Disciplina
Curso
Professor
Série
Física
Ensino Médio
André Ito
2ª E.M.
ROTEIRO DE ESTUDOS DE RECUPERAÇÃO E REVISÃO – 4º BIMESTRE / 2013
Aluno (a):
Número:
1 - Conteúdo:
Termodinâmica e Hidrostática.
2 - Data de entrega:
Entrega para o professor após a prova, para que o aluno leve o roteiro para estudo.
3 - Material para consulta:
Caderno, portfólio e livro didático.
4 - Trabalho a ser desenvolvido:
O aluno deverá resolver os problemas do roteiro e apresentar os cálculos passo a passo e bem organizados, em folha
de caderno sem rebarba ou em folha de almaço.
Hidrostática
1. (Unesp 2013) Seis reservatórios cilíndricos,
superiormente abertos e idênticos (A, B, C, D, E e F) estão
apoiados sobre uma superfície horizontal plana e ligados
por válvulas (V) nas posições indicadas na figura.
Com as válvulas (V) fechadas, cada reservatório contém
água até o nível (h) indicado na figura. Todas as válvulas
são, então, abertas, o que permite a passagem livre da água
entre os reservatórios, até que se estabeleça o equilíbrio
hidrostático.
Nesta situação final, o nível da água, em dm, será igual a
a) 6,0 nos reservatórios de A a E e 3,0 no reservatório F.
b) 5,5 nos reservatórios de A a E e 3,0 no reservatório F.
c) 6,0 em todos os reservatórios.
d) 5,5 em todos os reservatórios.
e) 5,0 nos reservatórios de A a E e 3,0 no reservatório F.
2. (Unesp 2013) O sifão é um dispositivo que permite
transferir um líquido de um recipiente mais alto para outro
mais baixo, por meio, por exemplo, de uma mangueira
cheia do mesmo líquido. Na figura, que representa,
esquematicamente, um sifão utilizado para transferir água
de um recipiente sobre uma mesa para outro no piso, R é
um registro que, quando fechado, impede o movimento da
água. Quando o registro é aberto, a diferença de pressão
entre os pontos A e B provoca o escoamento da água para
o recipiente de baixo.
Considere que os dois recipientes estejam abertos para a
3
3
atmosfera, que a densidade da água seja igual a 10 kg/m e
2
que g = 10 m/s . De acordo com as medidas indicadas na
figura, com o registro R fechado, a diferença de pressão
PA PB , entre os pontos A e B, em pascal, é igual a
a) 4 000.
b) 10 000.
c) 2 000.
d) 8 000.
e) 12 000.
3. (Unesp 2013) O relevo submarino de determinada
região está representado pelas curvas de nível mostradas
na figura, na qual os valores em metros representam as
alturas verticais medidas em relação ao nível de referência
mais profundo, mostrado pela linha vermelha.
Dois peixes, 1 e 2, estão inicialmente em repouso nas
posições indicadas e deslocam-se para o ponto P, onde
param novamente. Considere que toda a região mostrada
na figura esteja submersa, que a água do mar esteja em
3
3
equilíbrio e que sua densidade seja igual a 10 kg/m . Se g =
2
5
10 m/s e 1 atm = 10 Pa, pode-se afirmar, considerando-se
apenas os pontos de partida e de chegada, que, durante
seu movimento, o peixe
a) 2 sofreu uma redução de pressão de 3 atm.
b) 1 sofreu um aumento de pressão de 4 atm.
c) 1 sofreu um aumento de pressão de 6 atm.
d) 2 sofreu uma redução de pressão de 6 atm.
e) 1 sofreu uma redução de pressão de 3 atm.
4. (Unifesp 2013) Um objeto maciço cilíndrico, de diâmetro
igual a 2,0cm, é composto de duas partes cilíndricas
distintas, unidas por uma cola de massa desprezível. A
primeira parte, com 5,0cm de altura, é composta por uma
3
cortiça com densidade volumétrica 0,20 g/cm . A segunda
parte, de 0,5cm de altura, é composta por uma liga
3
metálica de densidade volumétrica 8,0 g/cm . Conforme
indica a figura, o objeto encontra-se em repouso,
parcialmente submerso na água, cuja densidade
3
volumétrica é 1,0 g/cm .
Nas condições descritas relativas ao equilíbrio mecânico do
objeto e considerando π aproximadamente igual a 3,
determine:
a) a massa total, em gramas, do objeto cilíndrico.
b) a altura, em centímetros, da parte do cilindro submersa
na água.
Termodinâmica
1. (Uem 2012) Sobre o consumo e a transformação da
energia, assinale o que for correto.
01) Ao realizar exercícios físicos, é possível sentir a
temperatura do corpo aumentar. Isso ocorre porque as
células musculares estão se contraindo e, para isso,
estão realizando várias reações exergônicas
(exotérmicas).
02) Durante o processo de combustão biológica, a energia é
liberada de uma só vez, na forma de calor, que é
entendido como uma forma de energia em trânsito.
04) Os organismos autótrofos, como algas e plantas,
conseguem transformar a energia química do ATP em
energia luminosa, obedecendo à lei da conservação da
energia.
08) A transformação da energia química do ATP em energia
mecânica, como na contração muscular em um
mamífero, obedece à primeira lei da termodinâmica.
16) De acordo com a primeira lei da termodinâmica, podese dizer que o princípio da conservação da energia é
válido para qualquer sistema físico isolado.
2. (Ufba 2011) A tecnologia é o eixo comum que perpassa
todas as dimensões. Em um mundo que, a cada dia, nos
confunde mais, onde é difícil se dizer o que é real, o que é
ficção ou o que é virtual, fica muito mais complexo
definirmos um conceito para esclarecê-la de forma
objetiva. (MARTINS, 2010).
A aplicação tecnológica de uma descoberta científica pode
levar muito tempo. Assim, por exemplo, da descoberta da
penicilina decorreram quase 30 anos; da energia nuclear,
26 anos; da cópia Xerox, 15 anos. (FELTRE, 2004, p. 67).
Considerando-se que a vida em uma sociedade tecnológica
condiciona o ser humano a ampliar os limites das ciências
na busca de um espaço comum, a análise da construção do
conhecimento científico e sua aplicação às diversas
atividades humanas permite afirmar:
01) A elaboração de uma teoria é um processo dinâmico
que envolve novos conhecimentos construídos ao
longo da História, como se configura no
neodarwinismo.
02) A constatação de que “mantendo-se a temperatura
absoluta constante, os volumes dos gases são
inversamente proporcionais às pressões que suportam”
resume a Teoria Geral dos Gases.
04) Os hiatos entre as descobertas científicas e suas
aplicações são causados pela falta de comunicação
entre os componentes da comunidade científica.
08) A máquina a vapor que impulsionou a Revolução
Industrial está alicerçada na segunda lei da
termodinâmica, porque possibilita a transformação
integral de calor em trabalho útil.
16) As fibras ópticas utilizadas na medicina apresentam a
razão entre o índice de refração do núcleo e o índice de
refração do revestimento maior que um, o que
possibilita o transporte de informações.
32) Pasteur, ao manter estéril os líquidos contidos nos
famosos frascos de pescoço de cisne — em
experimento clássico sobre biogênese —, contribuiu
para o desenvolvimento de técnicas para a conservação
de alimentos.
3. (Ita 2013) Um mol de um gás ideal sofre uma expansão
adiabática reversível de um estado inicial cuja pressão é Pi e
o volume é Vi para um estado final em que a pressão é P f e
o volume é Vf. Sabe-se que γ Cp Cv é o expoente de
Poisson, em que Cp e Cv são os respectivos calores molares
a pressão e a volume constantes. Obtenha a expressão do
trabalho realizado pelo gás em função de Pi, Vi, Pf, Vf e γ.
4. (Ime 2013) Um industrial deseja lançar no mercado uma
máquina térmica que opere entre dois reservatórios
térmicos cujas temperaturas são 900 K e 300 K, com
rendimento térmico de 40% do máximo teoricamente
admissível. Ele adquire os direitos de um engenheiro que
depositou uma patente de uma máquina térmica operando
em um ciclo termodinâmico composto por quatro
processos descritos a seguir:
Processo 1 – 2: processo isovolumétrico com aumento de
pressão: Vi ,p i
Vi ,pf .
Processo 2 – 3: processo isobárico com aumento de
volume: Vi ,pf
Vf ,pf .
Processo 3 – 4: processo isovolumétrico com redução de
pressão: Vf ,pf
Vf ,p i .
Processo 4 – 1: processo isobárico com redução de volume:
Vf ,p i
Vi ,p i .
O engenheiro afirma que o rendimento desejado é obtido
p
para qualquer valor de f 1 desde que a razão entre os
pi
Vf
seja igual a 2. Porém, testes exaustivos do
Vi
protótipo da máquina indicam que o rendimento é inferior
ao desejado. Ao ser questionado sobre o assunto, o
engenheiro argumenta que os testes não foram conduzidos
de forma correta e mantém sua afirmação original.
Supondo que a substância de trabalho que percorre o ciclo
1-2-3-4-1 seja um gás ideal monoatômico e baseado em
uma análise termodinâmica do problema, verifique se o
rendimento desejado pode ser atingido.
A figura acima representa um sistema, inicialmente em
equilíbrio mecânico e termodinâmico, constituído por um
recipiente cilíndrico com um gás ideal, um êmbolo e uma
mola. O êmbolo confina o gás dentro do recipiente. Na
condição inicial, a mola, conectada ao êmbolo e ao ponto
fixo A, não exerce força sobre o êmbolo. Após 3520 J de
calor serem fornecidos ao gás, o sistema atinge um novo
estado de equilíbrio mecânico e termodinâmico, ficando o
êmbolo a uma altura de 1,2 m em relação à base do
cilindro. Determine a pressão e a temperatura do gás ideal:
Observação: Considere que não existe atrito entre o
cilindro e o êmbolo.
Dados: Massa do gás ideal: 0,01 kg; Calor específico a
volume constante do gás ideal: 1.000 J/kg.K; Altura inicial
do êmbolo em relação à base do cilindro: X1 = 1 m; Área da
2
base do êmbolo: 0,01 m ; Constante elástica da mola: 4.000
N/m; Massa do êmbolo: 20 kg; Aceleração da gravidade: 10
2
m/s ; Pressão atmosférica: 100.000 Pa.
a) na condição inicial;
b) no novo estado de equilíbrio.
volumes
6. (Epcar (Afa) 2013) Uma máquina térmica funciona
fazendo com que 5 mols de um gás ideal percorra o ciclo
ABCDA representado na figura.
5. (Ime 2013)
Sabendo-se que a temperatura em A é 227 C, que os
calores específicos molares do gás, a volume constante e a
pressão constante, valem, respectivamente, 2 3R e 5 2R
e que R vale aproximadamente 8 J mol K, o rendimento
dessa máquina, em porcentagem, está mais próximo de
a) 12
b) 15
c) 18
d) 21
7. (Ueg 2013) Dentro de um cilindro com pistão móvel
está confinado um gás monoatômico. Entre a parte
superior, fixa, do cilindro e o pistão existe uma barra
extremamente fina de metal, de comprimento l0 , com
coeficiente de dilatação linear α , ligada por um fio
condutor de calor a uma fonte térmica. A barra é
aquecida por uma temperatura τ que provoca uma
dilatação linear Δl, empurrando o pistão que comprime
o gás. Como a área da base do cilindro é A e o
sistema sofre uma transformação isobárica a uma
pressão π , o trabalho realizado é igual a:
a) πταAl0
γ
1
γ
VC
V0
VC
V0
b) 1 γ
VC
V0
VC
V0
a) 1
b) πAτ2α 2l02
c) π 2 ταAl0
d) πταAl0
γ
2
8. (Ita 2013) A figura mostra um sistema, livre de qualquer
força externa, com um êmbolo que pode ser deslocado sem
atrito em seu interior. Fixando o êmbolo e preenchendo o
recipiente de volume V com um gás ideal a pressão P, e em
seguida liberando o êmbolo, o gás expande-se
adiabaticamente. Considerando as respectivas massas mc,
do cilindro, e me, do êmbolo, muito maiores que a massa
mg do gás, e sendo γ o expoente de Poisson, a variação da
c) 1
VC
V0
1
γ
VC
V0
energia interna U do gás quando a velocidade do cilindro
for vc é dada aproximadamente por
VC
V0
VC
V0
d)
e)
mc
mc v c2
me v c2
me me
2me .
2.
mc v c2
γ
VB
V0
VB
V0
γ
VB
V0
γ
VB
V0
γ
γ
VB
V0
γ
10. (Ufrgs 2013) Um projeto propõe a construção de
três máquinas térmicas, M1, M2 e M3, que devem
operar entre as temperaturas de 250 K e 500 K, ou
seja, que tenham rendimento ideal igual a 50%. Em
cada ciclo de funcionamento, o calor absorvido por
todas é o mesmo: Q = 20 kJ, mas espera-se que cada
uma delas realize o trabalho W mostrado na tabela
abaixo.
b) 3PV 2 γ 1 .
c) mc me
γ
γ
e) 1
a) 3PV γ 2.
VB
V0
VB
V0
γ
VC
V0
d) 1 γ
VB
V0
VB
V0
2mc .
9. (Upe 2013) Uma máquina térmica opera de acordo com
o ciclo dado pela figura a seguir, onde possui duas curvas
adiabáticas, AB e CD. De B para C, o calor é absorvido da
fonte quente. Considerando que o gás utilizado pela
máquina é ideal, assinale a alternativa que mostra o
rendimento dessa máquina.
Informações: γ
Cp
Cv
Máquina
M1
M2
M3
W
20 kJ
12 kJ
8 kJ
De acordo com a segunda lei da termodinâmica,
verifica-se que somente é possível a construção da(s)
máquina(s)
a) M1.
b) M2.
c) M3.
d) M1 e M2.
e) M2 e M3.