CESUMAR 2010 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Muito se tem falado a respeito do aquecimento global, e uma entre várias outras consequências desse fenômeno estaria a elevação do nível do mar devido ao derretimento das grandes geleiras existentes no planeta. Algumas dessas geleiras encontram-se apoiadas sobre solo rochoso como é o caso do Polo Sul e da Groelândia ao passo que o gelo do Polo Norte encontra-se boiando no mar. O gelo da Groenlândia, ao derreter-se, irá desequilibrar a corrente do Golfo que leva calor para a Europa. A água do Oceano Atlântico flui por cima do Equador para a Europa e por baixo no sentido inverso. Um grande volume de água “doce” sendo adicionado na ponta norte da corrente vai desligá-la colocando a Europa numa verdadeira “fria”.

Adotando a densidade do gelo como $0{,}92\ \text{g/cm}^3$ e da água como $1\ \text{g/cm}^3$ e a aceleração da gravidade como $10\ \text{m/s}^2$, analise as afirmativas que seguem:

1. O derretimento das geleiras do Polo Sul teria um impacto maior na elevação do nível do mar do que a do Polo Norte.
2. A água do Oceano Atlântico flui na superfície do mar do Equador rumo ao norte, devido ao fato de a água quente ser menos densa que a água fria que faz o percurso no sentido inverso.
3. A adição de água “doce” gelada na ponta norte da corrente do golfo iria causar um desequilíbrio no deslocamento da corrente uma vez que a mesma ficaria abaixo da água fria do mar (água salgada), bloqueando o deslocamento da massa de água quente.
4. Em valores aproximados, somente $8\%$ do volume do gelo derretido do Polo Norte contribuiriam para a elevação do nível do mar.

Em 20 de julho de 1969, há exatos 40 anos, o astronauta americano Neil Armstrong transformava em realidade o sonho mais antigo das civilizações humanas ao se tornar o primeiro homem a caminhar na Lua. Para que tal façanha fosse realizada, uma grande batalha foi travada contra a atração gravitacional que nos aprisionava na superfície da terra. Sair da terra rumo a outros corpos celestes implica atingir uma velocidade chamada de velocidade de escape, que é a velocidade na qual a energia cinética de um corpo é igual em magnitude à sua energia potencial em um campo gravitacional.

A velocidade mínima, em valores aproximados, para que uma nave espacial se liberte da atração gravitacional da terra é: adote para a terra aceleração da gravidade $9{,}8\ \text{m/s}^2$ e raio da terra $6400\ \text{km}$.

Retificação presente no próprio PDF: nas alternativas, a unidade impressa “km/s” deve ser lida como “km/h”.

A empresa espanhola Abengoa Solar anunciou que começará a construir uma usina de energia solar capaz de gerar $280$ megawatts de eletricidade. A usina de Solana será instalada no estado norte-americano do Arizona. Ao contrário das maiores usinas solares atuais, a usina de Solana não utilizará módulos fotovoltaicos, mas um sistema de espelhos parabólicos que, nesse caso, contarão com quase $8.000\ \text{m}^2$ de área que acompanham o movimento do Sol. A luz do Sol captada pelos espelhos parabólicos é focalizada em um encanamento no interior do qual um fluido atinge uma temperatura de quase $400^\circ\text{C}$. Esse vapor é então utilizado para movimentar turbinas que acionam os geradores que produzirão a eletricidade. A eficiência desse sistema gerador atinge a casa dos $30\%$ de eficiência.

Tomando o texto como base analise as afirmativas que seguem:

1. Essa usina tem capacidade de fornecer $2{,}8\times10^9\ \text{J}$ de energia a cada segundo.
2. Estimando em $30\%$ a eficiência de funcionamento dessa usina, pode-se afirmar que a energia solar que incide nos espelhos refletores é de aproximadamente $930\times10^6\ \text{J}$ de energia por $\text{m}^2$.
3. Ao contrário de células fotovoltaicas que transformam energia da luz solar diretamente em eletricidade, o sistema descrito no texto transforma energia térmica diretamente em energia elétrica.
4. A eficiência da conversão de energia solar em energia elétrica é calculada medindo-se a energia líquida enviada para a rede de distribuição e dividindo-a pela energia solar que atinge os espelhos parabólicos.

Pesquisadores da Universidade da Flórida, nos Estados Unidos, criaram um nanomotor molecular movimentado apenas por fótons, as partículas básicas da luz, e feito a partir de uma única molécula de DNA. O nanomotor foi criado unindo uma molécula de DNA e uma molécula de azobenzeno, um composto químico que reage à luz. Um fóton de baixa energia faz com que essas moléculas reajam de uma forma, enquanto um fóton de alta energia ocasiona outro tipo de reação. Em seu formato fechado, o nanomotor mede $2$ por $5$ nanômetros. Sob a ação da luz, ao exercer a sua força, o motor se abre, estendendo-se até atingir entre $10$ e $12$ nanômetros. Sabendo que a deformação $\Delta X$, representada na figura, ocorreu em um intervalo de tempo $\Delta t$, analise as afirmativas que seguem:

1. A potência desse motor é diretamente proporcional a $\Delta t$.
2. A potência desse motor é diretamente proporcional a $F$.
3. Quanto maior a velocidade de expansão maior será a potência do motor.
4. Se a velocidade de expansão for constante, pode-se afirmar que o trabalho da força $F$ será, em módulo, igual ao trabalho da força peso do alteres representado na figura.

Um grupo de engenheiros de Taiwan desenvolveu um sistema eletrônico que define o momento exato de trocar as marchas da bicicleta para manter o máximo conforto e o mínimo esforço do ciclista. Analisando justamente o elemento humano, os cientistas concluíram que uma pessoa saudável normal - e não um atleta - é capaz de pedalar uma bicicleta por várias horas, gerando $75\ \text{W}$ de potência, sem sofrer de fadiga, apenas mantendo uma cadência entre $60$ e $100$ pedaladas por minuto.

Supondo a massa do conjunto ciclista/bicicleta como $80\ \text{kg}$, aceleração da gravidade com intensidade de $10\ \text{m/s}^2$ e $\pi\approx3$, analise as afirmativas que seguem:

1. Em uma hora de pedalada, o ciclista libera uma quantidade de energia capaz de elevar um corpo com massa de $10\ \text{kg}$ a uma altura de $2700$ metros.
2. Se a velocidade média do ciclista for de $18\ \text{km/h}$, a força motriz média aplicada por ele terá intensidade de $15\ \text{N}$.
3. Se a velocidade da bicicleta se mantiver constante durante certo intervalo de tempo, pode-se afirmar que o trabalho realizado pelo ciclista nesse intervalo de tempo será igual, em módulo, ao trabalho realizado pelas forças dissipativas nesse mesmo intervalo de tempo.
4. De acordo com o texto, a menor velocidade angular dos pedais seria de $60\ \text{rad/s}$.