Unifor 2017.1 — MED — Física com gabarito e resolução comentada

Um garoto caminha distraído mexendo em seu smartphone. Ao ser assustado por um colega, o garoto deixa o aparelho cair de suas mãos. Supondo que o smartphone caia com velocidade inicial nula de uma altura h = 1,25 m, com que velocidade ele colide com o solo? (Considere o módulo da aceleração da gravidade igual a 10 m/s²).

Pressão hidrostática é a força por unidade de área exercida por um fluido como ar ou água. A unidade de pressão usada no SI é N/m² = 1 pascal (Pa). Cada metro quadrado da superfície terrestre ao nível do mar experimenta uma força, correspondente ao peso do ar. A pressão produzida por essa força é denominada uma atmosfera (1 atm), e seu valor no SI é da ordem 10⁵ Pa. Os mergulhadores de tanque de oxigênio aprendem que para cada 10 m que eles descem a pressão sobre eles aumentam equivalente a uma atmosfera. Dessa forma o mergulhador a 30 m estará submetido a uma pressão de 4,12 kg sobre cada centímetro quadrado de seu corpo. A maior parte do corpo do mergulhador pode aguentar essa pressão, mas suas cavidades aéreas não podem. Os seios paranasais, pulmões e ouvidos possuem cavidades aéreas e a pressão nessa região deve ser equilibrada com qualquer que seja a pressão exercida pela água. Quando mergulhadores com tanque de oxigênio descem muito fundo no oceano, o ar que eles respiram tem de estar na mesma pressão que a pressão da água ao redor. Respirar ar em a uma pressão elevada produz condições que podem ser, potencialmente, perigosas. O ar é composto por quase 79% de nitrogênio e, com pressões elevadas experimentadas, uma quantidade considerável se dissolve na corrente sanguínea, causando “vertigem de profundidade” ou “embriaguez de nitrogênio”. Muitos imaginam que, se podem manter flutuando na superfície da água a extremidade de um tubo snorkel flexível (Figura 1), então podem respirar enquanto caminham embaixo d’água. No entanto, essas pessoas em geral não levam em conta a pressão de água que se opõe à expansão do tórax para inflar os pulmões. Suponha que você mal consegue respirar quando deitado no chão com peso de 400 N (90 lb) sobre seu tórax. A que profundidade da superfície da água poderia estar seu tórax, para que você ainda conseguisse respirar, suponha que o tórax tenha uma área frontal de cerca de 0,090 m²?

Figura 1.

A membrana celular ou biomembrana é uma estrutura complexa, que consiste em duas camadas de moléculas de proteínas separadas por uma camada de moléculas de fosfolipídeos. A biomembrana tem uma espessura da ordem de 10 nm que separa dois meios denominados intracelular e extracelular. Esses meios são líquidos em forma de solução com características salinas. Moléculas suspensas nesses líquidos encontram-se ionizadas, movendo-se livremente; mesmo assim, os líquidos são quase eletricamente neutros, ou seja, a concentração ânions é muito próxima da concentração de cátions. As biomembranas apresentam permissividade elétrica elétrica maior do que a do ar e alta resistência elétrica decorrente da extensa superfície líquida, o que implica uma diferença de potencial elétrico relativamente elevada da ordem de 100 mV entre o interior e o exterior da célula. A membrana de um axônio pode ser modelada como uma fina casca cilíndrica de raio da ordem de 10⁻⁵ m, tendo um comprimento de 10,0 cm. A membrana tem carga positiva de um lado e carga negativa no outro, e age como um capacitor de placas paralelas. Considerando que a membrana tenha uma capacitância de 16,0 nF, qual a carga positiva acumulada na membrana e a intensidade do campo elétrico?

Uma barra de chocolate de 100 g é capaz de fornecer ao nosso organismo cerca de 500 calorias alimentares. Se utilizassemos essa energia para fundir gelo a 0 °C, qual a massa de água seria obtida desse processo? (Considere 1 cal = 4,18 J e o calor latente de fusão do gelo Lf = 300 kJ/kg).

Um ambiente termicamente confortável é aquele em que temperatura está em torno de 20 °C. Considerando uma casa onde o ambiente externo pode atingir uma temperatura de 40 °C, qual deve a espessura da parede para que o ambiente interno seja mantido à 20 °C, sendo que o fluxo de calor seja de 16 W/m²? O material que compõe a parede possui condutividade térmica de

0,20 W/(m·°C).