UFMA 2000.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF

A massa de água é $m=5\,000$ kg (densidade de $1{,}0$ kg/L). O motor precisa fornecer a energia potencial gravitacional da água elevada e a energia cinética com que ela chega à caixa.

$E=mgh+\dfrac{mv^2}{2}=5\,000\cdot10\cdot10+\dfrac{5\,000\cdot2^2}{2}=500\,000+10\,000=510\,000$ J.

Com $P=\dfrac{E}{\Delta t}$, $\Delta t=\dfrac{510\,000}{1\,000}=510$ s.

Maxwell mostrou que a velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo depende apenas da permissividade e da permeabilidade do vácuo: $c=\dfrac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}\approx3\cdot10^8$ m/s.

Esse valor não depende do comprimento de onda nem da frequência: no vácuo, todas as radiações eletromagnéticas se propagam com a mesma velocidade $c$.

Equilíbrio, para um corpo extenso, significa ausência de translação acelerada e de rotação acelerada.

Equilíbrio de translação: a resultante das forças externas é nula, $\sum\vec F=\vec 0$. Equilíbrio de rotação: a soma dos momentos (torques) das forças, em relação a qualquer ponto, é nula, $\sum M=0$.

As duas condições são necessárias, e nenhuma delas basta sozinha.

A afirmação I é o enunciado de Kelvin–Planck: nenhuma máquina térmica converte integralmente em trabalho o calor retirado de uma única fonte.

A afirmação II é o enunciado de Clausius: o calor não passa espontaneamente, e sem outro efeito, de um corpo frio para um corpo quente. (Um refrigerador transfere calor do frio para o quente, mas não de modo espontâneo: consome trabalho, e por isso não contraria a lei.)

A afirmação III expressa a segunda lei em termos de entropia: $\Delta S\ge0$ para um sistema isolado. As três são formulações equivalentes da 2ª Lei.

As leis da reflexão e da refração (regulares) descrevem a luz por raios. Isso vale quando a superfície de separação é grande e lisa em comparação com o comprimento de onda: dimensões muito maiores que $\lambda$ e irregularidades muito menores que $\lambda$.

Fora dessa condição, aparecem a reflexão difusa e a refração difusa, além de difração e interferência, que não seguem as leis da óptica geométrica.

Convecção é o transporte de energia térmica de um ponto a outro por transporte de matéria: as diferenças de densidade, causadas por aquecimento ou resfriamento, movimentam as partes do fluido.

Ar mais quente é menos denso e sobe; ar mais frio é mais denso e desce. Na inversão térmica, o ar junto ao solo está mais frio que o das camadas acima: a convecção cessa e os poluentes ficam retidos.

I é falsa: a forma e a espessura das paredes têm função física, não apenas estética.

II é verdadeira: cantos vivos concentram esforços, e arestas arredondadas distribuem melhor a pressão (e as tensões) nesses pontos.

III é verdadeira: pelo teorema de Stevin, $p=p_0+\rho gh$, a pressão cresce linearmente com a profundidade, o que exige paredes mais grossas no fundo.

IV é falsa: a pressão no fundo depende apenas da profundidade (da altura da coluna de líquido), e não da inclinação das paredes. Só II e III são corretas.

Um aparelho de medida não deve alterar o circuito onde é colocado.

O amperímetro mede corrente: deve ser ligado em série, para que toda a corrente do ramo passe por ele. Para não interferir, sua resistência interna deve ser a menor possível.

O voltímetro mede a diferença de potencial: deve ser ligado em paralelo com o elemento. Para desviar o mínimo de corrente, sua resistência interna deve ser a maior possível.

Um supercondutor tem resistência nula abaixo de uma temperatura crítica, o oposto de isolante em baixa temperatura. Um metal conduz bem em baixa temperatura e perde condutividade ao ser aquecido, sem a etapa de aumento. Um ímã permanente e um polímero não se definem por esse comportamento.

Em um semicondutor, a baixa temperatura quase não há portadores livres (comportamento de isolante); ao aquecer, mais portadores são liberados e a condutividade aumenta; em temperaturas ainda maiores (região extrínseca, de semicondutor dopado), o aumento das vibrações da rede reduz a mobilidade e a condutividade volta a diminuir.