Leia as proposições sobre os tipos de ondas:
I – Ondas mecânicas são governadas pelas Leis de Newton e existem apenas em meios materiais, como água, o ar e as rochas.
II – Ondas eletromagnéticas precisam de um meio material para se propagar, ou seja, não se propagam no vácuo.
III – A luz visível e a ultravioleta são exemplos de ondas mecânicas.
Assinale a alternativa CORRETA:
A proposição I é verdadeira: ondas mecânicas necessitam de um meio material para se propagar.
A proposição II é falsa, pois ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo.
A proposição III também é falsa: a luz visível e a radiação ultravioleta são ondas eletromagnéticas.
Durante uma aula de Física, a professora propõe a seguinte situação: “em um trecho reto da estrada, um carro se movimenta a $40\text{ km/h}$ em relação a um observador externo. Imagine que ele se desloca da esquerda para direita, e em seu interior existe uma esfera sobre uma superfície plana sem atrito. A esfera está em repouso em relação ao condutor do veículo. De repente, o motorista avista um buraco, aciona os freios e exclama: Ufa! Nada demais aconteceu, exceto a esfera que se movimentou”.
Ao término, a professora solicita aos estudantes que analisem a situação, em relação a um observador externo, obtendo as seguintes afirmações:
• Estudante 1: Antes de iniciar a frenagem a velocidade do carro era de $40\text{ km/h}$.
• Estudante 2: Antes de iniciar a frenagem a velocidade do carro estava entre $20\text{ km/h}$ e $30\text{ km/h}$.
• Estudante 3: Ao acionar os freios, a esfera se movimentou para a direita.
• Estudante 4: Ao acionar os freios, a esfera se movimentou para a esquerda.
• Estudante 5: A primeira Lei de Newton explica a situação, pois a esfera tende a permanecer no seu estado de movimento.
• Estudante 6: A terceira Lei de Newton explica a situação, pois a esfera tende a permanecer no seu estado de movimento.
Avalie e selecione a alternativa em que as afirmações que os estudantes fizeram estão CORRETAS:
Antes da frenagem, carro e esfera compartilham a velocidade de $40\text{ km/h}$ em relação ao observador externo. Portanto, o Estudante 1 está correto e o Estudante 2 está incorreto.
Quando o carro freia, a esfera tende a conservar seu estado de movimento por inércia. Em relação ao observador externo, ela continua se deslocando para a direita, enquanto o carro reduz sua velocidade. Assim, o Estudante 3 está correto e o Estudante 4 está incorreto.
Esse comportamento é explicado pela 1ª Lei de Newton, e não pela 3ª Lei. Portanto, o Estudante 5 está correto.
Um pequeno carro de brinquedo, com massa de $0{,}5\text{ kg}$, está se movendo para a direita a uma velocidade de $2\text{ m/s}$. Ele colide de frente com outro carro de brinquedo, de massa $0{,}3\text{ kg}$, que está parado. Após a colisão, os carros ficam grudados um ao outro e continuam se movendo para a direita. Considere a colisão sendo perfeitamente elástica e determine a velocidade final dos carros após a colisão:
Observação de auditoria: o enunciado contém uma inconsistência física. Se os carros ficam grudados após a colisão, a colisão é perfeitamente inelástica, e não perfeitamente elástica.
Usando a descrição de que os carros permanecem unidos, conserva-se o momento linear:
$m_1v_1 + m_2v_2 = (m_1+m_2)v_f$.
$0{,}5\cdot2 + 0{,}3\cdot0 = (0{,}5+0{,}3)v_f$.
$1 = 0{,}8v_f \Rightarrow v_f = 1{,}25\text{ m/s}$.
Esse resultado corresponde à alternativa B. Em uma colisão perfeitamente elástica, os corpos não poderiam permanecer grudados.
Um gás ideal é armazenado em um cilindro com volume de $0{,}1\text{ m}^3$ e está em temperatura de $300\text{ K}$. O gás, então, é submetido a uma transformação isobárica aumentando seu volume para $0{,}15\text{ m}^3$. Nesse caso, a temperatura do gás passará a ser de:
Em uma transformação isobárica de um gás ideal, $\dfrac{V}{T}$ permanece constante.
$\dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2} \Rightarrow T_2=T_1\dfrac{V_2}{V_1}$.
$T_2=300\cdot\dfrac{0{,}15}{0{,}10}=450\text{ K}$.
Convertendo para Celsius: $T_2=450-273=177^\circ\text{C}$.
Considere duas ondas iguais ($y_1$ e $y_2$) e de formato senoidal que se propagam em uma corda no sentido positivo do eixo cartesiano $x$. Essas ondas se interferem para produzir uma onda resultante ($y_R$). A partir dessas informações, analise as $3$ (três) situações a seguir:
• Situação 1 – A diferença de fase entre as ondas $y_1$ e $y_2$ é de $\pi\text{ rad}$.
• Situação 2 – A diferença de fase entre as ondas $y_1$ e $y_2$ é de $\dfrac{2\pi}{3}\text{ rad}$.
• Situação 3 – Não há diferença de fase entre as ondas $y_1$ e $y_2$.
Assinale a alternativa que contenha a análise correta, em relação ao tipo de interferência da onda resultante a que se refere às situações $1$, $2$ e $3$, respectivamente:
Na Situação $1$, a diferença de fase é $\pi\text{ rad}$, isto é, $180^\circ$: as ondas estão em oposição de fase e a interferência é destrutiva.
Na Situação $2$, a diferença de fase é $\dfrac{2\pi}{3}\text{ rad}$, diferente de $0$ e de $\pi$: a superposição é intermediária.
Na Situação $3$, a diferença de fase é nula: as ondas estão em fase e a interferência é construtiva.
Sabe-se que, em um motor a diesel, não é necessário o uso de velas de ignição, componente usado no motor para provocar a explosão inicial na mistura ar-combustível. Nesse caso, o ar é comprimido dentro do cilindro em uma compressão adiabática que atinge temperaturas de $1000\text{ K}$. Assim, quando o combustível é injetado, devido às altas temperaturas, a mistura sofre uma combustão espontânea, colocando o motor em funcionamento. Nessa primeira etapa de compressão adiabática, é realizado um trabalho de $900\text{ J}$ para comprimir o ar. Supondo que o motor trabalhe seguindo um ciclo de Carnot e que o motor atinja uma temperatura fria de $700\text{ K}$, determine a energia interna em módulo do ar e o rendimento do motor (em valor percentual) na primeira etapa.
Na compressão adiabática, não há troca de calor: $Q=0$. Como é realizado trabalho de $900\text{ J}$ sobre o gás, a variação da energia interna tem módulo $|\Delta U|=900\text{ J}$.
Interpretando o rendimento solicitado como o rendimento do ciclo de Carnot citado no enunciado, temos $\eta=1-\dfrac{T_f}{T_q}$.
$\eta=1-\dfrac{700}{1000}=0{,}30=30\%$.
Observação de auditoria: o rendimento de Carnot é uma propriedade do ciclo completo; a expressão “rendimento do motor na primeira etapa” é conceitualmente imprecisa.
Um bloco de $2\text{ kg}$ é solto do repouso a uma altura de $10\text{ m}$ acima do solo e desce um escorregador sem atrito, como mostra a figura.
O trecho curvo é sem atrito; no plano horizontal o bloco percorre $10\text{ m}$ até parar.
O bloco atinge a base do escorregador com sua velocidade toda no eixo horizontal e continua deslizando horizontalmente por $10\text{ m}$ no solo até parar.
Considerando as condições ideais em que o coeficiente de atrito no plano horizontal é constante e homogêneo ao longo de todo o percurso e, considerando também a aceleração da gravidade como sendo $10\text{ m/s}^2$, calcule o coeficiente de atrito entre o plano horizontal e o bloco.
No escorregador não há atrito, então a energia potencial gravitacional inicial transforma-se integralmente em energia cinética na base.
No trecho horizontal, o trabalho da força de atrito dissipa essa energia até o bloco parar:
$mgh=\mu mgd$.
Cancelando $m$ e $g$: $h=\mu d$.
Como $h=10\text{ m}$ e $d=10\text{ m}$, $\mu=\dfrac{10}{10}=1$.