FÍSICA – PROF. MÁRCIO E BRUNO
PIE – 2015 – 2os. ANOS
HIDROSTÁTICA, TERMOFÍSICA E ONDULATÓRIA
ENTREGAR AS RESOLUÇÕES DAS QUESTÕES MARCADAS COM
UM (⋆), NO DIA DA PROVA.
(⋆)
1) Sabendo que a densidade do mercúrio é igual a 13,6 g/cm3, que a da água é igual a
1 g/cm3 e adotando g = 10 m/s2, calcule a pressão exercida pelos líquidos no fundo do recipiente
representado na figura.
2) Calcule a pressão absoluta suportada por um corpo situado 12 m abaixo da superfície
da água do mar, num local onde g = 10 m/s2.
Dados: densidade da água do mar = d = 1,03g/cm3 e Patm = 105 N/m2.
(⋆) 3) A figura representa um recipiente contendo álcool e dois pontos, A e B, cuja
diferença de profundidade é igual a 15 cm. Sabendo que a pressão no ponto B é igual a
1,04 ∙ 105 Pa, g = 10 m/s2 e dálcool = 0,8 g/cm3, calcule a pressão no ponto A.
(⋆) 4) Um oceanógrafo construiu um aparelho para medir profundidades no mar. Sabese que o aparelho suporta uma pressão até 2 ∙ 106 N/m2. Qual a máxima profundidade que
o aparelho pode medir? São dados: pressão atmosférica Patm = 105 N/m2; massa específica
da água do mar = 103 kg/m3; aceleração da gravidade g = 10m/s2.
5) Considere que uma coluna de água de 10 m de altura exerce uma pressão igual à
atmosférica, no nível do mar, ou seja, 1,0 atm. O gráfico abaixo indica a pressão absoluta
nos pontos de uma piscina cheia d’água em função da profundidade do ponto considerado,
em relação à superfície livre exposta à atmosfera.
Calcule os valores de x e y.
(⋆) 6) No esquema, X e Y são dois líquidos não miscíveis e homogêneos contidos em
um sistema de vasos comunicantes em equilíbrio hidrostático. Sabendo que a densidade
absoluta do liquido X é de 0,9 g/cm3, calcule a densidade absoluta do liquido Y.
7) O tubo em U da figura contém mercúrio, água e óleo de densidades dHg = 13,6 g/cm3,
dágua = 1 g/cm3e dóleo = 0,8 g/cm3. Calcule o valor de h.
8) O tubo aberto em forma de U da figura contém dois líquidos não miscíveis, A e B, em
equilíbrio. As alturas das colunas de A e B, medidas em relação à linha de separação dos
dois líquidos, valem 50 cm e 80 cm, respectivamente.
a) Sabendo que a densidade de A é 2.103 kg/m3, determine a densidade do líquido B.
b) Considerando g = 9,8m/s2 e a pressão atmosférica igual a 1.105 N/m2, determine a
pressão absoluta no interior do tubo na altura da linha de separação dos dois líquidos.
9) Uma prensa hidráulica eleva um corpo de 4000 N sobre o êmbolo maior, de 1600 cm2
de área, quando uma força de 80 N é aplicada no êmbolo menor. Calcule a área do embolo
menor.
10) Com uma prensa hidráulica se quer equilibrar um corpo de massa 5000 kg sobre o
pistão maior com um corpo de massa 200 kg sobre o pistão menor. Qual deve ser a razão
entre a área da secção transversal do pistão maior e a do menor?
(⋆) 11) A figura representa um dentista erguendo a paciente que se encontra na cadeira.
O peso da paciente mais a cadeira é de 800 N e a cadeira esta apoiada num pistão de área
de secção transversal igual a 500 cm2. Sabendo que a área de secção transversal do pistão
ligado ao pedal que aciona a cadeira é 30 cm2, calcule a intensidade da força que o dentista
esta exercendo.
(⋆) 12) Um garoto, ao colocar para flutuar um cubo de plástico, de massa 4 g e com
2 cm de aresta, verifica que ele fica com metade de seu volume submerso. Adotando
g = 10 m/s²,
a) calcule a densidade do cubo.
b) faça um esboço desta situação, indicando todas as forças que atuam no cubo.
c) calcule a densidade do fluido no qual o cubo está flutuando.
d) calcule a diferença de pressão entre um ponto na superfície do fluido e outro na face
do cubo que está totalmente submersa.
(⋆) 13) Um bloco de massa igual a 400 g e volume 500 cm³ foi totalmente mergulhado
na água contida em um recipiente, sendo abandonado em seguida. Considerando
g = 10 m/s², calcule o módulo do empuxo que o bloco recebe da água ao ser abandonado.
Dado: densidade da água igual a 1 g/cm³.
14) Uma esfera de massa 2 kg e um cubo de massa 5 kg, ambos de mesmo volume, estão
ligados por um fio ideal vertical, totalmente imersos em água e em equilíbrio.
Considerando g = 10 m/s2, calcule a intensidade do empuxo aplicado pela água sobre a
esfera, em N.
15) Uma pedra pesa 5,0 N e quando mergulhada em água aparenta ter peso de 3,6 N,
devido ao empuxo que recebe. Calcule o módulo do empuxo sobre a pedra, em N.
(⋆) 16) A figura representa uma esfera de massa 12 kg presa por um fio ideal e
totalmente imersa e em equilíbrio em água pura. Sabendo que o volume da esfera é igual
a 3 ∙ 10-3 m3, que a densidade da água é igual a 103 kg/m3 e que g = 10 m/s2, calcule, em
N, o módulo da força de tração que atua sobre a esfera.
17) Três esferas maciças e de mesmo tamanho, de isopor (1), alumínio (2) e chumbo (3),
são depositadas num recipiente com água. A esfera (1) flutua porque a massa específica
do isopor é menor que a da água, mas as outras duas vão ao fundo (veja figura a seguir)
porque, embora a massa específica do alumínio seja menor que a do chumbo, ambas são
maiores que a massa específica da água. Se as intensidades dos empuxos exercidos pela
água nas esferas forem, respectivamente, E1, E2‚ e E3, é correto afirmar que:
a) E1 = E2 = E3.
b) E1 < E2 < E3.
c) E1 > E2 > E3.
d) E1 < E2 = E3.
e) E1 = E2 < E3.
18) Em uma demonstração experimental do teorema de Arquimedes, um professor leva
quatro cubos idênticos e uma recipiente com água para a sala de aula. Faz uma pilha com
os quatro cubos e os coloca, com bastante cuidado, para flutuar na água. A figura mostra
a situação após o sistema atingir o equilíbrio.
Em seguida, diz que irá retirar o primeiro cubo de cima para
baixo e pergunta a seus alunos como será a nova situação de
equilíbrio, agora com apenas três cubos. A resposta correta
esperada pelo professor é melhor indicada na alternativa
19) A maioria dos peixes ósseos possui uma estrutura chamada vesícula gasosa ou bexiga
natatória, que tem a função de ajudar na flutuação do peixe. Um desses peixes está em
repouso na água com a força peso aplicada pela Terra e o empuxo exercido pela água,
equilibrando-se, como mostra a figura 1. Desprezando a força exercida pelo movimento
das nadadeiras, considere que, se o volume ocupado pelos gases na bexiga natatória
aumentar, sem que a massa do peixe varie significativamente, o volume do corpo do peixe
também aumente. Assim, o módulo do empuxo supera o da força peso, e o peixe sobe
pela água (figura 2).
Nesse caso, o módulo do empuxo aumenta, porque
a) ele é inversamente proporcional ao volume do corpo do peixe.
b) a intensidade da força peso, que age sobre o peixe, diminui significativamente.
c) a densidade da água na região ao redor do peixe aumenta.
d) ele depende da densidade do corpo do peixe, que também aumenta.
e) o módulo da força peso da água deslocada pelo corpo do peixe aumenta.
20) Um garoto dentro de um barco deixa cair uma bola maciça nas águas de um rio. A
bola segue o caminho mostrado na figura, passando pelos pontos A, B e C, onde para
debaixo de uma plataforma de pedra. Considerando que as águas do rio tenham densidade
constante e sendo EA, EB e EC as intensidades do empuxo e PA, PB e PC as pressões
hidrostáticas exercidas pelas águas do rio na bola nos pontos A, B e C, respectivamente,
é correto afirmar que
a) EA > EB = EC
b) EA < EB = EC
c) EA = EB = EC
d) EA = EB = EC
e) EA = EB = EC
e
e
e
e
e
P A < P B < PC.
P A < P B = PC.
P A < P B < PC.
P A < P B = PC.
P C < P A < PB.
21) A energia consumida por uma pessoa adulta em um dia é igual a 2 400 kcal. Determine
a massa de gelo a 0°C que pode ser totalmente liquefeita pela quantidade de energia
consumida em um dia por um adulto. Em seguida, calcule a energia necessária para elevar
a temperatura dessa massa de água até 30°C.
(⋆) 22) Para se aquecer um corpo constituído por uma substância de calor específico
0,4 cal/g °C foi utilizado uma fonte térmica que fornece 120 cal/min. Sabendo que, no
aquecimento, o corpo sofreu um aumento de 50 °C em sua temperatura num intervalo de
15 minutos, calcule a massa do corpo.
23) Um líquido é aquecido através de uma fonte térmica que provê 50,0 cal por minuto.
Observa-se que 200 g deste líquido se aquecem de 20,0 °C em 20,0 min. Qual é o calor
específico do líquido, medido em cal/(g °C)?
(⋆) 24) O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo
inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100 g.
Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do
corpo, em graus Celsius, calcule:
a) a temperatura de fusão do corpo, em °C.
b) o calor latente de fusão do corpo, em cal/g.
c) o calor específico do corpo na fase sólida, em cal/(g∙°C);
d) o calor específico do corpo na fase na fase líquida, cal/(g∙°C);
(⋆) 25) Em uma casa de praia, deseja-se aquecer 1 kg de água em um recipiente
termicamente isolado, por meio de um aquecedor elétrico que cede calor na razão 400 J/s.
Sabendo que a água foi introduzida no recipiente a 20 °C e que seu calor específico é
igual a 4,2 ∙ 103 J/(kg ∙ °C), calcule:
a) a quantidade de calor, em J, que a água deve receber para atingir a temperatura de
100 ºC.
b) o tempo necessário, em segundos, para a água atingir a temperatura de 100 ºC.
(⋆) 26) Uma pedra de gelo de 40 g de massa e à temperatura de –10 oC é exposta ao sol.
Sabe-se que o calor específico do gelo é igual a 0,5 cal/(g ∙ °C) e que seu calor latente de
fusão é igual a 80 cal/g.
a) Qual a quantidade de calor que essa pedra de gelo deve absorver para derreter
completamente?
b) Admitindo que o gelo só absorve calor do Sol e que seja a uma taxa média de
200 cal/min, qual é tempo necessário para a pedra derreter completamente?
27) Uma barra metálica, que está sendo trabalhada por um ferreiro, tem uma massa
M = 2 ∙ 103 g e está a uma temperatura Ti. O calor específico do metal é
cM = 0,10 cal/(g∙°C). Suponha que o ferreiro mergulhe a barra em um balde contendo 104
g de água a 20 °C. A temperatura da água do balde sobe 10 °C com relação à sua
temperatura inicial ao chegar ao equilíbrio. Considerando o calor específico da água
líquida é igual a 1 cal/(g∙°C), calcule a temperatura inicial Ti da barra metálica.
28) O gálio (Ga) é um metal cuja temperatura de fusão, à pressão atmosférica, é igual a
30 ºC. O calor específico médio do Ga na fase sólida é de 0,4 kJ/(kg∙ºC) e o calor latente
de fusão é 80 kJ/kg. Utilizando uma fonte térmica de 100 J/s, um estudante fundiu
completamente 100 g de Ga. O gráfico representa a variação da temperatura em função
do tempo das medições realizadas pelo estudante.
a) Calcule a quantidade de calor necessário para fundir completamente 100 g de Ga, a
partir de 0ºC.
b) Calcule o tempo total t T que o estudante levou para realizar o experimento. Suponha
que todo o calor fornecido pela fonte é absorvido pela amostra de Ga. Dê a sua resposta
em segundos.
(⋆) 29) Um calorímetro de capacidade térmica desprezível contém determinada massa
de água a 20 °C. Uma esfera metálica homogênea de massa quatro vezes menor do que a
massa de água no calorímetro é colocada dentro dele a uma temperatura de 440 °C, e
depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura do sistema se estabilizou em
40 °C.
Considerando o sistema termicamente isolado e os valores indicados na tabela, determine
qual é a substância da qual a esfera é feita.
30) Uma onda produzida numa corda se propaga com frequência de 25 Hz. O gráfico a
seguir representa a corda num dado instante.
Considerando a situação apresentada e os dados do gráfico, analise as afirmações que
seguem e classifique-as em certa (C) ou errada (E).
(
(
(
(
(
) O período de propagação da onda na corda é 20 s.
) A amplitude da onda estabelecida na corda é de 6,0cm.
) A velocidade de propagação da onda na corda é de 5,0 m/s.
) A onda que se estabeleceu na corda é do tipo transversal.
) A onda que se estabeleceu na corda tem comprimento de onda de 10 cm.
31) Uma perturbação periódica em uma corda produz ondas de frequência 40 Hz e
comprimento de onda 15 cm. Neste caso, calcule:
a) o período da onda.
b) a velocidade da onda.
(⋆) 32) A figura a seguir ilustra uma onda mecânica que se propaga numa velocidade
3,0 m/s. Calcule sua frequência, em Hz.
(⋆) 33) ondas periódicas, de comprimento de onda λ = 100 m, se propagam no oceano
com uma velocidade de 30 m/s. Calcule quanto tempo leva o bote de um náufrago, à
deriva, para executar uma oscilação completa.
(⋆) 34) Um menino caminha pela praia arrastando uma vareta. Uma das pontas encosta
na areia e oscila, no sentido transversal à direção do movimento do menino, traçando no
chão uma curva na forma de uma onda, como mostra a figura.
Uma pessoa observa o menino e percebe que a frequência de oscilação da ponta da vareta
encostada na areia é de 1,2 Hz e que a distância entre dois máximos consecutivos da onda
formada na areia é de 0,80 m. Qual a velocidade do menino, em m/s?
(⋆) 35) Bernardo produz uma onda em uma corda, cuja forma, em certo instante, está
mostrada na Figura I. Na Figura II, está representado o deslocamento vertical de um ponto
dessa corda em função do tempo.
Considerando-se essas informações, calcule a velocidade de propagação da onda
produzida por Bernardo, na corda, em m/s.
(⋆) 36) Um grande aquário, com paredes laterais de vidro, permite visualizar, na
superfície da água, uma onda que se propaga. A figura representa o perfil de tal onda no
instante T0. Durante sua passagem, uma boia, em dada posição, oscila para cima e para
baixo e seu deslocamento vertical (y), em função do tempo, está representado no gráfico.
Calcule a velocidade de propagação da onda no aquário.