FÍS 3A - AULA 07 07.01 A velocidade do atleta é praticamente constante no intervalo entre t = 5 s e t = 8 s, trecho no qual o gráfico da velocidade é aproximadamente um segmento de reta horizontal. Alternativa c) 07.02 A aceleração é máxima entre t = 0 s e t = 1 s, trecho no qual o gráfico da velocidade apresenta maior inclinação em relação ao eixo dos tempos. Alternativa a) 07.03 vm S 100 10 m / s t 10 Alternativa a) 07.04 I. Correta. No MRUV, a velocidade varia uniformemente. II. Incorreta. No MRU, a velocidade escalar é constante e a aceleração escalar é nula. III. Correta. Como o movimento é variado, a velocidade escalar varia. IV. Incorreta. Um móvel possui movimento retrógrado quando sua velocidade é negativa. Alternativa e) 07.05 v2 v2o 2 a S 0 302 2 (5) S 10 S 900 S 90 m Alternativa b 07.06 vo 72 km / h 72 m / s 20 m / s ; v 0 (parou) 3, 6 v2 v2o 2 a S 0 202 2 a 100 200 a 400 a 2 m / s2 Alternativa a) 07.07 S So vo t a t2 2 S So a t2 2 S a t2 2 Portanto, o deslocamento é diretamente proporcional ao quadrado do tempo. Alternativa c) 07.08 A partícula alterna velocidades positivas (espaços aumentando com o tempo) com velocidades negativas (espaços diminuindo com o tempo). Nas três posições indicadas na figura a velocidade é nula, já que nelas a partícula está mudando o sentido do movimento. Alternativa d) 07.09 • Móvel A (MUV): SA a t2 2 SA 2 t2 2 • Móvel B (MU): SB v t SB 20 t No encontro, SA= SB : t2 20 t t 20 s Alternativa b) SA t2 07.10 v 20 0 2 m / s2 t 10 0 5 10 d área 25 m 2 a Alternativa c) 07.11 a) Incorreta. Nesse trecho a velocidade é constante e, portanto, o movimento é uniforme. b) Correta. a v 08 4 m / s2 t 7 5 c) Incorreta. S v t 8 2 16 m d) Incorreta. Ver b). e) Incorreta. a v 80 2, 67 m / s2 t 30 Alternativa b) 07.12 I. Incorreta. A área do gráfico, que é numericamente igual ao deslocamento, é maior para o móvel A. II. Incorreta. B possui maior aceleração, já que sofreu maior variação de velocidade do que A, para um mesmo intervalo de tempo. III. Correta. Ver item I. IV. Correta. Ver item II. Alternativa d) 07.13 O móvel se afasta do ponto de partida enquanto sua velocidade é positiva, o que ocorre até t = 3 s. Entre t = 3 s e t = 5 s, a velocidade é negativa, e a distância do móvel ao ponto P diminui. Alternativa c) 07.14 vm S 160 40 m / s t 4 Mas, no MUV, vm vo v v 30 . Assim: 40 o 2 2 vo 80 30 50 m / s 07.15 I. Incorreta. (4 1) 10 25 m 2 S 25 vm 6,25 m / s t 4 S área II. Incorreta. No instante t = 4 s, o corpo está a 25 m do ponto de partida. III. Incorreta. De 0 a 2 s: a a v 10 a 5 m / s2 . De 3 s a 4 s: t 2 a v t 0 10 10 m / s2 43 Alternativa b) 07.16 • Carro 1 (MU) : S1 So v t S1 48 t • Carro 2 (MUV) : S2 So vo t a t2 2 S2 30 t2 15 t2 2 O carro 2 percorreu em t−1 horas a mesma distância percorrida pelo carro 1 em t horas. Assim: 48 t 15 (t 1)2 15 t2 78 t 15 0 5 t2 26 t 5 0 t t (26) 26 24 t1 5 h e t2 0,2 h 10 (26)2 4 5 5 25 Desprezando a resposta t2 = 0,2 h (porque neste caso, o tempo para o primeiro carro, 1 h a menos, seria negativo), tem-se que t = 5 h. Voltando em S1: S1 48 5 240 km . Alternativa b) 07.17 a) Incorreta. Em t = 2 s e t = 9 s, os espaços (e não as velocidades) dos móveis são iguais. b) Correta. A aceleração do móvel B é nula, pois seu movimento é uniforme, e a aceleração de A é positiva, pois a concavidade do gráfico é voltada para cima. c) Incorreta. A velocidade B é constante e diferente de zero. d) Incorreta. Em t = 9 s, S = 7 m. e) Incorreta. Em t = 0 s, S = 16 m. Alternativa b) 07.18 A distância percorrida pelo trem durante a ultrapassagem pelo túnel corresponde à soma do comprimento do túnel com o seu próprio comprimento (x). Tem-se então: v2 v2o 2 a S x 100 900 4 02 302 2 (2) (x 100) x 225 100 125 m Alternativa e) 07.19 Não, pois de acordo com o primeiro gráfico, a aceleração é negativa, o que contradiz o gráfico da posição, cuja concavidade é voltada para cima (o que implica em aceleração positiva). 07.20 a) v vo a t v 0 3 10 30 m / s v 30 3,6 km / h 108 km / h (valor acima do limite, portanto deve ser multado) b) Primeiro trecho: v2 v2o 2 a S 302 0 2 3 S S Segundo trecho: v vo a t 0 30 a 5 a 900 150 m 6 30 6 m / s2 5 v2 v2o 2 a S 0 302 2 (6) S S 900 75 m 12 Stotal 150 75 225 m FÍS 3A - AULA 08 08.01 a) Incorreta. A aceleração da gravidade depende das características do planeta. b) Incorreta. c) Correta. Como v g t , a velocidade é diretamente proporcional ao tempo de queda. d) Incorreta. Durante uma queda livre (sem resistência do ar), a velocidade sempre aumenta. e) Incorreta. Nas proximidades da Terra, o valor de g é constante. Alternativa c) 08.02 Se a resistência do ar for desprezada, o projétil não perderá energia e retornará ao ponto de lançamento com velocidade de mesmo módulo com que foi disparado, podendo assim oferecer perigo às pessoas próximas. Alternativa e) 08.03 O martelo e a pena estão sujeitos a forças diferentes, já que suas massas (e consequentemente seus pesos) são diferentes. Porém, estão sujeitos à mesma aceleração, que é a própria aceleração da gravidade na Lua, e portanto caem juntas, chegando ao solo ao mesmo tempo e com a mesma velocidade. Alternativa b) 08.04 A y equação g t2 2 da t queda livre para um corpo que cai a partir do repouso é: 2 y . Sendo assim, o tempo de queda depende apenas da altura da qual g o objeto foi solto e da aceleração da gravidade local. Gabarito: 17 (01, 16) 08.05 Na ausência de resistência do ar, corpos soltos de uma mesma altura caem juntos, independentemente de suas massas. Alternativa d) 08.06 y g t2 2 t 2 y t g 2 80 4 s 10 Alternativa c) 08.07 y g t2 2 y 9, 8 32 44,1 m 2 Alternativa d) 08.08 A situação é impossível, pois a aceleração da gravidade é a mesma para os dois corpos. Assim, o que começou a cair antes (o biscoito) não poderia ser alcançado pela pessoa. Alternativa d) 08.09 As duas bolas estão sujeitas à aceleração da gravidade. Desprezando a resistência do ar, a bola lançada para cima voltará ao nível do lançamento com a mesma velocidade de lançamento (10 m/s), que é igual à velocidade com que a outra bola foi lançada para baixo. Assim, ambas atingem o solo com a mesma velocidade. Alternativa c) 08.10 v2 v2o 2 g y v2 0 2 10 1,8 v 36 6 m / s Alternativa d) 08.11 Para o segundo toco (t = 1 s): y g t2 2 y Para o primeiro toco; (t = 1 + 1 = 2 s): y 10 12 5 m. 2 g t2 2 y 10 22 20 m . 2 A distância entre os dois tocos é então igual a 20 5 15 m . Alternativa c) 08.12 y 32 2,5 80 m v v2 v2o 2 g y v2 0 2 10 80 v 1600 40 m / s Alternativa b) 08.13 • t = 0,2 s: d 0,5 g t2 d 0,5 10 0,22 d 5 0,04 0,2 m • t = 0,3 s: d 0,5 g t2 d 0,5 10 0,32 d 5 0,09 0, 45 m d 0, 45 0,2 0,25 m Alternativa c) 08.14 A aceleração da gravidade não depende da velocidade inicial e, assim, continua igual a g. Alternativa a) 08.15 Tempo de queda: y g t2 2 t 2 y t g 2 1,25 10 0,25 0,5 s . Como o tempo de subida é igual ao de descida, o tempo total é de 0,5 = 0,5 = 1 s. Alternativa a) 08.16 Tempo de queda para um pingo: y g t2 2 t 2 y t g 2 1, 8 10 0,36 0, 6 s Como caem 4 pingos por segundo, em 0,6 s caem: 4 pingos 1s n pingos 0, 6 s n = 2,4 pingos Assim, quando um pingo toca o chão, há 2 pingos a caminho ( o tempo de queda não é suficiente para 3 pingos). Alternativa c) 08.17 Adotando a origem do sistema de coordenadas no solo, tem-se: y yo vo t g t2 2 0 90 vo 3 45 90 vo 3 vo 10 32 2 45 15 m / s 3 Como o sentido positivo da trajetória foi escolhido como sendo para cima, o sinal negativo da resposta significa que o paraquedista (e a lanterna) estavam descendo no momento em que a lanterna foi solta. 08.18 Adotando a origem do sistema de coordenadas no solo, tem-se: g t2 10 22 0 40 vo 2 • Para o projétil atirado para baixo: 2 2 0 20 vo 2 vo 10 m / s y yo vo t • Para o projétil lançado para cima (vo = 10 m/s): g t2 10 t2 0 40 10 t 2 2 5 t2 10 t 40 0 t2 2 t 8 0 y yo vo t t (2) (2)2 4 1 . 8 2 t 2 6 t1 4 s ; t2 2 s 2 Desprezando a raiz negativa, a diferença entre os tempos de queda foi igual a 4 2 2 s . Alternativa b) 08.19 a) v g t 300 10 t t 30 s b) y g t2 2 y 10 302 y 5 900 4500 m 2 08.20 O tempo de reação da pessoa pode ser calculado por t 2 y , em que y é a distância que a g régua caiu até ser agarrada pela pessoa. FÍS 3A - AULA 09 09.01 Quem pode realizar trabalho não é a pessoa, e sim a força que ela aplica sobre um corpo, ou seja, a grandeza física trabalho é atributo de forças. Alternativa d) 09.02 A força de atrito estático realiza trabalho motor, pois atua a favor do movimento (contra a tendência de escorregamento); as forças peso e normal não realizam trabalho, pois são perpendiculares ao deslocamento. Alternativa e) 09.03 Dentre as opções, a única situação na qual uma força realiza trabalho é a de um corpo em queda livre (alternativa d), onde a força peso realiza trabalho motor. Nas demais, o trabalho é nulo porque não há deslocamento (b, e) ou porque a(s) força(s) é(são) perpendicular(es) ao deslocamento (a, c). Alternativa d) 09.04 A força aplicada pelo homem sobre o caixote não realiza trabalho pelo fato deste não se deslocar. Alternativa d) 09.05 I. Incorreta. A força de atrito realiza trabalho resistente. II. Correta. O trabalho do peso é nulo, pois este atua perpendicularmente ao deslocamento. III. Incorreta. Se o corpo está sendo arrastado é porque há uma força atuando. Alternativa b) 09.06 a) Incorreta. O trabalho realizado pela força de atrito é resistente (negativo) b) Incorreta. O trabalho realizado pela força resultante, quando esta possui mesmo sentido que o movimento, é positivo. c) Incorreta. É necessário que também haja deslocamento para que uma força realize trabalho. Além disso, a força não deve ser perpendicular ao deslocamento. d) Incorreta. Ver item c. e) Correta. Trabalho é uma grandeza escalar, podendo ser positivo, negativo ou nulo, dependendo do sentido da força aplicada. Alternativa e) 09.07 Quando a força é perpendicular ao deslocamento de um corpo (alternativa a), não realiza trabalho. Alternativa a) 09.08 O trabalho é numericamente igual à área no gráfico F x S: δ 10 1 5 J 2 Alternativa d) 09.09 δ F S cos α δ 50 10 0,5 250 J Alternativa c) 09.10 A força que realiza maior trabalho é FB , pois, mesmo estando inclinada, sua componente horizontal possui maior módulo (correspondente a quatro unidades) do que a força F A , cujo módulo vale duas unidades. Alternativa b) 09.11 O trabalho realizado pela força no deslocamento é numericamente igual à área do gráfico (um trapézio): δ (6 4) 5 25 J 2 Alternativa d) 09.12 • δF F S cos θ δF 100 10 0,8 800 J ; • δP 0 J (força perpendicular ao deslocamento); • δN 0 J (força perpendicular ao deslocamento); • δFA FA S cos 180o 20 10 (1) 200 J . Alternativa d) 09.13 • FR Fx FA FR F cos θ FA FR 100 0,8 20 60 N • δFR FR S cos 0o 60 10 1 600 J • δtotal δF δP δN δFA δtotal 800 0 0 200 600 J Alternativa d) 09.14 Considerando que o eixo horizontal representa a distância d (m) percorrida, e não o tempo t(s), como está erroneamente representado, o trabalho é numericamente igual à área do gráfico F(N) x d(m) definida entre d = 0 m positivo) menos a área definida entre e d = 3 m d = 3 m (que corresponde a um trabalho e d = 5 m (que corresponde a um trabalho negativo: δ (3 1) (5 3) 2 2 2 2 δ 4 2 2 J Alternativa e) 09.15 I. Incorreta. δF 40 2 80 J II. Correta. A força de atrito realiza trabalho negativo, já que é contrária ao movimento. III. Correta. De 0 a 2 s, as forças que atuam são constantes e, portanto, a força resultante (FR = 40 – 20 = 20 N) e a aceleração também são constantes. IV. Correta. δtotal δF δFa δtotal 2 40 2 20 4 20 40 J Alternativa d) 09.16 δP m g h δP 60 10 2,10 1 260 J Alternativa b) 09.17 δP m g h δP 5 10 30 1 500 J Alternativa e) 09.18 O trabalho é nulo, pois a força é perpendicular ao deslocamento. Alternativa a) 09.19 O trabalho da força resultante sobre um corpo é igual ao somatório do trabalho realizado por todas as forças atuantes neste corpo. No exemplo dado, ambos são iguais a 600 J 09.20 Nas duas situações, δP m g h (o trabalho da força peso não depende da trajetória seguida pelo corpo, depende do desnível de altura entre as posições inicial e final, que vale h nas duas situações). Fis 3B – Aula 07 07.01 Resposta: Alternativa d O peso do corpo é um pouco menor que na superfície da Terra, isso é justificado porque a aceleração da gravidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância. O distância da superfície da Terra ao centro da Terra é aproximadamente 6400 km, então onde está localizado o corpo é 6750 km, tendo, portanto, uma aceleração da gravidade local ligeiramente menor e, dessa forma um peso menor. 07.02 Resposta: Alternativa d Existirá tanto atração das marés pela Lua com uma intensidade muito maior pela proximidade e também pelo Sol só que em escala bem menor. A maré do lado oposto não é causada pela rotação da Terra. Como a água flui muito facilmente, ela se "empilha" nos dois lados da Terra, que fica com um bojo de água na direção da Lua e outro na direção contrária. 07.03 Resolução: F – falso – Peso é a força de atração da Terra pelos corpos e massa é a medida da inércia de um corpo. V – verdadeiro – força de atração da Terra pelos corpos. F – falso – o peso é diretamente proporcional a aceleração da gravidade. F – falso - a massa de um corpo é a mesma independente do local onde ele esteja. V – verdadeiro – se a aceleração da gravidade é nula o peso de um corpo é nulo. V – verdadeiro – veja os itens anteriores. 07.04 Resolução: 07.05 Resolução: 07.06 Resposta: alternativa b As forças de ação têm mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos. Os pares ação e reação sempre atuam em corpos diferentes entre si. 07.07 Resposta: Alternativa a Pares ação-reação sempre agem em corpos diferentes entre si. 07.08 Resolução: a) N=P N = 100 N b) N=F+P N = 20 + 100 N = 120 N c) N+F=P N + 20 = 100 N = 80 N 07.09 Resolução: F – falso – Num plano inclinado por exemplo a normal é igual à componente vertical do peso caso o corpo esteja somente sujeito a ação da força gravitacional terrestre. V – verdadeiro – ação e reação nunca agem no mesmo corpo. V – verdadeiro – basta que o corpo esteja sujeito a uma força qualquer além do peso que seja vertical para baixo ou que tenha a componente vertical para baixo. F – falso – a reação do peso está no centro do planeta Terra. V – verdadeiro – veja item anterior. V – verdadeiro – com mesma intensidade e direção, mas em sentido oposto. 07.10 Resolução: a) Se o homem empurra o bloco, o bloco empurra o homem. b) Se a Terra atrai o corpo, o corpo atrai a Terra. c) Se o bloco empurra a superfície, a superfície empurra o bloco. 07.11 Resposta: Alternativa c A reação da normal está na mesa e a reação do peso está na Terra. 07.12 Resposta: Alternativa c Se a velocidade é constante, a força resultante sobre o explorador deve ser nula. Se o peso é vertical para baixo, a soma das forças de resistência é vertical para cima e de mesma intensidade que o peso do explorador. R–P=0 R=P R=mg R = 80 10 R = 800 N 07.13 Resposta: Alternativa b A força peso é uma interação entre o corpo e a Terra pois dentro de um campo gravitacional dois corpos exercem forças mútuas entre si. 07.14 Resposta: Alternativa d Ao longo de todo o cambão a força de tração é de mesmo módulo. Tal força é transmitida pela interação entre o carro e o guincho que exercem entre si um par de forças de ação e reação. 07.15 Soma 13 (01 + 04 + 08) Resolução: 01. correto – Corpos com velocidades vetoriais constantes não estão sujeitos a uam força resultante. 02. errada – A força centrífuga só existe para referenciais não-inerciais e não é a reação à força centrípeta que age em um corpo. 04. correto – os pares ação e reação sempre agem em corpos diferentes entre si. 08. correto - referenciais inerciais são identificados pela propriedade de que compartilham as mesmas e mais simples Leis da Física. 07.16 Resposta: Alternativa a A primeira lei de Newton diz que um corpo livre da ação de uma força resultante será encontrado ou em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. 07.17 Resposta: Alternativa a I . correto – pela ausência de aceleração. II. errada – Se o movimento é um MRU a força resultante é nula. III. errada – A força de reação exercida pela própria caixa jamais influencia seu movimento. 07.18 Resposta: Alternativa c I. correto – o movimento será retilíneo uniforme II. correto. – quando corpos estão em MRU ou repouso ainda assim podem estar sob a ação de forças, porem elas se cancelam mutuamente. III. correto – princípio da ação e reação, terceira lei de Newton. IV. errada – um par ação-reação nunca atuam no mesmo corpo. 07.19 Resolução: a) o corpo sobre em sentido oposto ao da aceleração da gravidade, a força está contra o movimento. b) O objeto para de subir porque sua velocidade é nula, porem a aceleração da gravidade continua a agir sobre ele vertical e para baixo. c) o corpo se movimenta no mesmo sentido da aceleração da gravidade, a força é a favor do movimento. 07.20 Resolução: O cientista tinha razão e o foguete seria impulsionado pelos gases expelidos pelo próprio foguete. Ao sair da atmosfera e parando de expelir gases, o foguete manteria velocidade constante no vácuo. Fis 3B – Aula 08 08.01 Resposta: Alternativa c Quanto mais áspera a interface entre 2 corpos maior é o coeficiente de atrito. 08.02 Resposta: alternativa c Num cabo de guerra, ganha a disputa quem garantir maior intensidade de atrito entre os pés e o solo além de desequilibrar a equipe adversária, pois a força transmitida através da corda é a mesma nos dois lados. 08.03 Resolução: a) A força de atrito é nula, pois o corpo está em repouso, e só está sujeito às forças peso e normal. A normal é igual ao peso do corpo. N=P N = 100 N. b) sendo v = 0 a força de atrito é nula. N+F=P N + 20 = 100 N = 80 N c) sendo v = 0 a força de atrito é nula. N=P+F N = 100 + 20 N = 120 N d) A força F atua horizontalmente e o corpo fica em repouso. fAT = F fAT = 20 N N=P N = 100 N e) Decompondo o vetor F temos: fAT = F cos 30º fAT = 17,32 N N = P - F sen 30º N = 100 – 20 0,5 N = 90 N f) o corpo se deslocando em MRU: fAT = F fAT = 20 N N=p N = 100 N 08.04 Resolução: O movimento do corpo é retardado para a direita, a força de atrito é a força resultante sobre o movimento do corpo. As forças peso e normal se anulam mutuamente. 08.05 Resolução: a) As 4 forças que atuam sobre o corpo são normal (N), força de atrito (Fat), peso (P) e tração (T). b) As 4 forças que atuam sobre o corpo são normal (N), força de atrito (F at), peso (P) e força de compressão (F). 08.06 Resolução: Nas figuras as forças correspondem à força elástica (Fel), normal no bloco(N), força de atrito (fat), peso do bloco (P), peso do homem (PH), tração (T) e normal no homem (NH). As figuras a seguir mostram as reações das forças de atrito do bloco com o solo, e do homem com o solo, as normais do bloco com o solo e do homem com o solo e as reações do peso do bloco e do peso do homem. 08.07 Resolução: 08.08 Resolução: a) A força resultante é nula. b) Na figura: peso de A (PA), peso de B (PB), tração (T), força de atrito (fat), normal A (NA) normal B (NB), força de 10 N (F). c) Como a velocidade é constante, no corpo A, a força transmitida pela corda é igual à intensidade da força de atrito, portanto, 5 N. d) Pelo principio da ação e reação a força vale 5N. e) No corpo B temos: fat + T = F 5 + T = 10 T=5N f) Pelo principio da ação e reação a força vale 5N. g) A resultante na corda é nula bem como em todo o sistema. 08.09 Resolução: a) a cada 20 N de esforço que a mola é submetida, ela sai 1m da posição de equilíbrio. b) c) d) tg y 100 x 5 tg = 20 N/m 08.10 Resolução: a) Na figura: normal (N), peso (P), tração (T) e força de atrito (fAT). b) Se a tração é maior que a força de atrito a força resultante está para a esquerda. De acordo com a segunda lei de Newton a aceleração tem mesma direção e sentido que a força resultante e, a velocidade do corpo estando também para a esquerda significa que ela está aumentando. c) retilíneo d) provoca, varia e) há, diferente de zero f) MRUV – movimento retilíneo uniformemente variado do tipo acelerado g) Força e aceleração constantes, e a velocidade cresce uniformemente. 08.11 Resolução: a) atuam sobre o corpo as forças peso (P), normal (N) e a força de atrito (fAT). b) Horizontalmente, a força de atrito é a força resultante. A aceleração resultante tem a mesma direção e o mesmo sentido da força de atrito. A velocidade tem sentido oposto pois o corpo está em desaceleração por causa do atrito. c) retilíneo d) provoca, varia e) há, diferente de zero f) uniformemente variado do tipo retardado g) Força e aceleração negativas e velocidade uniformemente decrescente. 08.12 Resolução: a) Na figura: normal (N), peso (P), tração (T) e força de atrito (fAT). b) Se a tração se iguala à força de atrito, a força resultante é nula, a celeração é nula e a velocidade é constante. c) retilíneo d) não provoca, permanece constante e) não há, igual a zero f) uniforme g) força e aceleração nulas e velocidade constante 08.13 Resposta: Alternativa d Se a força aplicada é de mesma intensidade, está na mesma direção e sentido oposto à força de atrito, a caixa é arrastada com velocidade constante e o movimento é uniforme. 08.14 Resposta: Alternativa b F = k x 160 = k 0,1 k = 1600 N/m = 1,6 kN/m 08.15 Resposta: Alternativa d A partir do momento que a força de resistência se iguala à força peso, a velocidade da gota se torna constante. 08.16 Resposta: Alternativa a Se a velocidade é constante, a força resultante sobre a caixa é nula. 08.17 Resposta: Alternativa a Se a velocidade é constante, a força resultante é nula, sendo assim, todas as forças são de mesma intensidade. 08.18 Resposta: Alternativa c Fp e Fc são iguais por correspondem a um par ação-reação, a força de atrito é menor que Fp pois a velocidade varia. 08.19 Resposta: Alternativa d Se em todas as situações os cavalos exercem a mesma força, vale a terceira de Newton, e as intensidades necessariamente serão iguais: Como na terceira situação, temos 2 cavalos atuando no mesmo sentido a força se torna maior que nas situações anteriores: 08.20 Resolução: Peso do banco: P=mg P = 5 10 P = 50 N Força de contato entre o banco e o bloco: NBLOCO = PBLOCO NBLOCO = mBLOCO g NBLOCO = 10 10 NBLOCO = 100 N Força de contato com a mesa: NBLOCO + P = N1 + N2 100 + 50 = N1 + N2 N1 + N2 = 150 N Sendo N1 = N2 então N1 = 75 N e N2 = 75 N 08.21 Resolução: N = F sen 30º + P N = 10 0,5 + 12 N = 17 N Fis 3B – Aula 09 09.01 Resposta: Alternativa e I. errado – Aristóteles estava errado, pois no vácuo se cessar a força, o corpo prossegue em MRU. II. certo – Se um corpo é empurrado e tal foca deixa de atuar o corpo para em função da força de atrito que atua contra o movimento. III. certo – é o fato da força de atrito ter maior intensidade que a força aplicada ou ser a única força atuante na direção do movimento. 09.02 Resposta: Alternativa c A força de atrito estático aumenta na mesma intensidade que a força atuante sobre o corpo até um valor máximo que pode ser determinado por fAT = N 09.03 Resolução: a) Estático máxima = 0,4: fAT = N fAT = 0,4 80 fAT = 32 N b) Cinético = 0,3: fAT = N fAT = 0,3 80 fAT = 24 N c) 09.04 Resolução: a) O bloco está em repouso. As forças atuantes são: Peso do bloco (P A) e normal (NA) b) O bloco está em movimento uniformemente retardado. As forças atuantes são: peso do bloco (PA), normal (NA) e força de atrito (Fat) c) O bloco A está em movimento uniformemente retardado. As forças atuantes são: peso do bloco (PA), peso do bloco B (PB), normal em A (NA), normal em B (NB), força de atrito entre o bloco A e o Bloco B (FAat) e força de atrito entre o bloco B e o plano (FBat) d) O bloco está em movimento. As forças atuantes são: peso do bloco (P A), , normal (N), , força de atrito entre o bloco e a parede (FAat) e força que comprime o bloco. 09.05 Resolução: a) FR = F, a favor do movimento do bloco: Movimento retilíneo uniformemente acelerado. b) F = Fat, logo FR = 0, movimento uniforme. c) FR = F + Fat, contra o movimento do bloco: Movimento retilíneo uniformemente retardado. d) FR = F + F’ - Fat, a favor do movimento do bloco: Movimento retilíneo uniformemente acelerado. 09.06 Resolução: a) Normal (N), peso (P), força (F) e força de atrito (F at) b) Força de atrito máxima: fAT = N fAT = 0,25 800 fAT = 200 N c) F = 400 N é maior que Fat = 200 N. d) Se F > Fat, Fat assumirá o seu valor máximo. e) Aceleração: FR = m a F – Fat = m a 400 – 200 = 80 a 200 = 80 a a = 2,5 m/s2 f) objeto parte do repouso, sua velocidade após 3 s: v = v0 + a t v = 0 + 2,5 3 v = 7,5 m/s 09.07 Resposta: Alternativa b A máxima força que o garoto pode aplicar é igual a intensidade do atrito entre o garoto e o solo. Fmáx = Fat Fmáx = N Fmáx = 0,5 1200 Fmáx = 600 N 09.08 Resposta: Alternativa d A tecnologia empregada no tecido reduz o atrito entre tecido e a água. 09.09 Resposta: Alternativa b 09.10 Resposta: Alternativa d A força de atrito estático cresce igualmente a força F aplicada até o valor máximo de 3 N. Fat = N Fat = 0,3 10 Fat = 3 N 09.11 Resposta: Alternativa b Só há movimento máximo quando a força aplicada é maior que a força de atrito máximo que no gráfico é observada em 1,0 N 09.12 Resposta: Alternativa c No equilíbrio FR = 0 Fat = Fe N = k . x 0,4 30 = 20 x x = 0,6 m = 60 cm Como a mola tem um comprimento natural de 20cm, ao adicionarmos x, que é a distância que a mesma pode sair da posição de equilíbrio, temos que o afastamento da parede chega a 80 cm. 09.13 Resposta: Alternativa b Cálculo da força de atrito estático máximo: Fat = N Fat = 0,3 10 Fat = 3 N Como a força aplicada, F = 2 N, é menor que a força de atrito estático máxima, a força de atrito nessa situação vale somente 2 N. 09.14 Resposta: Alternativa c Ao longo da horizontal, a força resultante é nula, assim: F=N N = 50N A força de atrito estático máxima é dada por: Fat = N Fat = 0,5 50 Fat = 25 N Como o peso do objeto é somente de 20 N, a intensidade do atrito é de 20 N. 09.15 Resposta: Alternativa a Num sistema em equilíbrio FR = 0. Fat = F N=F 800 = 120 = 0,15 09.16 Resposta: Alternativa b FR = m a mg=ma a=g 09.17 Resposta: Alternativa a A força resultante máxima só pode ser igual a intensidade da força de atrito máxima FR = m a mg=ma a=g 09.18 Resposta: Alternativa c Fat = FR N=ma 0,2 m 10 = m a a = 2 m/s2 v2 = v02 + 2 a S 02 = 252 + 2 (-2) S S 625 4 S = 156,25 m 09.19 Resposta: Alternativa c Carrinho com massa m: Fat = FR N=ma mg=ma a=g Carrinho com massa 2m: Fat = FR N=ma 2mg=2ma a=g Como a aceleração não se alterou, nem a velocidade inicial, o carrinho percorrerá a mesma distância. 09.20 Resolução: a) A força gravitacional não sofre alteração alguma, pois é uma interação entre a caixa e a Terra somente. b) A força de atrito estática abaixo de seu limite depende somente da intensidade de F 1. c) A normal aumentará proporcionalmente à força aplicada, porque a compressão do corpo sobre a superfície aumenta. d) A força aplicada verticalmente para baixo e aumentando, faz com que a intensidade máxima da força de atrito estático também aumente. 09.21 Resolução: v2 = v02 + 2 a S 02 = 22 + 2 a 0,8 a = - 2,5 m/s2 Fat = FR N=ma m 10 = m 2,5 = 0,25 = 25 10-2 Como o formato de resposta deve ser = A 10-2 Concluímos que A = 25 FÍS 3C - AULA 07 07.01 Em uma residência, a associação de resistências é em paralelo 9todos os aparelhos são submetidos à mesma ddp0, e o valor da corrente em cada resistor depende da resistência, de acordo com a equação U R i . Alternativa e) 07.02 Como P U2 , terá maior potência (e consequentemente aquecerá a água no menor tempo) o R circuito que tiver menor resistência equivalente. Para tal, os resistores devem ser associados em paralelo, situação onde R eq R . 3 Alternativa c) 07.03 Há duas maneiras de s obter um circuito cuja resistência equivalente seja igual a R: - Ligar dois pares de resistores em série, numa ligação em paralelo: - Ligar dois resistores em paralelo, numa associação em série: Alternativa e) 07.04 20 4 14 2 R AB Alternativa d) 07.05 Para o trecho de cima: Req = 3 + 4 = 7 Ω. Esse resistor fica em paralelo com outro de 7 Ω, assim: R AB 7 3,5 . 2 Alternativa a) 07.06 Os resistores de 14 Ω e 6 Ω estão em série, e o equivalente entre os dois vale 20 Ω, que fica em paralelo com outro resistor de 20 Ω. Tem-se então: R AB 20 5 15 2 Alternativa e) 07.07 Os resistores de 10 Ω e 40 Ω estão em paralelo, e o equivalente dele em série com o de 20 Ω. Assim: R XY 20 Alternativa c) 40 10 20 8 28 40 10 07.08 Como o resistor de 3 Ω está curto-circuitado, RAB = 20 Ω. Alternativa d) 07.09 Os três resistores de baixo estão em série (RS = 1 + 1 + 1 = 3 Ω) e o equivalente deles em paralelo com o de 6 Ω: R AB 36 2 . 3 6 Alternativa b) 07.10 Os dois resistores mais acima estão em série (RS = R + R = 2R). Idem para os três resistores mais abaixo (RS = R + R + R = 3R). Esses dois resistores equivalentes ficam agora paralelos entre si: R eq Alternativa d) 07.11 2R 3R 6R2 1,2 R . 2R 3R 5R Alternativa e) 07.12 Os resistores de 12 Ω e 15 Ω estão em série (R eq = 12 + 15 = 27 Ω), assim como os de 21 Ω e 6 Ω (Req = 21 + 6 = 27 Ω). Esses dois equivalentes ficam em paralelo com o resistor central de 27 Ω (Req = 27/3 = 9 Ω), e este equivalente fica agora em série com o resistor de 40 Ω, assim RAB = 40 + 9 = 49 Ω. Alternativa d) 07.13 O resistor de 2 Ω está em curto-circuito. Os demais resistores ficam então em paralelo: 1 1 1 1 3 3 4 R AB 8 8 6 24 1 10 24 R AB 2, 4 R AB 24 10 Alternativa e) 07.14 Os resistores de 30 Ω, 60 Ω e 10 Ω estão em curto-circuito, portanto, o resistor de 20 Ω, que é o único percorrido por corrente elétrica, está submetido à ddp total de 100 V. Assim: P U2 1002 R 20 P 10 000 500 W 20 Alternativa e) 07.15 Para o resistor de 12 Ω: U R i 12 2 24 V . O equivalente dos resistores R e de 3Ω está em paralelo com o de 12 Ω e, portanto, submetido à mesma U (R 3) i 24 (R 3) 2 12 R 3 R 9 A ddp total é obtida por: U R eq itotal (6 Alternativa c) 12 6) 4 U 18 4 72 V 2 ddp. Assim: 07.16 Inicialmente, a resistência do circuito com os resistores em paralelo é R eq = ligação, a resistência ficou igual a: R eq circuito dobrou. Como P 2R R 2R . Assim, 2R R 3 R . Após a nova 3 a resistência equivalente do U2 , o fato da resistência dobrar faz com que a potência caia pela R metade, e assim o tempo necessário para a secagem aumenta. Alternativa e) 07.17 R AB 36 4 3 6 itotal UAB R AB R AB 2 4 6 itotal 27 4,5 A 6 A ddp nos resistores que estão em paralelo é igual à ddp sobre o resistor equivalente entre ambos (2 Ω) quando percorrido pela corrente total: U R i 2 4,5 9 V . A corrente que passa pelo resistor de 6 Ω é: itotal U R i 9 1,5 A 6 Alternativa c) 07.18 • Secador X: R eq •Secador Y: R eq 3U2 PX R2 PY 2U 3R R U2 ; PX 3 R eq R 3R R 2 2 PX 3U2 3R PY R 2U2 PX ; PY U2 3U2 R R 3 U2 U2 2U2 PY 3R R eq 3R 2 PX 9 4,5 PY 2 Alternativa b) 07.19 R eq 8 P1 R1 i2 U 6 11 ; itotal AB 2 R eq itotal 33 3 A 11 P1 8 32 72 W 07.20 R AB 10 30 10 30 R AB 300 7,5 40 FÍS 3C - AULA 08 08.01 O diagrama que representa esse tipo de circuito é o da alternativa b) , na qual grupos de lâmpadas em série estão em paralelo com outros grupos. Assim, caso uma lâmpada queime, apenas as do seu grupo apagam, já que por elas não passa mais corrente. As lâmpadas de outros grupos continuam a brilhar normalmente, já que ficam submetidas à mesma ddp de antes. Alternativa b) 08.02 A corrente total se divide pelo circuito conforme mostra a figura a seguir: As três lâmpadas que são percorridas pela mesma corrente (i/2) são L2, L3 e L4 . Alternativa b) 08.03 a) Incorreto. Cada lâmpada fica submetida a 220/3 = 73,3 V, voltagem inferior à dos dados nominais. Assim, o brilho das lâmpadas será mais fraco. b) Incorreta. A lâmpada que está sozinha queimará, pois estará submetida a 220 V (maior que a ddp nominal); as outras duas ficarão submetidas a 110 V e terão brilho normal. c) Incorreta. Todas ficarão submetidas a 220 V e assim queimarão. d) Incorreta. Ver item a). e) Correta. Ver item b). Alternativa e) 08.04 Quando dois resistores são ligados em série, são percorridos pela mesma corrente e, assim, dissipa mais potência o de maior resistência ( P R i2 ); quando são ligados em paralelo, ficam submetidos à mesma ddp e, assim, dissipa mais potência o de menor resistência ( P U2 / R ). Alternativa e) 08.05 Como i U U2 , é percorrido por maior corrente elétrica o resistor de menor resistência, e como P , R R dissipa maior potência também o de menor resistência. Alternativa d) 08.06 Como os resistores estão em série, são percorridos pela mesma corrente elétrica. Dissipa maior potência o de maior resistência ( P R i2 ). Alternativa d) 08.07 a) Correto. Na associação em série, os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica. Assim, dissipa maior potência o de maior resistência ( P R i2 ). b) Incorreto. Na associação em paralelo a ddp é a mesma para os resistores. Como P U2 , R dissipa maior potência o de menor resistência. c) Correto. A tensão será maior para o de maior resistência. d) Correto. Ver b). e) Correto. Por definição. Alternativa b) 08.08 a) Correta. R eq 3 6 9 ; i U R i 18 2 A 9 b) Correta. Ver a) c) Correta. Como as resistências são diferentes, as ddps são diferentes ( U R i ). d) Correta. Passoc. Req i2 Passoc. 9 22 36 W e) Incorreta. Como os resistores estão em série, são percorridos pela mesma corrente elétrica. Dissipa maior potência o de maior resistência ( P R i2 ). Alternativa e) 08.09 Quando a chave C é fechada, a lâmpada A fica em curto-circuito e apaga. Assim, a lâmpada B fica sujeita a toda a ddp da bateria e seu brilho aumenta. Alternativa a) 08.10 As lâmpadas L1 e L4 são percorridas pela corrente total e têm o mesmo brilho, que é maior que o brilho de L2 e L3, que possuem o mesmo brilho mas que são percorridas por metade da corrente total. Alternativa e) 08.11 Como estão em P Ui i paralelo, ficam sujeitas á mesma ddp, assim V60 = V100. Sendo P , é percorrida por maior corrente a lâmpada de maior potência, assim U i 60 < i100. Alternativa c) 08.12 Se a lâmpada L1 queimar, deixará de passar corrente em L 2, que assim apagará. Demais lâmpadas terão seu brilho alterado, já que a corrente total no circuito também é alterada. Alternativa d) 08.13 As lâmpadas L1 e L2 estão em curto-circuito e não acendem. L3 é percorrida pela corrente total e possui brilho maior que as demais, que são percorridas por metade da corrente total. Alternativa c) 08.14 A Lâmpada P está sujeita a 127 V, ao passo que a lâmpada Q, que está em série com outra lâmpada idêntica, fica sujeita a metade desta ddp (na associação em série a voltagem se divide). Assim, VP > VQ . Sendo R a resistência de cada lâmpada, a resistência no trecho da lâmpada P é somente R, e no trecho da lâmpada Q é 2R. Como a corrente é inversamente proporcional à resistência (para uma mesma ddp), então i P > iQ.. Alternativa b) 08.15 No circuito de Bruno, As lâmpadas estão sujeitas à ddp nominal de 127 V e possuem brilho normal, dissipando 40 W de potência. No circuito de Tomás, cada lâmpada fica sujeita à metade da voltagem nominal e tem sua potência reduzida a um quarto do valor nominal ( 10 W), pois a potência é proporcional ao quadrado da ddp. Alternativa b) 08.16 I. Correta. As quatro lâmpadas estão em paralelo e submetidas a 220 V, voltagem maior que a nominal. Assim, todas queimam. II. Correta. Aqui há dois pares em paralelo, cada um com duas lâmpadas em série, que dividem por dois a voltagem de 220 V, ficando cada uma submetida a 110 V, que é a voltagem nominal. Assim, brilham normalmente. III. Incorreta. Aqui cada lâmpada fica submetida a um quarto de 220 V (55 V cada uma) e, assim, tem seu brilho reduzido. Alternativa a) 08.17 As resistências das lâmpadas são: R1 R2 R1 U2 P U2 P U2 P R1 R1 R1 1202 240 60 1202 120 120 1202 60 240 A corrente que circula por L1 e L2 é: i U (R1 R2 ) i 120 120 240 120 360 i 1 A 3 A potência dissipada por L1 e L2 é então: 2 P1 R1 i2 240 1 P1 240 P1 26,7 W 3 9 P2 R2 i2 120 1 P2 120 P1 13,3 W 9 3 2 A potência dissipada por L3 é a própria potência nominal (240 W) , já que está submetida à tensão nominal. Alternativa d) 08.18 01) Incorreto. As duas lâmpadas ficam submetidas à mesma ddp (ou percorridas pela mesma corrente), portanto têm mesmo brilho. 02) Correto. As duas lâmpadas são percorridas pela mesma corrente, portanto têm o mesmo brilho (menor do que o brilho no circuito 1). 04) Incorreto. As duas lâmpadas ficam submetidas à mesma ddp (ou percorridas pela mesma corrente), portanto têm mesmo brilho, que é maior do que na situação 1. 08) Correto. Por estar em série com um resistor, o que faz com que seja atravessada por menor corrente elétrica, a lâmpada A brilha menos do que a B. 16) Incorreto. Se o interruptor for fechado, a lâmpada B apagará, já que por ela não mais passará corrente. Gabarito: 10 (02, 08) 08.19 a) Brilha mais R1, pois é percorrida pela corrente total. R2 e R3 são percorridas por metade da corrente total. b) Caso R1 queime, não circula mais corrente nas demais lâmpadas, que assim apagam-se. c) Se R2 queimar, R1 e R3 ficam em série, e são percorridas por: i U 2R i d) Caso R2 e R3 queimem, não circula mais corrente por R1, que assim apaga-se. 30 7,5 A . 4 e) Apenas R1 fica acesa, sendo percorrida por: i U 30 i 15 A . R 2 08.20 a) A resistência de cada lâmpada é: R Circuito A: R eq U2 P R 1102 121 . 100 2 121 121 ; 2 Circuito B: Req 4 121 484 . b) No circuito A cada lâmpada está submetida a 220/2 = 110 V (igual à tensão nominal) e portanto dissipam potência de 100 W. No circuito B, cada lâmpada está submetida a 220/4 = 55 V (metade da tensão nominal) e portanto dissipam potência igual a um quarto da potência nominal, ou seja, dissipam 25 W. FÍS 3C - AULA 09 09.01 A usina do esquema é hidrelétrica, que faz uso da energia cinética da água para movimentar as turbinas, cuja energia de rotação é transformada em energia elétrica no gerador. Alternativa b) 09.02 Nas usinas citadas, as fontes de energia são renováveis (água, vento e energia solar). Todas elas causam, em maior ou menor grau, impactos ambientais. Alternativa d) 09.03 I. Incorreta. PTrês G.> PItaipu . II. Correta. Mesmo com menor potência instalada, Itaipu produz anualmente mais energia que Três Gargantas. III. Correta. • Itaipu: P 12 600 9 MW / km2 A 1 400 • Três Gargantas: P 18 200 18,2 MW / km2 A 1000 A razão entre a potência instalada e a área inundada é, então, mais favorável para Três Gargantas. Alternativa e) 09.04 O gerador de eletricidade transforma energia não elétrica em energia elétrica. Alternativa d) 09.05 Como U E r i , U E quando os bordos da bateria estão em aberto (i=0). Alternativa d) 09.06 U E r i U 12 1 2 10 V Alternativa b) 09.07 Eeq = E1 + E2 = 1,5+ 1,5 = 3 V ; req = r1 + r2 = 0,2 + 0,2 = 0,4 Ω Alternativa c) 09.08 Eeq = E = 12 V ; req Alternativa c) r 0,5 req 0,25 2 2 09.09 U E r i 8 12 r 200 r 200 4 r 0,02 Alternativa e) 09.10 U E r i U 12 0,8 5 U 12 4 8 V P Ui P 8 5 40 W Alternativa d) 09.11 A equação de um gerador (pilha) é U E r i . Desta forma, o gráfico de U x i é um segmento de reta decrescente, conforme mostrado na alternativa a). Alternativa a) 09.12 a) Incorreta. icc E 6 icc 12 A r 0,2 b) Incorreta. No circuito aberto, a tensão é igual á força eletromotriz (U = 6 V). c) Incorreta. U E r i U 12 0,2 10 10 V . d) Incorreta. U E r i 5 6 0,2 i 0,2 i 1 i 5 A . e) Correta. No circuito aberto, a tensão é igual á força eletromotriz (U = 6 V). Alternativa e) r 09.13 A resistência interna dos geradores é: E icc r 4,5 9 0,5 . A f.e.m. equivalente e a resistência interna equivalente são : E eq = E = 4,5 V e r req r 5 9 1, 8 5 . Alternativa c) 09.14 r Do gráfico, E = 20 V. A resistência interna é: E icc r 20 4 5 . Desta forma, a equação do gerador é: U E r i U 20 4 i . Alternativa d) 09.15 O gráfico é típico de um gerador (segmento de reta decrescente), cuja f.e.m. é 2,0 V e cuja resistência interna é: r E icc r 2, 0 1 . 2, 0 Alternativa c) 09.16 A corrente no circuito será: i E R r i 2 0, 4 A . Aplicando a equação do gerador: 1 4 U E r i U 2 1 0, 4 1,6 V . Alternativa a) 09.17 A corrente no circuito será: i E R r U E r i U 24 3 2, 4 Alternativa d) i 24 2, 4 A . Aplicando a equação do gerador: 37 U 24 7,2 16,8 V . 09.18 A única alternativa que fornece para a lâmpada tensão entre 3 e 4 V é a da alternativa c, onde U = 1,5 + 1,5 = 3 V. Em a), U = 1,5 V; em b), U = 4,5 V, em d), U = 1,5 V, e em e), U = 1,5 V. Alternativa c) 09.19 Aplicando a equação do gerador U E r i para os dois pares de tensão e corrente: 4,5 E r 5 (1) 4,2 E r 8 (2) Fazendo a operação (2) – (1), tem-se: 0,3 3 r r 0,1 . Voltando em (1): 4,5 E 0,1 5 E 4,5 0,5 5 V 09.20 a) U E r i 20 24 1 i i 4 A b) PT E i PT 24 4 96 W PU U i PU 20 4 80 W Pd r i2 Pd 1 42 16 W c) η U 20 η 0, 833 ou 83,3 % E 24 Fis 3D – Aula 07 07.01 Resposta: Alternativa b Situação 1: o espelho deve abranger uma área maior, espelho esférico convexo. Situação 2: o espelho deve ser esférico côncavo, pois ele precisa aumentar os detalhes do rosto posicionado muito próximo a ele. Situação 3: Espelho plano, ele deve mostrar uma imagem exatamente igual da pessoa. 07.02 Resposta: Alternativa c O espelho B é o que proporciona maior aumento. Raio = 6 cm, distância focal f = 3 cm 1 1 1 1 1 1 f p p' 3 1 p' 3 1 1 3 p' 3 p' 1,5cm 2 Aumento: A (1,5) p' A 1 p A = 1,5 Raio = 4 cm, distância focal f = 2 cm 1 1 1 1 1 1 f p p' 2 1 p' 2 1 1 2 p' P’= -2 cm Aumento: A (2) p' A 1 p A=2 07.03 Resposta: Alternativa b Observe na figura que o espelho plano forma imagem 4 cm atrás dele. Essa imagem é um objeto para o espelho esférico. Nesse caso, no espelho esférico, f = 10 cm e p = 12 cm 1 1 1 1 1 1 10 12 p' f p p' 65 1 60 p' P’= 60 cm Aumento: A 60 p' A 12 p A = -5 Objeto está entre o foco e o centro de curvatura, a imagem será real, invertida e 5 vezes maior. 07.04 Resposta: Alternativa a 1 1 1 1 1 1 f p p' 60 40 p' 23 1 120 p' p’ = -120 cm Aumento: A (120) p' A 40 p A=3 O espelho deve ser côncavo. 07.05 Resposta: Alternativa e Para ter uma imagem aumentada e direita do próprio rosto, o espelho deve ser esférico côncavo, e ela deve se olhar de uma distância menor que a distância focal do espelho. 07.06 Resposta: Alternativa b 1 1 1 1 1 1 f p p' 20 30 p' 3 2 1 60 p' P’= 60 cm Aumento: i 60 i p' 10 30 o p i = -20 cm 07.07 Resposta: soma 12 (04 + 08) 01. errado, muito próximo a imagem será maior e direita. 02. errado, quando a luz incide sobre um vidro por exemplo uma parte reflete outra é absorvida e uma outra parte o atravessa sofrendo refração. 04. correto, para um corpo ser visto ele precisa emitir ou refletir a luz. 08. correto, pois os raios são refletido em direções diferentes e não paralelos. 07.08 Resposta: Alternativa a 1 1 1 1 1 1 f 6 10 f p p' 1 53 f 30 f = 15 cm 07.09 Soma 61 (01 + 04 + 08 + 16 + 32) 01. correto 02. errado, não há como colocar um objeto no foco de um espelho convexo, há sim como colocar à mesma distância que o foco está do vértice e a imagem aparecerá atrás do espelho na metade da distância entre o foco e o vértice. 04. correto, produzem sempre imagem menor direita e virtual 08. correto, mas a principal posição para isso é a quando a pessoa está posicionada entre o foco e o vértice do espelho. 16. correto, elas são formadas diretamente pelos raios refletidos no espelho. 32. correto, imagens reais são sempre invertidas e virtuais sempre direita. 64. errado, pois para imagens virtuais o p’ é sempre negativo 07.10 Resposta: Alternativa e Se a primeira imagem aparece do mesmo tamanho, p’ = p e o foco corresponde a metade do valor de p, logo f = 10 cm. Com o objeto a 10 cm do espelho, ele estará sobre o foco, e sua imagem será imprópria, se formando no infinito. 07.11 Resposta: Alternativa b A distância entre o filamento da lâmpada e o vértice do espelho deve ser exatamente a distância focal do espelho. 1 1 1 1 1 1 f 2 4 f p p' 1 2 1 f 4 f = 4 cm 07.12 Resposta: Alternativa e Calculando a posição inicial da imagem em t0 = 0: 1 1 1 1 1 1 10 50 p' f p p' 1 5 1 p' 50 P’ = 12,5 cm Em 5s, com velocidade de 4 cm/s o objeto percorre 20 cm, e no instante t = 5 s, encontra-se a 30 cm do vértice: 1 1 1 1 1 1 10 30 p' f p p' 1 3 1 p' 30 P’ = 15 cm A imagem percorreu uma distância de 2,5 cm. 07.13 Resposta: Alternativa e O espelho terá de produzir uma imagem maior e direita, sendo assim ele deve ser côncavo e seu foco deve necessariamente ser maior que 15 cm. 07.14 Soma 19 (01 + 02 + 16) Primeiramente efetuando os cálculos de p’ e i: No espelho côncavo: 1 1 1 1 1 1 f p p' 5 10 p' 2 1 1 10 p' p’ = 10 cm Aumento: i 10 i p' 5 10 o p i = -5 cm No espelho convexo: 1 1 f p 2 1 30 1 1 1 1 p' 15 30 p' 1 p' p’ = -10 cm Aumento: i (10) i p' 5 30 o p i = 1,66 cm 01. correta, observe p’ = -10cm (imagem virtual) e i = 1,66 cm (menor e direita) 02. correto, observe o valor de f usado nos cálculos. 04. errado, é 0,33 [basta dividir i (1,66 cm) por o(5 cm)] 08. errado, o aumento linear é -1, pois p = 10cm e p’ = 10 cm 16. correto, o aumento linear é -1 (mesmo tamanho, invertida e real, pois p = 10cm e p’ = 10 cm 07.15 Resposta: Alternativa a Calculando a posição inicial: 1 1 1 1 1 1 20 10 p' f p p' 1 2 1 20 p' p’ = -20 cm Na posição final, como o objeto será deslocado até o centro de curvatura do espelho, seu imagem aparecerá nesse mesmo local, porém invertida, logo na posição 2, p’ = 40cm. O deslocamento do objeto entre as duas posições é: S = S – S0 S = 40 – (-20) S = 60 cm 07.16 Resposta: Alternativa e Distância entre objeto e imagem: p’ - p = 30 cm A p' (30 p) 4 p p -4p = -30 -p -3p = -30 p = 10 cm. Sendo assim p’ = 40 cm 1 1 1 1 1 1 f 10 40 f p p' 1 4 1 f 40 f = 8 cm Se o foco do espelho é 8 cm, seu raio de curvatura é R = 16 cm. 07.17 Resposta: Alternativa d Para objeto e imagens reais o espelho é côncavo. Se o objeto tem o dobro da altura da imagem, A = - 0,5. Se a distância entre objeto e imagem é de 15 cm e a imagem é menor, o objeto está além do centro de curvatura e a imagem se forma entre o foco e o centro de curvatura, logo: p – p’ = 15, calculando: A p' p' 0,5 (15 p' ) p -7,5 – 0,5 p’ = -p’ 0,5 p’ = 7,5 P’ = 15 cm. Sendo assim, p = 30 cm 1 1 1 1 1 1 f p p' f 30 15 1 1 2 f 30 f = 10 cm 07.18 Resposta: Alternativa c 12 p' i p' 4 40 o p P’ = 120 cm Calculando o raio de curvatura: 2 1 1 2 1 1 R 40 120 R p p' 2 3 1 R 120 R = 60 cm 07.19 Resolução: Distância da primeira imagem ao espelho esférico convexo: 1 1 1 1 1 1 f p p' 6 p' 1 1 6 p' P’ = -6 cm A imagem do espelho convexo será o objeto do espelho côncavo e estará a 24 cm do vértice deste: 1 1 1 1 1 1 15 24 p' f p p' 85 1 120 p' P’ = 40 cm Como a imagem se forma com nitidez a 40 cm do espelho côncavo, e os dois espelhos são concêntricos, a tela deverá estar posicionada a 10cm do espelho convexo. 07.20 Resolução: a) 1 1 1 1 1 1 f p p' 10 5 p' 1 2 1 10 p' P’ = -10 cm A (10) p' A 5 p A=2 A imagem é virtual, maior e direita, observamos esse fato pois A = +2 b) Para a imagem se formar no infinito o objeto deverá estar sobre o foco portanto a 10 cm do vértice, pois, esse espelho tem distância focal de 10 cm. c) Quando o objeto está a 30 cm do espelho ele está além do centro de curvatura do espelho, a imagem formada é menor, invertida e real e se forma entre o foco e o centro de curvatura. Fis 3D – Aula 08 08.01 Resposta: Alternativa d A primeira criança vê um peixinho, pois o desvio causado pela refração é mínimo não dando para perceber a diferença entre imagem real e virtual. A segunda criança, por causa da refração, vê dois peixinhos, o real e sua imagem virtual 08.02 Resposta: Alternativa a No fenômeno da refração, em função do desvio dos raios, os objetos parecem estar mais próximos ou mais afastados em relação a real posição em que se encontram conforme a situação. 08.03 Resolução: A - (a) O índice é dado pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio. Como a velocidade da luz no vácuo é constante, a velocidade da luz no meio e o índice de refração são grandezas inversamente proporcionais. B – (c) A luz branca ao refratar na gota se separa no espectro luminoso, sofre reflexão dentro da gota e ao retornar ao meio, sofre nova refração. C – (e) A frequência permanece a mesma, a velocidade diminui e o comprimento de onda que é diretamente proporcional à velocidade também diminui. 08.04 Resolução: 25 (01 + 08 + 16) 01. correto – quanto maior a frequência de uma luz maior é o desvio sofrido pela mesma. 02. errado – o raio de luz se aproxima da normal quando passa de um meio mais refringente para um meio menos refringente. 04. errado – parte da luz pode ser refletida e ainda uma outra parte pode ser absorvida. 08. correto – quando o ângulo em relação à normal é nulo, o raio não sofre desvio. 16. correto – se dois meios são homogêneos e apresentam mesmo índice de refração, a luz não é desviada ao passar de um para outro. 08.05 Resposta: Alternativa d Se o raio de luz faz um Ângulo de 55º com a superfície, ao refletir, fará um ângulo de 35º com a normal. Para determinar o índice de refração: n1 sen 1 = n2 sen 2 1 sen 35º = 1,33 sen 2 1 0,57 = 1,33 sen 2 sen 2 = 0,431 2 = 25,5º 08.06 Resposta: Alternativa a O índice de refração é dado pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio. Como a velocidade da luz no vácuo é constante, a velocidade da luz no meio e o índice de refração são grandezas inversamente proporcionais. 08.07 Resposta: Alternativa b n1 v1 = n2 v2 1 3 108 = n2 2,4 108 n2 = 1,25 08.08 Resposta: Alternativa c n1 v1 = n2 v2 1 c 2 c n2 3 n2 = 1,5 08.09 Resposta: Alternativa b nágua nvidro 4 3 nvidro 8 9 4 8 8 3 nvidro 9 9 3 = 2 nvidro nvidro = 1,5 sendo: 1,5 nvidro 3 10 8 v c v V = 2 108 m/s 08.10 Resposta: Alternativa d n1 sen 1 = n2 sen 2 2 sen30º 1 sen 2 2 1 1 sen 2 2 2 = 45º 08.11 Resposta: Alternativa a I. correta, quanto maior a frequência da cor maior será o desvio sofrido pela mesma ao atravessar o vidro. II. errada, conforme a cor o índice de refração muda. Veja a tabela de exemplo: III. correta, a velocidade e a frequência conforme a cor se alteram de forma inversamente proporcional num meio como o vidro. 08.12 Quando a luz passa do ar para a água com ângulo de incidência diferente de 0º, sofre refração e se aproxima da normal. A velocidade da luz no ar é maior do que na água. 08.13 Quanto maior for o índice de refração do meio, maior será o desvio da luz pois menor será o ângulo de refração (n1 sen i = n2 sen r) 08.14 A frequência depende exclusivamente da fonte e não se altera quando a onda muda de meio. Na reflexão o ângulo de incidência é igual ao de reflexão Nas ondas transversais a direção de oscilação é perpendicular a de propagação A velocidade da onda depende exclusivamente do meio 08.15 Para os raios refletidos, o ângulo de incidência deve ser igual ao de reflexão Para a refração, ao passar do ar para o prisma com um ângulo de incidência diferente de 0º, a luz deve se aproximar da reta normal (perpendicular à superfície) 08.16 Resposta: Alternativa b Sem a atmosfera no poente o sol sairia mais rápido do campo de visão pelo fato de não sofrer refração. 08.17 Resposta: Alternativa d As ondas que se propagam pelo ar chegam juntas e das que atravessam o prisma o amarelo por ter menor frequência que o verde tem maior velocidade e portanto chega antes. A ordem fica: juntas A e D, depois amarelo e, por último, o verde. 08.18 Resposta: 83 (01 + 02 + 16 + 64) 01. correto – Para reflexão total o luz deve se dirigir do meio mais refringente para o menos refringente. Na reflexão, os ângulos incidente e refletido em relação a normal são iguais e, por conseqüência, refletido e incidente são iguais também em relação à superfície. 02. correto – Do meio menos refringente para o mais refringente só pode haver refração e o raio refratado deve se aproximar da normal. 04. errada – Para ângulos superiores ao ângulo limite ocorre reflexão. 08. errada – São vistas acima da posição real. 16. correta – Pela proximidade em que estão a luz da Lua e do Sol praticamente não sofrem desvio, a atmosfera funciona como um dioptro plano. A real posição ocupada é ligeiramente abaixo de onde os vemos. 32. errada – Ao emergir dos blocos voltarão a ter mesma velocidade, se retornarem aos meios de origem. 64. correta – Sim pois não estarão no lugar correto por causa da refração. 08.19 Resposta: Alternativa a O pássaro verá por mais tempo porque os raios de luz ao emergirem da água se afastam da normal, portanto o ângulo de visão será maior. 08.20 Resposta: 07 (01 + 02 + 04) 01. correta - Um dioptro plano consiste num conjunto de dois meios opticamente homogêneos e transparentes separados por uma superfície plana como, por exemplo, o ar em contato com a água parada e transparente de uma piscina (dioptro ar-água). 02. correta – Isso ocorre porque os raios que emergem de dentro da piscina e chegam aos nossos olhos se afastam da normal. 04. correta – Quando um raio de luz emerge de um lâmina de faces paralelas ele é desviado apenas lateralmente. A direção continua sendo a mesma de antes de imergir na lâmina. 08. errada – Independente de uma luz ser ou não polarizada ela sofre refração, pois a refração é um fenômeno em que a velocidade de uma onda ao adentrar em um meio muda em função da densidade das partículas desse meio. 16. errada – toda onda que sofre refração pode ser tratada matematicamente pela equação de Snell-Descarte. 08.21 Resolução: a) Comprimento de onda no vácuo: v=f 3 108 = . 4 1014 3 10 8 4 1014 = 7,5 10-7 m b) Comprimento de onda da luz no vidro: n 1 1 = n2 2 1 7,5 10-7 = 1,5 2 2 = 5 10-7 m c) Velocidade da luz no vidro: v=f v = 5 10-7 . 4 1014 v = 2 108 m/s Espessura da lâmina e t e 0,5 t v 2 10 8 t = 2,5 10-9 s t = 2,5 ns 08.22 Resolução: Observe a figura: Os ângulos de refração e incidência dentro da película são iguais, portanto, podemos aplicar Snell considerando o ar e a água diretamente: nAr sen 1 = nliq sen 2 1 sen 53º = nliq sen 37º 1 0,8 = nliq 0,6 nliq = 1,33 Fis 3D – Aula 09 09.01 Resposta: Alternativa c 01. correta, quando a luz passa de um meio, para outro transparente e as cores se separam no espectro luminoso, chamamos esse fenômeno de dispersão. 02. correta, o ângulo de refração é sempre igual ao ângulo de incidência, ambos medidos em relação à reta normal a superfície. 03. errada, em B houve reflexão, então certamente, eles são maiores que o limite. 04. errada, a frequência do violeta é maior que o vermelho logo o índice de refração do violeta é também maior. 09.02 Resposta: Alternativa d O primeiro modelo inverte a imagem, enquanto o segundo modelo a mantém direita. No periscópio ocorrem 2 reflexões totais pois o índice de refração do vidro é maior que do ar e o ângulo de incidência da luz em relação a normal supera o ângulo limite. O número de refrações é 4: ar/prisma 1, prisma 1/ar, ar/prisma 2 e prisma 2/ar. 09.03 Resposta: Alternativa c I. errada, no fenômeno de refração a frequência da onda permanece constante. II. errada, a luz ao entrar no líquido se aproxima da normal, pois o índice de refração do líquido é maior que do ar. III. correta, pela diferença entre os índices de refração entre os meios os raios de luz são desviados ao passar de um meio para outro. IV. correta, quanto maior o índice de refração de um meio menor a velocidade da luz ao atravessá-lo e também o comprimento de onda por ser diretamente proporcional à velocidade. 09.04 Resposta: Alternativa e Se os raios de luz que se propagam por um meio, atravessarem a interface para outro meio e se afastarem da normal, é porque o segundo meio tem índice de refração menor que o primeiro meio. 09.05 Resposta: 40 (08 + 32) 01. errada, na refração é a frequência da luz que não varia. 02. errada, o índice de refração do vidro é maior que do ar, logo, o comprimento de onda diminui ao passar do ar para o vidro. 04. errada, a frequência da luz não se altera na passagem da luz de um meio para o outro. 08. correta, No fenômeno da refração a frequência da luz permanece constante. 16. errada, a velocidade de propagação diminui quando o raio luminoso passa do ar para o vidro. 32. correta, quanto maior o índice de refração de um meio menor a velocidade da luz ao atravessá-lo e também o comprimento de onda por ser diretamente proporcional à velocidade. 09.06 Resposta: Alternativa c O índice de refração do vidro é maior que do ar, então o raio, enquanto estiver no vidro deve estar mais próximo da normal do que quando emergir. 09.07 Resposta: Alternativa d Para ocorrer o fenômeno da reflexão total é necessário que a luz se dirija do meio de índice de refração maior para o menor e, que o ângulo em relação à normal seja maior que o ângulo limite. 09.08 Resposta: Alternativa e Sendo o ângulo limite de 42º e o ângulo de incidência de 45º, certamente houve o fenômeno de reflexão total da luz. 09.09 Resposta: Alternativa c I. errada, ao trocar de meio ocorre mudanças na direção, velocidade e comprimento de onda da luz. II. errada, quanto maior a frequência da luz maior o desvio sofrido. III. errada, o índice de refração do segundo meio é maior então o ângulo de refração é menor que o de incidência. IV. errada, quando a luz se propaga do índice de refração menor para o maior, não ocorre reflexão total da luz. 09.10 Resposta: Alternativa b A luz caminhando do meio 1 para o meio 2: sen n2 = sen n1 3 1 n1 n2 3 2 n1 3 3 n2 2 3 2 Calculando o seno do ângulo limite: sen L n2 = sen 90º n1 senL n1 n2 senL 3 2 09.11 Resposta: Alternativa I. falsa, a velocidade da luz não pode em hipótese nenhuma ser maior que 300000 km/s. II. verdadeira, para ocorrer reflexão total a luz deve se dirigir do meio mais refringente para o menos refringente e o ângulo de incidência deve ser maior que o ângulo limite. III. falsa, no fenômeno da refração a frequência da luz se mantém constante. IV. verdadeira, o índice de refração não é único para todas as cores que compõem o espectro da luz visível; observa-se que a luz de menor frequência (vermelho) se propaga com maior velocidade quando comparada à luz de maior frequência (violeta) nos meios materiais. 09.12 Resposta: Alternativa a Para ocorrer o fenômeno da reflexão total é necessário que a luz se dirija do meio de índice de refração maior para o menor e, que o ângulo em relação à normal seja maior que o ângulo limite. Na fibra óptica o núcleo tem índice de refração maior que a casca e a luz é conduzida por um ângulo maior que o ângulo limite. 09.13 Resposta: 22 (02 + 04 + 16) 01. errada, o fenômeno é explicado pela refração da luz. 02. correta, a diferença entre os índices de refração do ar e da água desvia os raios luminosos gerando a imagem quebrada da parte do lápis imersa no líquido. 04. correta, o desenho abaixo mostra os raios mais distantes da normal quando passam da água para o ar. 08. errada, a luz sofre refração. 16. correta, pois é formada pelo prolongamento dos raios que refrataram. 09.14 Resposta: Alternativa b Vermelho: n1 sen 1 = n2 sen 2 2 1 1 sen 2 2 2 = 45º Violeta: n1 sen 1 = n2 sen 2 3 1 1 sen 2 2 2 = 60º A diferença entre os ângulos de refração é 60º - 45º = 15º 09.15 Resposta: 9 (01+08) 01. correta, sempre que a luz passa de um índice de refração menor para um maior o raio luminoso se aproxima da normal. 02. errada, a reflexão total para ocorrer exige que além da luz incidir na superfície de separação com um ângulo maior que o ângulo limite é necessário que ela se dirija do meio de maior índice para o de menor. 04. errada, com o aumento da temperatura, o ar se torna menor denso e isso faz com o índice de refração diminua. 08. correta, veja a figura, se for o ângulo de reflexão com a superfície e for o ângulo de refração com a superfície, se + = 90º, então e são complementares entre si. 16. errada, pois o fenômeno da refração implica em mudança da velocidade e do comprimento de onda da luz, mesmo que não ocorra desvio. 09.16 Resposta: Alternativa c Se o ângulo de reflexão e o de refração são complementares, concluímos que o de refração vale 30º pois o de reflexão faz 60º com a normal (30º com a superfície). nAr sen 1 = nmeio sen 2 1 sen 60º = nmeio sen 30º 1 3 1 nmeio 2 2 nmeio 3 09.17 Resposta: Alternativa d I. correta, a luz ao penetrar no diamante sofre refração e dispersão nas cores do espectro luminoso sendo que o vermelho é a de menor desvio e velocidade e o violeta é a de maior desvio e maior velocidade. II. correta, para ocorrer reflexão total a luz necessariamente deve incidir num ângulo superior ao ângulo limite. III. correta, com um ângulo limite menor a luz deverá sofrer um maior número de reflexões e, por consequência, permanecer mais tempo no interior do diamante. 09.18 Resposta: 15 (01 + 02 + 04 + 08) 01. correta, pois é o que tem maior índice de refração. 02. correta, o índice de refração do bissulfato de carbono é maior que do hidrogênio. 04. correta, o ângulo limite é determinado por n L arcsen vácuo , nessa equação, quanto nmeio maior o índice de refração do meio, menor será o ângulo limite. 08. correta, não pode ocorrer porque o índice de refração da água é menor que o do benzeno. 16. Se o ângulo de incidência com a normal à superfície de separação como benzeno for maior que o ângulo limite não ocorre. 09.19 Resolução: a) Medida de b: tan 1 b L b = L tan 1 Medida de a: n1 sen 1 = n2 sen 2 sen 2 sen 1 n1 n2 Na figura, vemos também que a: tan 2 a L a = L tan 2 Considerando que sen 2 tan sen teremos: cos a cos 2 L n a cos 2 sen 1 1 L n2 a L sen 1 n1 1 n2 cos 2 Elevando ambos os lados ao quadrado: n a L sen 1 1 n2 2 2 1 2 cos 2 Mas cos22 = 1 – sen22 n sen 2 sen 1 1 n2 2 2 2 Logo: 2 n a L sen 1 1 n2 n a L sen 1 1 n2 2 a L sen 1 n1 n2 1 n 1 sen 1 1 n2 2 2 2 1 n 1 sen 1 1 n2 2 2 1 n 1 sen 1 1 n2 2 b) D = b – a D L sen 1 n L sen 1 1 cos 1 n2 1 n 1 sen 1 1 n2 3 3 1 1 D 2 3 2 2 3 2 1 2 3 3 1 1 2 2 3 1 D 6 3 1 1 4 D 6 3 D=6–2 D = 4 cm 4 3 2 09.20 Resolução: n1 sen 1 = n2 sen 2 4 senL 1 sen90º 3 r mas: senL D D2 = r2 + h2 D = (r2 + h2)1/2 Substituindo: 4 r 2 3 r h2 1/ 2 11 Elevando ambos os lados da igualdade ao quadrado: 16r 2 1 r 2 h2 9 16r – 9r2 = 9h2 7r2 = 9h2 2 r r 3 h 7 3 7 h 7