Em relação às propriedades dos gases, atente para as seguintes afirmações:
I. Para um gás ideal, a energia interna é função apenas da pressão.
II. O calor absorvido por um gás ao variar seu estado independe do processo.
III. A energia interna de um gás ideal é uma função apenas da temperatura e independe do processo.
IV. Numa expansão isotérmica de um gás ideal, o trabalho realizado pelo mesmo é igual ao calor absorvido.
Está correto o que se afirma somente em
Para um gás ideal, a energia interna $U$ depende exclusivamente da temperatura absoluta $T$ (é função apenas da energia cinética média de translação/rotação das moléculas), não da pressão nem do volume isoladamente. Isso torna a afirmação I falsa (a energia interna não é função da pressão) e a afirmação III verdadeira.
O calor $Q$ trocado por um gás não é uma função de estado: dois processos que levam o gás do mesmo estado inicial ao mesmo estado final podem trocar quantidades diferentes de calor, dependendo do caminho percorrido (isobárico, isocórico, isotérmico etc.), já que $Q=\Delta U+W$ e o trabalho $W$ depende do processo. Logo, a afirmação II é falsa.
Em uma expansão isotérmica de um gás ideal, $\Delta T=0\Rightarrow\Delta U=0$. Pela primeira lei da termodinâmica, $Q=\Delta U+W=0+W=W$: o calor absorvido é integralmente convertido em trabalho realizado pelo gás. Logo, a afirmação IV é verdadeira.
Portanto, apenas III e IV são corretas — alternativa B.
O isolamento social ocasionado pela pandemia da Covid-19 fez com que houvesse uma ampliação significativa das atividades profissionais para o formato remoto. Essa situação ocasionou uma demanda por internet de melhor qualidade. Neste contexto, muitos clientes realizaram a migração para a internet transmitida por fibra ótica. A fibra ótica geralmente é composta de sílica (SiO₂) ou plástico, com diâmetro da ordem de micrômetro, cuja função é a transmissão de um sinal, como a luz, por exemplo. A fibra apresenta muitas vantagens, dentre as quais se encontram estabilidade no sinal transmitido, pouca interferência eletromagnética, alta velocidade de transmissão de dados, grande disponibilidade de matéria prima e alta durabilidade. A propagação de um pulso eletromagnético dentro de uma fibra ótica é explicada a partir da
A fibra óptica é constituída por um núcleo com índice de refração $n_1$ maior, envolto por uma casca de índice de refração $n_2$ menor ($n_1>n_2$). A luz injetada em uma das extremidades incide na interface núcleo–casca com um ângulo maior que o ângulo crítico $\theta_c$, dado por $\text{sen}(\theta_c)=n_2/n_1$.
Quando o ângulo de incidência é maior que o ângulo crítico, ocorre o fenômeno da reflexão total (ou reflexão interna total): toda a luz é refletida de volta ao núcleo, sem qualquer refração ou perda de energia para a casca. Esse processo se repete sucessivas vezes ao longo de toda a extensão da fibra, permitindo que o sinal luminoso se propague por longas distâncias, confinado no núcleo, com baixíssima atenuação.
É justamente essa reflexão total sucessiva nas paredes internas da fibra que explica a propagação do pulso eletromagnético (luz) ao longo do seu comprimento — alternativa D.
Ao organizar os carrinhos de um supermercado, um funcionário empurra uma sequência de N carrinhos idênticos aplicando uma força horizontal F ao primeiro carrinho da fila, que por sua vez empurra o segundo carrinho da fila, que por sua vez empurra o terceiro carrinho da fila e assim sucessivamente até o último carrinho. Desprezados todos os atritos e considerando a superfície horizontal, a força aplicada ao último carrinho da fila é
Como todos os N carrinhos são idênticos (mesma massa $m$ cada) e estão em contato uns com os outros formando um único sistema rígido, deslizando sem atrito, a força externa $F$ aplicada ao primeiro carrinho acelera o conjunto todo, de massa total $Nm$: $a=\dfrac{F}{Nm}$.
A força que chega ao último carrinho da fila é a força de contato que o penúltimo carrinho exerce sobre ele — é essa força, sozinha, que precisa acelerar apenas a massa do último carrinho (de massa $m$) com a mesma aceleração $a$ do conjunto: $F_{último}=m\,a=m\cdot\dfrac{F}{Nm}=\dfrac{F}{N}$.
Portanto, a força aplicada ao último carrinho da fila é $F/N$ — alternativa C.
A febre caracteriza-se por um aumento da temperatura corporal, podendo ser uma sinalização da presença de agentes infecciosos no organismo. Para o ser humano, uma temperatura acima de 37,8 °C pode ser considerada um quadro febril. Devido à indisponibilidade de um termômetro graduado na escala Celsius, aferiu-se a temperatura de uma pessoa, verificando-se o valor de 102,2 °F. A partir dessas informações, é correto afirmar que a temperatura corporal dessa pessoa, em °C, é
A conversão entre as escalas Fahrenheit e Celsius é dada por $C=\dfrac59(F-32)$.
Substituindo $F=102{,}2$: $C=\dfrac59(102{,}2-32)=\dfrac59\times70{,}2=\dfrac{351}{9}=39{,}0°\text{C}$.
Logo, a temperatura corporal dessa pessoa é $39°\text{C}$ — alternativa C. (Como $39°\text{C}>37{,}8°\text{C}$, trata-se de um quadro febril.)
Em uma aula experimental sobre capacitância, desenvolvida em um laboratório didático de física, um estudante do ensino médio dispõe de dois capacitores, $C_1$ e $C_2$. Esses capacitores são carregados, individualmente, numa mesma fonte de tensão. Sabendo-se que a capacitância do segundo capacitor é o dobro da capacitância do primeiro, a razão entre as energias $E_1$ e $E_2$ armazenadas, respectivamente, nos capacitores $C_1$ e $C_2$ é
A energia armazenada em um capacitor submetido a uma tensão $V$ é $E=\dfrac12CV^2$. Como os dois capacitores são carregados individualmente pela mesma fonte de tensão $V$, essa tensão é comum aos dois casos.
Com $C_2=2C_1$: $E_1=\dfrac12C_1V^2$ e $E_2=\dfrac12C_2V^2=\dfrac12(2C_1)V^2=2\left(\dfrac12C_1V^2\right)=2E_1$.
Logo, $\dfrac{E_1}{E_2}=\dfrac{E_1}{2E_1}=\dfrac12$ — alternativa B.
Com o intuito de reduzir os riscos de colisões no trânsito, faz-se necessário que os veículos mantenham uma distância de segurança, caso haja necessidade de frenagem. Essa distância precisa ser, no mínimo, correspondente ao deslocamento do veículo durante o tempo de reação do motorista e o de frenagem. Desprezando a resistência do ar, é correto afirmar que a distância, em metros, necessária para um automóvel que está a 54 km/h ir ao repouso, uma vez que o tempo de reação do motorista foi de 0,6 s e o sistema de frenagem do veículo consegue imprimir uma desaceleração de 0,75 m/s², é igual a
A velocidade inicial é $v_0=54\text{ km/h}=15\text{ m/s}$.
Distância de reação (percorrida com velocidade constante durante o tempo de reação, antes de o motorista começar a frear): $d_r=v_0\cdot t_r=15\times0{,}6=9\text{ m}$.
Distância de frenagem (movimento uniformemente desacelerado até parar): usando Torricelli, $v^2=v_0^2-2a\,d_f$, com $v=0$: $d_f=\dfrac{v_0^2}{2a}=\dfrac{15^2}{2\times0{,}75}=\dfrac{225}{1{,}5}=150\text{ m}$.
Distância total de segurança: $d=d_r+d_f=9+150=159\text{ m}$ — alternativa D.
A ventilação mecânica é um procedimento utilizado em pacientes que apresentam quadros de insuficiência respiratória. Nesse tipo de intervenção, é utilizado um instrumento denominado respirador mecânico, para proporcionar ao paciente um aumento de sua capacidade respiratória. Esta capacidade está associada ao fluxo de oxigênio (volume por tempo), $\varphi$, que chega aos pulmões. Suponha que este fluxo esteja relacionado à pressão (P) e à velocidade da corrente de ar (v) transferida ao paciente pelo equipamento a partir da equação $\varphi = kPv$, onde k é uma constante de proporcionalidade. Nesses termos, a dimensão de k, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é expressa por
Isolando $k$: $k=\dfrac{\varphi}{Pv}$.
O fluxo $\varphi$ (volume por tempo) tem unidade SI $\text{m}^3/\text{s}$. A pressão $P$ tem unidade SI $\text{Pa}=\text{N/m}^2=\dfrac{\text{kg}}{\text{m}\cdot\text{s}^2}$. A velocidade $v$ tem unidade $\text{m/s}$.
Assim, $Pv=\dfrac{\text{kg}}{\text{m}\cdot\text{s}^2}\times\dfrac{\text{m}}{\text{s}}=\dfrac{\text{kg}}{\text{s}^3}$.
Logo, $[k]=\dfrac{\text{m}^3/\text{s}}{\text{kg}/\text{s}^3}=\dfrac{\text{m}^3}{\text{s}}\times\dfrac{\text{s}^3}{\text{kg}}=\dfrac{\text{m}^3\text{s}^2}{\text{kg}}$ — alternativa A.
Uma fonte térmica foi utilizada na realização de experimentos de análise do comportamento térmico da água e do óleo de soja. Ao utilizar a fonte para aquecer certa massa de água, verificou-se uma elevação de 60 °C dessa substância. Desprezando as mudanças de estados de agregação, bem como as perdas de calor para o ambiente e considerando os valores dos calores específicos $c_{água}$ = 1 cal/g°C e $c_{óleo\ de\ soja}$ = 0,5 cal/g°C constantes para as temperaturas consideradas, é correto dizer que a variação de temperatura sofrida pelo óleo de soja, em °C, com o triplo da massa da água durante o mesmo tempo de exposição à fonte térmica é
Como a mesma fonte térmica fornece a mesma quantidade de calor $Q$ no mesmo intervalo de tempo em ambos os experimentos (mesma potência, mesmo tempo de exposição), $Q$ é igual nos dois casos.
Para a água, de massa $m$: $Q=m\,c_{água}\,\Delta T_{água}=m\times1\times60=60m$.
Para o óleo, de massa $3m$: $Q=(3m)\,c_{óleo}\,\Delta T_{óleo}=3m\times0{,}5\times\Delta T_{óleo}=1{,}5m\,\Delta T_{óleo}$.
Igualando os dois calores (ambos fornecidos pela mesma fonte, no mesmo tempo): $60m=1{,}5m\,\Delta T_{óleo}\Rightarrow\Delta T_{óleo}=\dfrac{60}{1{,}5}=40°\text{C}$ — alternativa B.