FÍSICA
1ª QUESTÃO
No brinquedo ilustrado na figura, o bloco de massa m encontra-se em repouso sobre uma superfície
horizontal e deve ser impulsionado para tentar atingir a caçapa, situada a uma distância x = 1,5 m do bloco.
Para impulsioná-lo, utiliza-se um pêndulo de mesma massa m. O pêndulo é abandonado de uma altura
h = 20 cm em relação a sua posição de equilíbrio e colide elasticamente com o bloco no instante em que
passa pela posição vertical.
2
Considerando a aceleração da gravidade g = 10 m/s , ,calcule
a) a velocidade da massa m do pêndulo imediatamente antes da colisão.
b) a velocidade do bloco imediatamente após a colisão.
c) a distância percorrida pelo bloco, sobre a superfície horizontal, supondo que o coeficiente de atrito
cinético entre o bloco e essa superfície seja μ = 0,20 e verifique se o bloco atinge a caçapa.
Resolução:
1
2ª QUESTÃO
3
Uma massa m de ar, inicialmente a uma pressão de 3atm, ocupa 0,1 m em um balão. Este gás é
3
expandido isobaricamente até um volume de 0,2 m e, em seguida, ocorre uma nova expansão através de
um processo isotérmico, sendo o trabalho realizado pelo gás durante esta última expansão igual a 66000 J.
Determine
a) o trabalho total realizado em joules pelo gás durante todo o processo de expansão.
b) o calor total associado às duas expansões, interpretando fisicamente o sinal desta grandeza.
Obs.: suponha que o ar nestas condições possa ser considerado como gás ideal. E a variação da energia
interna: U cV .n T
Resolução:
3ª QUESTÃO
Um raio luminoso proveniente do ar atravessa uma placa de vidro
de 4,0 cm de espessura e índice de refração 1,5.
Sabendo que o ângulo de incidência do raio luminoso é tal que
sen θ = 0,90 e que o índice de refração do ar é 1,0 , calcule
a) a distância que a luz percorre ao atravessar a placa de vidro.
b) o tempo que a luz leva para atravessar a placa de vidro
c) a frequência do raio luminoso dentro e fora do vidro.
d) após emergir do vidro a luz atinge um detector que funciona
com base no efeito elétrico, considerando o comprimento de
-7
onda da luz emitido pela fonte é 6 · 10 m. E que a função
trabalho do metal usado na construção do detector é 2,0 ev,
determine a energia cinética máxima dos fotoelétrons emitidos
pelo metal.
-15
Dados: Constante de Plank, h = 4,2 · 10 eV.s;
2
Resolução:
a) d = 5 cm
-10
b) ∆t = 2,5 · 10 s
14
c) far = fvidro = 5 · 10 Hz
d) Ec = 0,1 eV.
4ª QUESTÃO - HEVERALDO
No gráfico a seguir estão representadas as características de um gerador, de força eletromotriz igual a ε e
resistência interna r, e um receptor ativo de força contraeletromotriz ε’ e resistência interna r’.
Sabendo que os dois estão interligados, determine
a) a equação do gerador.
b) a equação do receptor.
c) a corrente do circuito.
d) o rendimentos para o gerador para o receptor.
Resolução:
a)
Equação do Gerador:
V = – ri
(reta decrescente). Assim, do gráfico: = 100 V.
Mas, para i = 4 A
V = 20 V. Substituindo esses valores na equação:
20 = 100 – r(4)
4r= 80
r = 20 .
Logo,
V = 100– 20i
b)
Equação do Receptor:
V` = ’ + r’i
(reta crescente). Assim, do gráfico: ’ = 40 V.
Mas, para i = 4 A
V = 80 V. Substituindo esses valores na equação:
80 = 40 + r’(4)
4r’= 40
r’ =10 .
Logo,
V` = 40+ 10i
c)
Pela lei de Ohm – Pouillet, i
ε ε`
r r`
100 40
20 10
60
30
2A
3
d)
Para i=2A, V = V` = 60V
Calculando os rendimentos:
V 60
Para o gerador: G =
=
100
' 40
Para o receptor: R =
V 60
G=
2
3
60%.
R=
67%.
5ª QUESTÃO
Um telefone celular emite ondas eletromagnéticas monocromáticas (radiação) através de sua antena,
liberando uma potência de 10,0 mW. Sabendo que essa antena representa um ponto material e que o
telefone celular emite radiação com frequência de 880 MHz (tecnologia GSM), determine
a) o comprimento de onda dessa radiação.
b) a energia de um fóton emitida por essa antena de celular em elétrons-volt.
c) o número de fótons emitidos por essa antena de celular por segundo.
d) a intensidade da onda que chega a um ponto distante 2,00 cm do telefone.
Dados:
8
-34
-19
Velocidade da luz no ar c = 3,00 · 10 m/s; constante de Planck h = 6,60 · 10 J.s; 1eV = 1,60 · 10 J
Resolução:
6
8
a) Dados: f = 880 MHz = 880 10 Hz; c = 3 10 m/s.
Da equação fundamental da ondulatória:
λ
3 108
c
f
λ
880 106
0,34 m.
–34
b) Dado: h = 6,6 10 J.s
Seja E1 a energia emitida por um fóton. Da equação de Planck:
E1
6,6 10 34 880 106
h f
–2
E1
5,81 10 25 J.
c) Dados: P = 10 mW = 10 W; t = 1 s.
A energia emitida por N fótons em 1 s é igual à energia irradiada pela antena nesse mesmo intervalo de
tempo.
P Δt
10 2 (1)
N E1 E
N E1 P Δt
N
E1
5,81 10 25
N 1,72 1021 fótons.
–2
d) Dado: r = 1 cm = 10 m.
A intensidade da onda é a razão entre a potência irradiada e a área atingida. Como a onda emitida pela
antena do celular é esférica:
I
P
A
I
2 J.
P
10 2
10 2
4 πr 2
2
4 π 2 10 2
16 π 10 4
4