18\times10^{-11}$.
Alternativa D.
Uma corrente elétrica é estabelecida num tubo de descargas a gás quando uma diferença de potencial, suficientemente alta, é aplicada entre os eletrodos do tubo. O gás se ioniza gerando elétrons livres e íons positivos. Os elétrons se movem na direção do terminal positivo e os íons positivos na direção do terminal negativo. A corrente elétrica, em Ampère, no tubo, quando $4{,}5\times 10^{18}$ elétrons e $3{,}5\times 10^{18}$ íons positivos atravessam a seção transversal do tubo, por segundo, é aproximadamente.
Obs: Considere que o módulo da carga de cada elétron bem como do íon positivo é $1{,}6\times 10^{-19}\text{ C}$ e que o gás no tubo está rarefeito.
Elétrons e íons em sentidos opostos contribuem para a corrente convencional no mesmo sentido. Logo $i=(4{,}5+3{,}5)\times10^{18}\cdot1{,}6\times10^{-19}=1{,}28\text{A}$.
Alternativa B.
A figura ao lado mostra dois instantâneos de dois blocos cujas massas são $M_I=2{,}0\text{ kg}$ e $M_{II}=3{,}0\text{ kg}$, que deslizam, na mesma direção e sentido, sobre uma superfície horizontal sem atrito, e se chocam entre si. Um instante é antes da colisão, e outro após a colisão. Pelas informações contidas na figura, podemos afirmar que
Conservando o momento linear: $2(5)+3(3)=2v+3(5)$. Assim, $19=2v+15$ e $v=2\text{m/s}$.
Alternativa C.
Um salva-vidas avista de sua torre, na margem de uma lagoa (águas paradas), um banhista se afogando. Considere que o salva-vidas se desloca na areia e na água com movimento retilíneo uniforme; que sua velocidade na areia é maior do que na água; e que a linha da margem da lagoa é uma reta. De acordo com a figura ao lado, a trajetória que o salva-vidas deve escolher para chegar ao banhista no menor intervalo de tempo será tal que
Pelo princípio do menor tempo, $\sin\theta_1/v_{areia}=\sin\theta_2/v_{água}$. Como $v_{areia}>v_{água}$, resulta $\sin\theta_1>\sin\theta_2$, portanto $\theta_1>\theta_2$.
Alternativa C.