Prof. Ricardo BastosMétodo TEF-MED

PROSEL 2004 Prova Discursiva — Questões de Física comentadas — Método TEF

Física · questões 1 e 2 (2ª fase)

Enunciados fiéis ao documento oficial da UEPA, com as figuras originais. As resoluções foram acrescentadas separadamente.

Dados da prova

Prova: PROSEL 2004Modalidade: DiscursivaDisciplina: FísicaQuestões: 1 e 2
ObjetivaDiscursiva
1

Termologia — Propagação de calor — Irradiação e condução

Manda a boa receita que um lombo de porco deva ser assado envolvido em papel alumínio, em forno convencional. Após o cozimento, o papel é retirado e a carne deixada para “dourar” por alguns minutos. Neste contexto analise as afirmativas abaixo:

I. O papel alumínio dificulta a troca de calor por irradiação entre o forno e leitão;

II. A propagação do calor por condução é responsável pela demora no aquecimento da porção central do alimento.

Indique se as afirmações são verdadeiras ou falsas e justifique fisicamente suas respostas.

Resolução

I — verdadeira. O alumínio polido tem alta refletividade e baixa emissividade para radiação térmica (infravermelha). Envolvendo a carne, o papel reflete grande parte da radiação emitida pelas paredes do forno e dificulta a troca de calor por irradiação com o alimento. Por isso o papel é retirado no final: sem ele, a carne absorve radiação e “doura”.

II — verdadeira. A carne é má condutora de calor e é espessa. O calor entra pela superfície e avança para o interior por condução, de camada em camada, de forma lenta, de modo que a região central demora mais a aquecer.

2

Ondas — Acústica — Sonar e reflexão do som

Figura 1: navio nas posições 1 e 2 sobre leito inclinado de ângulo θ, com os pontos A, B e C. Figura 2: tempos de eco de 250 ms na posição 1 e 200 ms na posição 2

Para detectar o relevo do fundo de rios, o sonar pode ser utilizado gerando uma imagem acústica do fundo. Considere que o sonar pode ser representado por uma fonte pontual que produz onda esférica e registra o eco em um receptor localizado praticamente na mesma posição da fonte. A Figura 1 representa um levantamento de dados de sonar em uma região de leito plano e inclinado, nas posições 1 e 2 do navio. Os intervalos de tempo entre a emissão e a recepção do eco, para duas posições da fonte, estão representadas na Figura 2. Neste experimento, as leis da ótica geométrica descrevem precisamente o comportamento das frentes de ondas sonoras.

Nessas condições responda:

a) Quando a fonte está na posição 1, qual dos pontos indicados sobre o leito do rio pode ser considerado responsável pelo eco registrado no receptor? Justifique sua resposta com base nos princípios da ótica geométrica.

b) Considere que a velocidade do som na água é $1500\,\text{m/s}$ e que o ângulo $\theta$ é de $60^{\circ}$. Nestas condições, determine a profundidade do ponto sobre o leito do rio onde ocorre a reflexão do sinal detectado, quando o navio se encontra na posição 2.

Resolução

a) Como a fonte e o receptor estão praticamente no mesmo ponto, o eco só volta ao receptor se o raio sonoro retornar sobre si mesmo. Pela lei da reflexão (ângulo de incidência = ângulo de reflexão), isso ocorre apenas quando o raio incide perpendicularmente ao leito. Como o leito é inclinado, o raio vertical (que atinge A) não é perpendicular a ele; o raio perpendicular ao leito, traçado a partir da fonte, atinge o ponto B, e é B o responsável pelo eco.

b) Com a fonte na posição 2, o eco chega após $t=200\,\text{ms}$. O som percorre ida e volta ao longo da normal ao leito:

$d=\dfrac{v\,t}{2}=\dfrac{1500\cdot0{,}200}{2}=150\,\text{m}$.

Essa normal faz com a vertical o mesmo ângulo $\theta$ que o leito faz com a horizontal. A profundidade do ponto de reflexão é a componente vertical de $d$:

$h=d\cos\theta=150\cdot\cos60^{\circ}=150\cdot0{,}5=75\,\text{m}$.