2013.2CE — UFTM 2013.2 · CE · Saúde — Física

Quando um corpo é abandonado de um ponto acima do solo, e cai sem sofrer a força de resistência do ar, ele desenvolve um movimento uniformemente variado, como representado na curva 1. Porém, se considerarmos a força de resistência do ar, sua velocidade tende a um valor constante, chamada velocidade limite (V_lim) que, se atingido, será a velocidade com que o objeto chegará ao solo, como representado na curva 2.

Considere que um corpo seja abandonado do repouso e caia verticalmente sofrendo uma força de resistência do ar de mesma direção e sentido contrário ao seu peso. Adotando g = 10 m/s², calcule:

a) a distância, em metros, percorrida por esse corpo depois de 5 segundos de queda, se a resistência do ar fosse desprezada.

b) o módulo da aceleração do corpo, em m/s², no instante em que a força de resistência do ar tiver módulo igual a um quinto do módulo de seu peso.

Preso ao ponto O por meio de um fio inextensível de 4 m de comprimento e massa desprezível, um objeto de 10 kg é abandonado do repouso na posição A. Apoiado numa superfície plana e inclinada 30° em relação à horizontal, o objeto escorrega em movimento circular até atingir a posição B, onde para novamente. As figuras 1 e 2 representam o movimento do objeto de dois pontos de vista diferentes. FIGURA 1 FIGURA 2

Adote g = 10 m/s² e despreze o atrito e a resistência do ar. No momento em que o objeto passar pelo ponto C, calcule

a) sua velocidade escalar, em m/s.

b) a intensidade da força de tração no fio, em newtons.

Um recipiente de volume constante, hermeticamente fechado e de capacidade térmica desprezível contém ar a uma temperatura inicial θ₀, lida na escala kelvin. Esse ar recebe calor de uma fonte externa a uma taxa constante durante um intervalo de tempo Δt. Nesse intervalo, a temperatura desse ar varia 8 k e a pressão por ele exercida dentro do recipiente fica 10% maior do que antes do aquecimento. Considere o ar um gás ideal e que sua massa, dentro do recipiente, permaneça constante durante o processo.

a) Admita que o gelo derreta a 32 °F e que a água vaporize a 212 °F. Converta a variação de temperatura de 8 k para a escala Fahrenheit.

b) Calcule a temperatura θ₀, em kelvin, do ar dentro do recipiente antes do aquecimento.

Um garoto está a 2 m de distância de uma parede de seu banheiro, onde está pendurado um espelho plano E. Olhando para ele, o garoto nota que o espelho tem tamanho maior do que o mínimo necessário para que ele possa ver inteiramente a imagem de uma janela que está no alto da parede oposta àquela onde o espelho está pendurado.

Considerando que a janela tenha 0,8 m de altura e que a distância entre as paredes do espelho e da janela seja 3 m, calcule:

a) a distância horizontal, em metros, que separa o garoto da imagem da janela.

b) o tamanho mínimo do espelho, em metros, para que o garoto possa ver inteiramente a imagem da janela.

Para fazer uma demonstração em sua aula de ondulatória, um professor prendeu a extremidade de uma corda elástica de densidade linear de massa igual a 0,2 kg/m a um suporte fixo. Em seguida, ele segurou a outra extremidade da corda e manteve-a inicialmente esticada e em repouso, na horizontal, exercendo sobre ela uma força de tração de módulo T. A partir de um dado instante, ele oscilou verticalmente a mão que segurava a corda, de modo que em 2 s o perfil da corda assumiu a forma representada na figura.

a) Calcule a frequência de oscilação, em hertz, da mão que segurava a corda.

b) Sabendo que a velocidade de propagação das ondas numa corda é dada pela expressão V = √(T/μ), em que T é a intensidade da força que traciona a corda e μ sua densidade linear de massa, calcule, em newtons, a intensidade da força T que atuava nessa corda.

A figura representa, de forma simplificada, um amperímetro baseado na força magnética que atua num condutor retilíneo imerso em um campo magnético uniforme, quando percorrido por corrente elétrica. O trecho AC do condutor mede 2 cm, é horizontal e está ligado a uma mola ideal de constante elástica k = 0,2 N/m, ligada a um ponteiro que indica, numa escala, a intensidade de corrente que passa pelo condutor. O condutor está totalmente imerso num campo magnético uniforme, cujas linhas de indução também são horizontais e perpendiculares ao condutor.

Na calibragem do aparelho, foi construída a tabela que mostra como varia o módulo da força magnética que atua no condutor em função da corrente que o percorre.

a) Calcule o módulo do campo magnético B, em tesla, que atua sobre o condutor retilíneo AC.

b) Na situação em que o medidor indicar 2 A, calcule o deslocamento vertical do ponteiro, em cm, em relação à posição ocupada por ele quando o condutor não é percorrido por corrente elétrica.