PUC Minas · 2011.2 · Física II — Física com resolução comentada

OS AVÓS DO CARRO ELÉTRICO. Há um século, táxis tinham baterias sob o capô e não bebiam gasolina. No que pode ter sido a experiência pioneira em carros elétricos, o inventor escocês Robert Anderson construiu um “coche elétrico rudimentar” entre meados e o fim da década de 1830.Mas não foi longe. Primeiro, sua bateria não era boa o suficiente (o mesmo problema dos projetistas verdes de hoje); segundo, porque era muito difícil concorrer com os rivais movidos a vapor. Quando as baterias recarregáveis começaram a surgir, em meados dos anos de 1800, veículos elétricos ganharam impulso: em 1897, a Eletric Carriage and Wagon Company montou uma frota de táxis em Nova York; em 1902, a Pope Manufaturing construiu 900 veículos similares em Hartford, Connecticut e, nesse mesmo ano, o fabricante de carroças Studbaker lançou um modelo elétrico em Indiana. Esses veículos silenciosos circularam juntos com os de motor de combustão interna, grandes bebedores de gasolina no começo dos anos de 1900. Esses carros elétricos se deram mal na autonomia: não conseguiam ir longe entre as recargas. Já os movidos a gasolina se tornaram claros vencedores por volta de 1920, um erro histórico que agora os projetistas tentam reparar. (Adaptado de Scientific Americam Brasil, Setembro de 2010, pág. 51.)

OS AVÓS DO CARRO ELÉTRICO. Há um século, táxis tinham baterias sob o capô e não bebiam gasolina. No que pode ter sido a experiência pioneira em carros elétricos, o inventor escocês Robert Anderson construiu um “coche elétrico rudimentar” entre meados e o fim da década de 1830.Mas não foi longe. Primeiro, sua bateria não era boa o suficiente (o mesmo problema dos projetistas verdes de hoje); segundo, porque era muito difícil concorrer com os rivais movidos a vapor. Quando as baterias recarregáveis começaram a surgir, em meados dos anos de 1800, veículos elétricos ganharam impulso: em 1897, a Eletric Carriage and Wagon Company montou uma frota de táxis em Nova York; em 1902, a Pope Manufaturing construiu 900 veículos similares em Hartford, Connecticut e, nesse mesmo ano, o fabricante de carroças Studbaker lançou um modelo elétrico em Indiana. Esses veículos silenciosos circularam juntos com os de motor de combustão interna, grandes bebedores de gasolina no começo dos anos de 1900. Esses carros elétricos se deram mal na autonomia: não conseguiam ir longe entre as recargas. Já os movidos a gasolina se tornaram claros vencedores por volta de 1920, um erro histórico que agora os projetistas tentam reparar. (Adaptado de Scientific Americam Brasil, Setembro de 2010, pág. 51.)

Dispositivos para observar o fundo dos oceanos Para suportar as pressões no fundo dos oceanos, que podem chegar a 11000 atm, dispositivos especiais foram projetados para não serem esmagados quando em operação nessas profundidades. Por exemplo, a Batisfera tem formato esférico e é utilizada para observações submarinas, podendo alcançar profundidades de até 900m. Em 1960, o cientista Frances Jaques Piccard, utilizando um equipamento semelhante à batisfera, o Batiscafo, mergulhou no oceano Pacifico e atingiu uma profundidade de de 11000m. (Adaptado de Física. Volume único. Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga, pág.165.)

Dados: $\rho=1000\ \mathrm{kg/m^3}$ e $g=10\ \mathrm{m/s^2}$.

Dispositivos para observar o fundo dos oceanos Para suportar as pressões no fundo dos oceanos, que podem chegar a 11000 atm, dispositivos especiais foram projetados para não serem esmagados quando em operação nessas profundidades. Por exemplo, a Batisfera tem formato esférico e é utilizada para observações submarinas, podendo alcançar profundidades de até 900m. Em 1960, o cientista Frances Jaques Piccard, utilizando um equipamento semelhante à batisfera, o Batiscafo, mergulhou no oceano Pacifico e atingiu uma profundidade de de 11000m. (Adaptado de Física. Volume único. Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga, pág.165.)

Dados: $\rho=1000\ \mathrm{kg/m^3}$ e $g=10\ \mathrm{m/s^2}$.

Contextualização histórica do caderno de 2011; os números a seguir são os dados adotados na prova.

O terremoto no Japão, Tsunami e a crise nuclear. Em 11 de março, um poderoso terremoto atingiu uma magnitude 9,0 no nordeste do Japão, provocando um tsunami com ondas de 10 metros de altura que atingiram a costa oeste dos EUA. Os reatores nucleares na estação de Fukushima Daiichi no Japão estão criticamente em perigo, mas não alcançaram o status de colapso total. Como funciona um reator nuclear? A maioria dos reatores nucleares, incluindo aqueles na estação do Japão geradora Fukushima Daiichi, são, essencialmente, chaleiras de alta tecnologia que fervem a água de forma eficiente para produzir eletricidade. Eles contam com o aproveitamento de fissão nuclear, divisão de um átomo em dois átomos menores, que também produz calor e emite nêutrons. Se um outro átomo absorve um desses nêutrons, a fissão do átomo se torna instável liberando mais calor e mais nêutrons. A reação em cadeia se torna autossustentável, produzindo uma fonte constante de calor para ferver a água, girar as turbinas da unidade a vapor e, assim, gerar energia elétrica. Quanta eletricidade a energia nuclear fornece no Japão e em outros lugares? No Japão existem 56 reatores nucleares que geram anualmente uma energia de aproximadamente 280.000 milhões de quilowatts-hora (kwh), colocando o país como o terceiro maior produtor mundial de energia nuclear, após os EUA e a França, de acordo com dados da Agência Internacional de Energia Atômica. (Texto adaptado da Revista Scientific American, pág 19, em 31 de março de 2011.)

Contextualização histórica do caderno de 2011; os números a seguir são os dados adotados na prova.

O terremoto no Japão, Tsunami e a crise nuclear. Em 11 de março, um poderoso terremoto atingiu uma magnitude 9,0 no nordeste do Japão, provocando um tsunami com ondas de 10 metros de altura que atingiram a costa oeste dos EUA. Os reatores nucleares na estação de Fukushima Daiichi no Japão estão criticamente em perigo, mas não alcançaram o status de colapso total. Como funciona um reator nuclear? A maioria dos reatores nucleares, incluindo aqueles na estação do Japão geradora Fukushima Daiichi, são, essencialmente, chaleiras de alta tecnologia que fervem a água de forma eficiente para produzir eletricidade. Eles contam com o aproveitamento de fissão nuclear, divisão de um átomo em dois átomos menores, que também produz calor e emite nêutrons. Se um outro átomo absorve um desses nêutrons, a fissão do átomo se torna instável liberando mais calor e mais nêutrons. A reação em cadeia se torna autossustentável, produzindo uma fonte constante de calor para ferver a água, girar as turbinas da unidade a vapor e, assim, gerar energia elétrica. Quanta eletricidade a energia nuclear fornece no Japão e em outros lugares? No Japão existem 56 reatores nucleares que geram anualmente uma energia de aproximadamente 280.000 milhões de quilowatts-hora (kwh), colocando o país como o terceiro maior produtor mundial de energia nuclear, após os EUA e a França, de acordo com dados da Agência Internacional de Energia Atômica. (Texto adaptado da Revista Scientific American, pág 19, em 31 de março de 2011.)

Dado da Q37: Itaipu produz $9{,}0\times10^{10}\ \mathrm{kWh}$, equivalentes a 20% do consumo brasileiro.