Prof. Ricardo BastosMétodo TEF-MED
Acervo de Física · Medicina

FEMPAR 2017

Faculdade Evangélica Mackenzie do Paraná

4 questões de Física · Verdadeiro ou falso

Q32
Consumo de energia

E se sua casa pudesse funcionar a bateria?

Aproveitar ao máximo a energia proveniente de fontes renováveis permite poupar na fatura da energia elétrica ou abdicar por completo dos fornecimentos da rede. Esse é o objetivo da Powerwall, o dispositivo da norte-americana Tesla Motors apresentado no final de abril do ano passado. Os sistemas da Tesla incluem duas baterias da linha Powerwall, que armazenam 7 kWh e 10 kWh e custam US$ 3 mil e US$ 3,5 mil, respectivamente. Um terceiro sistema de bateria para uso comercial, denominado Powerpack, é capaz de armazenar 100 kWh e será vendido por US$ 25 mil.

As baterias da Tesla podem armazenar energia elétrica proveniente de redes convencionais e de fontes alternativas. Uma residência com 4 moradores possui um chuveiro de 5000 W, 10 lâmpadas de LED com 10 W de potência cada, um microondas de 800 W, uma Televisão de 90 W, e utilizará essa tecnologia de armazenamento de energia.

Com base nas informações, julgue as afirmativas.

Figura original da questão 32 — FEMPAR 2017
a. Se cada morador tomar um banho de 15 minutos por dia, utilizando como fonte de energia a bateria Powerwall de 10 kWh, será possível utilizar o chuveiro por 4 dias.
b. O modelo de uso comercial Powerpack é capaz de armazenar uma energia total de 0,36 GJ.
c. A energia elétrica proveniente da bateria Powerwall de 7kWh é suficiente para manter as 10 lâmpadas de LED acesas continuamente por mais de uma semana.
d. Com exceção do chuveiro, todos os aparelhos da residência ligados simultaneamente consome a carga da bateria Powerwall de 10kWh em menos de 10h.
e. A energia proveniente da bateria comercial Powerpack de 100kWh é suficiente para manter uma corrente de 20 A em uma tensão de 100V por 50h.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

F – V – F – F – V

Resolução

a) O chuveiro funciona uma hora por dia.

\[E_d=5\cdot1=5\,kWh\]
\[t=10/5=2\,dias\]

b) A conversão para joules confirma o valor proposto.

\[E=100\cdot3{,}6\cdot10^6=3{,}6\cdot10^8\,J=0{,}36\,GJ\]

c) As dez lâmpadas somam 100 W.

\[t=7/0{,}1=70\,h\]

Uma semana tem 168 h, portanto a autonomia é menor.

d) Sem chuveiro, a potência simultânea é:

\[P=100+800+90=990\,W\]
\[t=10/0{,}99\approx10{,}10\,h\]

A autonomia excede 10 h.

e) A potência e o tempo de funcionamento são:

\[P=100\cdot20=2000\,W\]
\[t=100/2=50\,h\]

Sequência: F – V – F – F – V.

Q33
Cinemática e leitura de tabela

Em Curitiba, oito em cada dez ciclistas usam a Via Calma para trabalhar ou estudar

Pesquisa mostra que 78% usam a bicicleta como modo de transporte e se sentem seguros em compartilhar esse tipo de via, em que o limite de velocidade é de 30 km/h.

Pesquisa realizada pelo Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Curitiba (IPUC), entre junho e dezembro de 2015, confirmou o tráfego intenso de ciclistas nas avenidas João Gualberto e Paraná. A pesquisa realizada no ano passado indicava um dado preocupante: 93,21% dos ciclistas seguiam pela canaleta do ônibus Expresso, enquanto apenas 6,79% usavam a via lenta. Uma nova pesquisa realizada esta semana, entre os dias 27 e 28 de junho, demonstrou mudança de comportamento.

Apenas 10 dias depois de inaugurada a segunda Via Calma, uma nova contagem de ciclistas demonstrou que 71,85% dos usuários deixaram de usar a canaleta, ocupando o espaço compartilhado por carros e bicicletas. (BEM PARANÁ, 30 jun. 2016)

Considere as informações e julgue as afirmativas.

Figura original da questão 33 — FEMPAR 2017
Total do trecho — soma dos sentidos centro–bairro e bairro–centro
Local20152016
Canaleta247 (93,21%)85 (28,15%)
Via lenta / Via Calma18 (6,79%)217 (71,85%)
Total265302
a. De acordo com a tabela, de 2015 para 2016 ocorreu um aumento de aproximadamente 14% no número total de ciclistas que usam o trecho pesquisado.
b. Um carro que se desloca na via calma respeitando o limite de velocidade estabelecido pode percorrer uma quadra de 800 metros num tempo médio de 1 minuto 40 segundos.
c. Se um carro, parado em um sinaleiro, arrancar com uma aceleração de 2 m/s², em 10 m de deslocamento terá ultrapassado a velocidade máxima permitida na Via Calma.
d. De acordo com os dados da pesquisa, para cada 100 ciclistas que utilizavam o trecho em 2015, em média menos de 7 ciclistas não utilizavam a canaleta.
e. Se a velocidade média de um ciclista é de 10 km/h e a do carro, na Via Calma, é de 30 km/h, independentemente do tamanho todos os trechos serão sempre percorridos com a mesma diferença absoluta de tempo.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

V – V – F – V – F

Resolução

a) A tabela registra 265 e 302 ciclistas.

\[\delta=\frac{302-265}{265}\cdot100\%\approx13{,}96\%\]

b) O tempo proposto é de 100 s.

\[v_m=800/100=8\,m/s\]
\[v_m=8\cdot3{,}6=28{,}8\,km/h\]

Esse percurso é possível respeitando o limite de 30 km/h.

c) Pela equação de Torricelli:

\[v^2=2\cdot2\cdot10=40\]
\[v\approx6{,}32\,m/s\approx22{,}8\,km/h\]

O limite ainda não foi ultrapassado.

d) A parcela fora da canaleta em 2015 é 6,79%, menor que 7%.

e) Para distância L, em quilômetros:

\[\Delta t=\frac{L}{10}-\frac{L}{30}=\frac{L}{15}\,h\]

A diferença absoluta de tempo cresce com o comprimento do trecho.

Sequência: V – V – F – V – F.

Q34
Máquinas térmicas e rendimento

A grande novidade do mercado de carros compactos é o uso de motor de 3 cilindros.

Desde o primeiro motor a gasolina fabricado em 1885 por Gottlieb Daimler, engenheiros do mundo inteiro vêm buscando alternativas para melhorar sua eficiência, ou seja, torná-lo mais econômico, mais potente, com maior torque e menos poluente. “Os atuais motores de três cilindros, como o usado no Up, lançado pela Volkswagen, são mais uma etapa deste infindável processo em busca da "eficiência energética".

Fatores que tornam o motor 3 cilindros mais econômico

1 Menos atrito – Em média, 20% da potência gerada por um motor é utilizada para vencer os atritos. De cara, o motor com um cilindro a menos já economiza 15% dessa conta, ou seja, permite aproveitar mais a potência para movimentar o carro propriamente.

2 Emagrecimento – O tamanho do bloco do motor diminui com um cilindro a menos. Dependendo do modelo pode chegar a 30 kg a menos de massa total.

3 Menos calor jogado fora – Com um cilindro a menos, tem-se menor geração de calor, o que implica menos energia dissipada.

Com base no texto e em conceitos de termodinâmica, julgue as afirmativas que se seguem.

Figura original da questão 34 — FEMPAR 2017
a. A redução de energia dissipada no motor 3 cilindros aumenta a eficiência do motor, mas não altera o trabalho realizado na transformação de energia térmica em mecânica, em razão da baixa potência desses motores.
b. A redução de massa, pela existência de um cilindro a menos, implica um trabalho mecânico menor para se atingir uma mesma velocidade de um carro com 4 cilindros e massa maior.
c. Um motor de 4 cilindros com potência superior e rendimento inferior ao de 3 cilindros realiza menos trabalho com a mesma quantidade de combustível, porém mais rapidamente.
d. Para que um motor 3 cilindros consiga converter calor em trabalho, deve operar em ciclos entre fontes à mesma temperatura.
e. Os avanços obtidos na fabricação dos motores 3 cilindros comprovam a possibilidade de construir uma máquina de moto perpétuo, desde que as novas tecnologias reduzam as perdas, igualando a entropia a zero.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

F – V – V – F – F

Resolução

a) Para o mesmo calor recebido, maior rendimento implica maior trabalho útil.

\[W=\eta Q_h\]

Baixa potência não torna o trabalho invariável.

b) Para atingir uma mesma velocidade a partir do repouso:

\[W_{resultante}=\Delta E_c=\frac12 mv^2\]

No modelo de comparação proposto, reduzir a massa reduz o trabalho necessário.

c) Com a mesma energia de combustível, o motor de menor rendimento fornece menos trabalho. Como tem maior potência, entrega esse trabalho em menor tempo.

\[\Delta t=W/P\]

d) Uma máquina térmica cíclica que produza trabalho líquido deve operar entre fontes de temperaturas distintas.

\[\eta_{Carnot}=1-\frac{T_f}{T_q}\]

Fontes à mesma temperatura fornecem rendimento máximo nulo.

e) Reduzir atritos não elimina a segunda lei. Uma máquina cíclica não pode converter integralmente calor de uma única fonte em trabalho; entropia não é uma perda que se possa simplesmente igualar a zero.

Sequência: F – V – V – F – F.

Q35
Ultrassom

Em Fisioterapia, as ondas sonoras utilizadas para terapêutica e diagnóstico são geradas por instrumentos com o nome de transdutores.

A terapia ultrassônica ocorre mediante vibrações mecânicas com frequência superior a 20.000 Hz. As frequências do ultrassom usadas terapeuticamente podem oscilar entre 0,7 MHz e 3 MHz. A velocidade de propagação da onda ultrassônica é maior nos meios onde há maior agregação molecular, ou seja, onde as moléculas estão mais próximas umas das outras. Assim, o som se propaga mais rapidamente nos sólidos do que nos líquidos e gasosos. As ondas sonoras na faixa de 1 MHz se propagam nos tecidos moles com uma velocidade de 1.540 m/s, e pelo osso compacto com 4.000 m/s.

O ultrassom na faixa de frequência de 1 MHz é empregado normalmente em lesões profundas, e o ultrassom de 3 MHz é utilizado em lesões superficiais. A intensidade do ultrassom pode ser classificada de acordo com o modo como a potência e a intensidade são distribuídas na transmissão. Na prática clínica o ultrassom contínuo deve ser usado até 2 W/cm², para que não haja risco de lesão nas estruturas superficiais, e o ultrassom pulsado pode ser utilizado até 3 W/cm².

De acordo com o texto e os conceitos de Ondulatória, julgue as afirmativas que se seguem.

Figura original da questão 35 — FEMPAR 2017
a. A velocidade das ondas sonoras que possuem frequência de ultrassom, em um mesmo tecido, é maior que a velocidade de ondas sonoras que possuem frequência menor que as de ultrassom.
b. O ultrassom, na faixa de 1 MHz, propaga-se em um osso compacto com comprimento de onda de 4 mm.
c. Uma intensidade de 3 W/cm², obtida no tratamento com ultrassom pulsado durante 2 minutos, equivale a uma energia incidente de 360 J a cada cm² de tecido.
d. A velocidade de propagação do ultrassom, em um tecido mole, depende da intensidade do pulso e aumenta com o aumento de amplitude.
e. A frequência do ultrassom refletido pela superfície de um osso é maior que a frequência do ultrassom emitido pelo transdutor.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

F – V – V – F – F

Resolução

a) No modelo linear e não dispersivo usado no exercício, a velocidade é característica do meio; aumentar a frequência não aumenta a velocidade.

b) No osso compacto:

\[\lambda=v/f\]
\[\lambda=4000/10^6=0{,}004\,m=4\,mm\]

c) A intensidade informa potência por área.

\[E/A=I\Delta t\]
\[E/A=3\cdot120=360\,J/cm^2\]

d) Nesse modelo, aumentar amplitude eleva a intensidade, sem aumentar a velocidade de propagação.

e) A superfície do osso e o transdutor estão em repouso relativo. A reflexão conserva a frequência, sem efeito Doppler. A afirmação geral de que maior proximidade molecular sempre implica maior velocidade, presente no texto-base, é uma simplificação: a velocidade depende também das propriedades elásticas do meio.

Sequência: F – V – V – F – F.

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