SIMULADO
22/09/07 EXTENSIVO
GABARITO FÍSICA – 2ª ETAPA – CADERNOS 1, 2 E 3
B) Considere esse resistor submetido a uma tensão
de 9,0 volts, durante um intervalo de tempo de
5,0 minutos, e determine, em joule, a energia
dissipada.
01. (Fuvest-SP–2002) Um espectrômetro de massa foi
utilizado para separar os íons I1 e I2, de mesma carga
elétrica e massas diferentes, a partir do movimento
desses íons em um campo magnético de intensidade
B, constante e uniforme. Os íons partem de uma
fonte, com velocidade inicial nula, são acelerados
por uma diferença de potencial Vo e penetram, pelo
ponto P, em uma câmara, no vácuo, onde atua
apenas o campo B (perpendicular ao plano do papel),
como na figura. Dentro da câmara, os íons I1 são
detectados no ponto P1, a uma distância D1 = 20 cm
do ponto P, como indicado na figura. Sendo a razão
m2/m1, entre as massas dos íons I2 e I1, igual a 1,44,
determine:
C) Repetindo a experiência com diversos resistores,
o estudante encontrou um conjunto de três
resistores ôhmicos idênticos e os associou de
duas maneiras distintas, conforme representado
na figura 1. O estudante, então, imergiu cada
associação em iguais quantidades de água e
submeteu seus terminais (X e Y) a uma mesma
diferença de potencial, mantendo-a constante.
Identifique, nesse caso, a associação capaz de
aquecer, mais rapidamente, a água. Justifique
sua resposta.
B
03. No circuito a seguir (figura 1), uma diferença de
potencial de 12 V é fornecida por uma bateria de
resistência interna nula. Deseja-se obter o valor
de R de modo que a potência (P) dissipada nessa
resistência seja a máxima possível.
P
íons
D1
P1
V0
Figura 1
Figura 2
detector
A) A razão entre as velocidades V1/V2 com que os
íons I1 e I2 penetram na câmara, no ponto A.
2Ω
2Ω
P(W)
I
12 V
R
15
10
5
1 2 3 4
I
(Nas condições dadas, os efeitos gravitacionais
podem ser desprezados).
R(Ω)
A) Obtenha expressões para a corrente (I) através
de R e para a potência (P), dissipada em R, em
função de R.
02. (UFF-RJ–2002) Em meados da primeira metade do
século XIX, Georg Simon Ohm formulou uma lei que
relaciona três grandezas importantes no estudo da
eletricidade: tensão (V), intensidade de corrente
(i) e resistência (R). Baseado nessa lei, a fim de
verificar se um determinado resistor era ôhmico, um
estudante reproduziu a experiência de Ohm, obtendo
o seguinte gráfico:
B) Calcule os valores de P para R = 0Ω, 1Ω, 2Ω, 3Ω,
4Ω e faça o gráfico de P em função de R. Com
base no gráfico (figura 2), estime o valor de R
que fornece a potência máxima.
04. (UFMG) Uma massa de 20 g de gelo, inicialmente
a –20 ºC, é aquecida até converter-se em vapor de
água. A temperatura dessa substância em função do
calor absorvido por ela durante esse processo está
representada neste gráfico:
V (volt)
3,0
2,4
1,8
1,2
0,6
120
100
Temperatura (°C)
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 i (ampère)
R
Figura 1
2Ω
20
B) A distância D2 entre o ponto P e o ponto P2 onde
os íons I2 são detectados.
0
2Ω
R
R
R
R
R
0,0
x
Associação I
y
x
Associação II
-20
y
196
1,6 x 10³
2,0 x 10³
1,1 x 104
80
Calor absorvido (cal)
A) Informe se o resistor utilizado na experiência do
estudante é ôhmico e, em caso afirmativo, calcule
o valor de sua resistência.
Por conveniência, nesse gráfico, o eixo correspondente
ao calor absorvido não está em escala.
1
SIMULADO
A) Com base nessas informações, calcule o calor
específico do gelo.
A) O trabalho realizado pelo gás é maior, igual ou
menor que zero? Justifique sua resposta.
B) Um pedaço de ferro de 100 g, inicialmente a 100
ºC, é colocado junto com 20 g de gelo, a 0 ºC,
dentro de uma caixa de isopor, que, em seguida, é
fechada. Despreze a capacidade térmica da caixa
e considere o isopor um bom isolante térmico.
Sabe-se que o calor específico do ferro é igual a
0,11 cal/(g.ºC). Calcule a temperatura final do
pedaço de ferro.
B) O calor absorvido pelo gás é maior, igual ou
menor que o calor cedido por ele? Justifique
sua resposta.
5.3.
A) Esboce, no quadro a seguir, o diagrama da
pressão em função da temperatura do gás para
as etapas descritas.
pressão
05. (UFMG) Teodorico coloca um gás em um recipiente
cilíndrico, fechado por um êmbolo que pode se mover
livremente. Inicialmente, o gás está à temperatura
ambiente e o êmbolo, a uma altura h. Teodorico
realiza, então, o procedimento descrito nestas
etapas:
A) Aquece o gás, lentamente, deixando o êmbolo
subir até a altura H, como representado na
figura I.
B) Continuando a aquecer o gás, ele coloca areia
sobre o êmbolo, aos poucos, de forma a mantê-lo
fixo na altura H, como mostrado na figura II.
0
B) Identifique, nesse mesmo diagrama, as etapas
a e b. Justifique sua resposta.
C) Em certo momento, Teodorico pára de aquecer o
gás e aguarda até que o êmbolo desça e retorne
à altura h, como mostrado na figura III.
06. Um corpo de peso P está encostado à parede
vertical de um compartimento cilíndrico de raio R, e
apoiando em seu piso. O compartilhamento (parede
cilíndrica mais piso) passa a girar com velocidade
angular crescente até um valor ω1, tal que o corpo
permamece encostado à parede, na mesma posição
inicial, sem escorregar, ainda mais que o piso seja
retirado.
D) Em seguida, retira toda a areia, lentamente, de
forma a manter o êmbolo fixo na altura h, como
mostrado na figura IV.
êmbolo
H
gás
H
h
H
h
I
II
h
III
A) Nessa situação, represente, por meio de um
diagrama vetorial, as forças que atuam no corpo,
dando suas expressões.
h
IV
B) Se a velocidade angular crescer além de ω1, o
corpo tende a subir? Explique.
Nas quatro etapas descritas, a pressão e o volume do
gás variam como mostrado no diagrama abaixo.
C) Se o peso do corpo fosse P/2 e não P, e a
velocidade angular ainda fosse a mesma
ω 1, haveria movimento segundo a vertical?
Justifique.
pressão
H
temperatura
07. (UFSCar-SP) A polia e os fios da figura a seguir
são considerados ideais, sem inércia. O fio é
perfeitamente flexível e não há atritos a considerar.
Considere g = 10 m/s². Dada as massas mA = 40 kg,
mB = 24 kg, determine as acelerações aA (do corpo
A) e aB (do corpo B) quando:
volume
Com base nas informações dadas:
5.1. Identifique, no diagrama da página anterior,
as etapas a e b descritas. Justifique sua
resposta.
5.2. Considerando completadas as quatro etapas
descritas, responda:
2
EXTENSIVO
RESPOSTA SUGERIDA
Q
01. A) V1/V2 = 1,2
B) D2 = 24 cm
02. A) Sim
V = R.i
R = V/i = 2,4/0,8 = 3,0
B) 8,1 × 103 J
A
B
C) P = V2/R
Para V constante, quanto menor R, maior P.
A) Q = 400 N.
Associação I – associação em paralelo:
B) Q = 720 N.
Req = R/3
C) Q = 1.200 N.
Associação II – associação em série:
Req = 3R
08. Na figura a seguir está representado um trecho de
uma onda que percorre, com velocidade de 0,12 m/s,
a corda homogênea submetida à tração constante.
Logo, na associação I, Req é menor e a potência
dissipada será maior, possibilitando neste caso
um aquecimento mais rápido da água.
03. A) I = 12/(R+2) e P = 144.R/(R+2)2
B) Para R = 2Ω tem-se a potência máxima de 18 W.
04. A) O calor associado a uma variação de temperatura
será dado por:
Q = m.c.DT & C =
0,06 m
Q
m.DT
Com os dados do gráfico, teremos:
Determine:
C=
A) O comprimento de onda e a freqüência.
196
= 0, 49...
20 # 20
C = 0,49 cal.g-1.°C-1
B) O comprimento de onda nessa corda e a
velocidade, se a freqüência da fonte torna-se dez
vezes maior.
B) Quantidade máxima de calor (QF) que o bloco de
ferro poderia liberar é:
QF = m.c.∆T = 100 x 0,11 x 100 = 1100 cal = 1,1 x 103 cal
09. Uma pessoa percebe que a maior distância em que
ele enxerga nitidamente um objeto é 0,80 m.
Pelos dados do gráfico,
de 20 g de gelo, seria
quantidade de calor QG
A) Qual a convergência da lente capaz de corrigir a
miopia desse olho?
para a fusão
necessário uma
= 1,6x103 cal.
Como QG > QF não haverá fusão de todo o gelo.
Teremos então no equilíbrio, água e gelo. Então, a
temperatura final será 0 °C.
B) C o m p l e t e o d e s e n h o a b a i x o c o m u m a
representação da lente corretiva e da trajetória
dos raios luminosos que formam a imagem de um
objeto situado no infinito. Mostre claramente as
refrações sofridas pelas luz na lente e no sistema
córnea-cristalino.
05. 5.1. Na etapa a, há aumento de volume e, como o
êmbolo está livre, a transformação é isobárica.
Na etapa b, há aquecimento do gás com volume
constante, logo a pressão aumenta com a
temperatura. A seqüência nos mostra um ciclo,
o que significa as escolhas dos segmentos nesta
ordem.
pressão
Sistema
córnea-cristalino
b
a
volume
3
SIMULADO
5.2 A)
É menor do que zero. Nos trechos b e d, as
transformações são isovolumétricas, logo
não há trabalho. O trabalho sofrido em c
tem módulo maior que o realizado em a,
logo Wtotal < 0. O trabalho no diagrama p x V
é calculado através da área sob o gráfico.
Observação: Esse valor poderia ser obtido
diretamente pela proporcionalidade inversa
entre freqüência e comprimento de onda: se
a freqüência tornou-se dez vezes maior, o
comprimento de onda deve tornar-se dez vezes
menor.
B) Em um ciclo, a energia interna, uma função
de estado, não sofre alteração, portanto:
ΔU = Q – W
ΔU = 0
09. A)
Q=W
Podemos “enganar” o sistema óptico fazendo
com que um feixe de luz que venha do infinito
(p → ∞) pareça vir de um ponto localizado a
0,80 m. Veja a figura:
Q < 0, logo |Q cedido| > |Q absorvido|
L
5.3. B) Na etapa a, há aquecimento do gás com
êmbolo livre, por isso isobárica. Em b, a
transformação é isovolumétrica e, como
pressão
pV
= const. & p = kT, com T em kelvin.
T
P`
c
d
p’ = – 0,80 m
b
Para isso é preciso colocar à frente desse olho
uma lente que, com um ponto objeto em p →
∞ (e, portanto 1/p = 0), conjugue um ponto
imagem p’ = – 0,80 m (o sinal é negativo
porque a imagem é virtual). Lembrando que a
convergência de uma lente é C = 1/f, podemos
escrever:
a
0
temperatura
06. A)
fat. = P
FN
p→∞
fat.
1
1
1 & 1
1
1
C & 0+
=C
p + p' = f
p + p' =
- 0, 80
C = - 1, 3 di
FN = P w12 . R
g
P
B)
B) Não, a força de atrito é passiva.
Sistema
córnea-cristaalino
C) Não.
07. A) aA = aB = 0
B) aA = 0; aB = 5 m/s2
C) aA = 5 m/s2; aB = 15 m/s2
08. A) A menor distância entre dois pontos na mesma
fase é 0,24 m, logo:
λ = 0,24 m
Sendo v = 0,12 m/s, da expressão v = λf,
temos:
0,12 = 0,24f ⇒ f = 0,50 Hz
B) A velocidade não muda e a freqüência dez vezes
maior será:
f’ = 10f ⇒ f’ = 5,0 Hz
Se a corda for homogênea, a densidade linear
é constante. Se a tração na corda também for
constante, a velocidade não varia. Logo, da
expressão v = λf, temos:
0,12 = λ . 5,0 ⇒ λ = 0,024 m
4
Lente
divergente