Telecurso 2000. Física Completo. - 51 gafis2b

Telecurso 2000. Física Completo. - 51 gafis2b

(Parte 1 de 2)

Aula 2 - Estou com febre?Aula 2 - Estou com febre?Aula 2 - Estou com febre?Aula 2 - Estou com febre?Aula 2 - Estou com febre? 1.1.1.1.1.Vamos supor que a bebida esteja inicialmente à temperatura ambiente. Dentro da geladeira a temperatura Ø menor; assim, quando a bebida Ø colocada no seu interior, sua temperatura diminuirÆ, mas Ø preciso aguardar um certo tempo para que ela fique à mesma temperatura do interior da geladeira. Em outras palavras, Ø preciso esperar que seja atingido o equilíbrio tØrmico.

Se cada barra se dilata 0,6mm, a distância D entre duas barras deve ser, no mínimo, 2 · 0,6mm = 1,2mm.

3.3.3.3.3.Sabemos que a correspondŒncia entre a temperatura nessas duas escalas Ø dada por 5(tF - 32”)/9. Para saber quando essas duas temperaturas sªo iguais, basta substituir tC = tF na equaçªo, assim: 5(tC - 32”)/9 Þ 9 tC = 5(tC - 32”) Þ 9 tC = 5tC - 160” Þ 4tC = - 160” Þ tC = - 40”C.

considerar que, ao aquecer o objeto, sua massa nªo mude (por exemplo, que nªo ocorra evaporaçªo). Sabemos que o seu volume aumenta, portanto sua densidade irÆ diminuir, pois V e d sªo grandezas inversamente proporcionais: quando uma aumenta, a outra diminui.

do este valor: tC = 5(tF - 32”)/9 Þ 36” = 5(tF - 32”)/9 Þ 36” · 9/5 = tF - 32” Þ tF = 64,8” + 32” Þ tF = 96,8”F. 6.6.6.6.6.Quando Gaspar encheu o tanque, colocou um volume de gasolina igual ao volume do tanque (ambos estavam à temperatura ambiente). Com o forte calor a gasolina foi aquecida e se dilatou, de modo que seu volume superou o volume do tanque e ocorreu o vazamento. (Observaçªo: o tanque tambØm sofreu dilataçªo, mas o aumento do seu volume foi inferior ao aumento do volume da gasolina.)

Aula 23 - gua no feijªo, que chegou mais um!Aula 23 - gua no feijªo, que chegou mais um!Aula 23 - gua no feijªo, que chegou mais um!Aula 23 - gua no feijªo, que chegou mais um!Aula 23 - `gua no feijªo, que chegou mais um! 1.1.1.1.1.Uma pedra de gelo grande tem mais massa do que uma pedra de gelo pequena. Assim, podemos dizer que a capacidade tØrmica da pedra de gelo grande Ø maior que a da pedra de gelo pequena. Isso significa que Ø necessÆrio mais calor para derreter a pedra de gelo grande do que para derreter a pedra de gelo pequena. Quando moemos o gelo, passamos a ter centenas de pequenas pedras de gelo que derretem mais rÆpido do que a pedra original.

2.2.2.2.2.Quando abrimos a geladeira vazia, ocorrem trocas de calor: sai ar frio e entra ar quente. Quando a geladeira estÆ cheia de alimentos, jÆ resfriados, as trocas de calor sªo minimizadas, pois os alimentos em geral tŒm uma capacidade tØrmica maior do que a do ar, por isso sua temperatura varia mais lentamente. Este fato revela que os alimentos ajudam a resfriar o ar quente que entra quando abrimos a geladeira.

Gabaritos das aulas 2 a 50

massa de Ægua (Dt = 90”C - 20”C). Podemos entªo usar a seguinte equaçªo: DQ = m · cÆgua · Dt Substituindo os valores na equaçªo: DQ = 3.0 g · 1 cal/g ”C · 70 ”C Þ DQ = 210.0 cal

Se colocarmos o aditivo na Ægua do radiador, teremos uma alteraçªo na capacidade tØrmica do líquido, assim o calor absorvido pelo radiador serÆ: DQ = m · cmistura · Dt Substituindo os valores na equaçªo: DQ = 3.0 g · 1,1 cal/g ”C · 70 ”C Þ DQ = 231.0 cal

cA = 110/ (10 · 50) Þ cA = 0,2 cal/g ”C cB = 5/ (10 · 50) Þ cB = 0,1 cal/g ”C Pela tabela podemos verificar que a substância A Ø o alumínio e a substância B Ø o ferro.

Cleite = m · c = 200.0 · 0,97 Cleite = 194.0 cal/”C

Aula 24 - A brisa do mar estÆ ótima!Aula 24 - A brisa do mar estÆ ótima!Aula 24 - A brisa do mar estÆ ótima!Aula 24 - A brisa do mar estÆ ótima!Aula 24 - A brisa do mar estÆ ótima! 1.1.1.1.1.À noite, a temperatura baixou bastante e ficou mais baixa que a temperatura do corpo de Cristiana.

Nós jÆ sabemos que o calor Ø a energia tØrmica que flui de um corpo para outro de temperatura mais baixa. Dessa forma, o calor flui para fora do corpo e temos a sensaçªo de frio. Entªo colocamos um agasalho, que Ø um isolante tØrmico e dificulta a passagem do calor: assim, nªo perdemos calor e ficamos aquecidos. Portanto, nªo Ø correto afirmar que os agasalhos nos aquecem. O correto Ø dizer que eles nos mantŒm aquecidosnos mantŒm aquecidosnos mantŒm aquecidosnos mantŒm aquecidosnos mantŒm aquecidos. 2.2.2.2.2.Esse Ø outro exemplo de conduçªo de calor: o chªo da cozinha Ø um bom condutor de calor. Por isso, quando encostamos o pØ no chªo, o calor flui facilmente (do pØ para o chªo), daí a sensaçªo de frio. JÆ o tapete, como a maioria dos tecidos, Ø isolante. Assim, o pØ nªo perde calor, e por isso a sensaçªo de frio passa.

4.4.4.4.4.Vimos que um bom exemplo de propagaçªo de calor por convecçªo ocorre no interior das geladeiras: o ar quente tende a subir, por que Ø menos denso que o ar frio. Ao atingir a regiªo do congelador ele Ø resfriado, fica mais denso e desce. Forma-se assim uma corrente de ar (corrente de convecçªo). Mas, para que o ar possa circular, Ø necessÆrio que existam grades para permitir sua circulaçªo. Se em lugar de grades existissem placas metÆlicas inteiras, nªo haveria convecçªo, só conduçªo de calor. Isso reduziria a eficiŒncia da geladeira, aumentando o consumo de energia elØtrica.

DQ = m · Lvaporizaçªo = 1.0 g · 540 cal/g Þ DQ = 540.0 cal Essa Ø a energia necessÆria para fazer com que 1.0 g (1 litro) de Ægua se tornem vapor a 100”C.

DQ = m · Lsolidificaçªo = 10 g · (- 80 cal/g) DQ = - 800 cal

É necessÆrio que a Ægua perca 800 cal para que se torne gelo a 0”C.

DQcedido = mferro · cferro · (tf - ti) DQcedido = 100 · 0,1 · (tf - 200)

DQcedido = 1 · (tf - 200) A Ægua vai receber a energia tØrmica cedida pelo ferro:

DQrecebido = mÆgua · cÆgua · (tf - ti) DQrecebido = 1.0 · 1 · (tf - 20)

DQrecebido = 1.0 · (tf - 20) Usando a conservaçªo da energia, temos:

1 · (tf - 200) + 1.0 · (tf - 20) = 0 11tf - 2.200 + 1.0tf - 20.0 = 0 1.011tf = 2.200

a)a)a)a)a)a quantidade de energia que deve ser retirada para que a temperatura da Ægua diminua de 20”C atØ 0”C;

DQ1 = m · cÆgua · Dt = 1.0 · 1 · (0 - 20) = - 20.0 cal b)b)b)b)b)a quantidade de energia que deve ser retirada para que a Ægua se solidifique;

DQ2 = m · Lsolidificaçªo = 1.0 · (- 80) = - 80.0 cal c)c)c)c)c)a quantidade de energia que deve ser retirada para que a temperatura do gelo diminua de 0”C atØ

- 20”C, ou seja: DQ3 = m · cgelo · Dt = 1.0 · 0,5 · (- 20 - 0) = - 10.0 cal com isso podemos calcular a energia total retirada:

DQtotal = DQ1 + DQ2 + DQ3

DQtotal = - 20.0 - 80.0 - 10.0 = - 110.0 cal Portanto, Ø necessÆrio retirar 110.0 cal de um litro de Ægua a 20”C para obter gelo a -20”C.

Aula 26 - Hoje, a torcida estÆ “esquentada”!Aula 26 - Hoje, a torcida estÆ “esquentada”!Aula 26 - Hoje, a torcida estÆ “esquentada”!Aula 26 - Hoje, a torcida estÆ “esquentada”!Aula 26 - Hoje, a torcida estÆ “esquentada”!

1.1.1.1.1.a)a)a)a)a)Como o volume nªo variou esta Ø uma transformaçªo isovolumØtrica. b)b)b)b)b)Podemos entªo escrever a equaçªo de estado do gÆs dentro do pneu da seguinte maneira:

PTPT i i f f =

Lembrando que a temperatura deve ser usada na escala absoluta, ou seja, na escala Kelvin, vamos fazer as mudanças de unidades:

T = tC + 273 Ti = (27 + 273)K = 300K Tf = (57 + 273)K = 330K. Substituindo esses valores na equaçªo do gÆs, temos:

Podemos entªo calcular a pressªo final:

300 lb/pol2 Þ P f = 3 lb/pol2

PVT 1

= PVT 2 = nR

calcular a pressªo na profundidade em que estÆ o mergulhador, ou seja:

PatmosfØrica = 1 atm

P1 = PatmosfØrica + Pcoluna d’Ægua = 1 atm + 3 atm = 4 atm Ou seja, o mergulhador e a bolha estªo submetidos a uma pressªo de 4 atm. Substituindo os dados

Sabemos que: 1 mol = 6,02 · 1023 molØculas, portanto n = 1,82 · 1 mol = 1,82 · 6,02 · 1023 @ 10,96 · 1023 molØculas, que Ø o nœmero de molØculas nesse gÆs.

Aula 27 - guas passadas nªo movem moinho!Aula 27 - guas passadas nªo movem moinho!Aula 27 - guas passadas nªo movem moinho!Aula 27 - guas passadas nªo movem moinho!Aula 27 - `guas passadas nªo movem moinho! 1.1.1.1.1.Escrevemos a primeira lei da termodinâmica do seguinte modo: DQ = DU + t a)a)a)a)a)Como numa transformaçªo isotØrmica nªo hÆ variaçªo de temperatura, sabemos que nªo ocorre variaçªo na energia interna do sistema, ou seja: DT = 0 Þ DU = 0 Escrevemos entªo a primeira lei da termodinâmica como: t = DQ Isso significa que, nesse tipo de transformaçªo, todo o trabalho realizado sobre o gÆs Ø convertido em calor. b)b)b)b)b)No caso da transformaçªo isovolumØtrica, sabemos que nenhum trabalho estÆ sendo realizado, jÆ que o volume do gÆs nªo varia, o gÆs nªo se expande, ou seja: DV = 0 Þ t = 0 A primeira lei serÆ escrita assim: DQ = DU, isto Ø, todo o calor Ø transformado em energia interna do gÆs.

c)c)c)c)c)No caso da transformaçªo adiabÆtica, sabemos que nªo ocorrem trocas de calor entre o sistema e o meio, ou seja: DQ = 0 Assim, escrevemos a primeira lei da seguinte maneira: DU = - t

Nesse caso, a primeira lei da termodinâmica serÆ escrita assim: DQ = DU = 1.0 J isto Ø, a variaçªo da energia interna do gÆs serÆ igual ao calor recebido por ele.

3.3.3.3.3.Alternativa e)e)e)e)e), pois numa transformaçªo isovolumØtrica, todo calor Ø transformado em energia interna. Na transformaçªo isotØrmica nªo hÆ variaçªo de energia interna, pois a temperatura do gÆs nªo varia.

Aula 28 - DÆ um tempo, motor!Aula 28 - DÆ um tempo, motor!Aula 28 - DÆ um tempo, motor!Aula 28 - DÆ um tempo, motor!Aula 28 - DÆ um tempo, motor! 1.1.1.1.1.Sabemos que o trabalho realizado por uma mÆquina tØrmica pode ser descrito como a diferença entre a quantidade de calor cedida pela fonte quente e a quantidade de calor retirada pela fonte fria, ou seja:

t = DQquente - DQfria A fonte fria Ø o interior da geladeira e a fonte quente Ø o seu exterior. Podemos entªo escrever:

t = 1.0 cal - 1.200 cal = - 200 cal O sinal negativo significa que o trabalho foi realizado sobre o gÆssobre o gÆssobre o gÆssobre o gÆssobre o gÆs e nªo pelo gÆspelo gÆspelo gÆspelo gÆspelo gÆs.

n =Þ n = Þ n = moles Þ n = 1,82 molesPV1atm · 4,8l4,8
0,082· 300Katm · l

mol · KRT8,2 · 3 fria

quente fria quente Podemos calcular o rendimento substituindo os valores da temperatura:

h = 1 - ∆∆Q fria quente

= 1 -

T fria quente

Como conhecemos a quantidade de calor retirado da fonte quente e a quantidade de calor cedido à fonte fria em 20 ciclos (1 segundo), podemos calcular a quantidade de calor cedida e retirada em cada ciclo simplesmente dividindo as quantidades dadas por 20:

DQ fria (1 ciclo) = ∆Qtotal fria ()

DQ quente (1 ciclo) = ∆Qtotal quente ()

Ao substituir essas grandezas na equaçªo do rendimento, percebemos que nªo Ø necessÆrio fazer a divisªo por ciclo, pois elas se cancelam:

Qt otal

Qt otal fria quente () ()

= 1 - ∆∆

Q total

Q total fria quente h = 0,375 que significa que a mÆquina terÆ rendimento de 37,5%.

b)b)b)b)b)Sabendo o rendimento e o valor da temperatura da fonte fria, podemos substituir esse valores na forma da expressªo do rendimento em funçªo da temperatura:

h = 1 -

T fria quente quenteT

1(0,375)−

Þ T quente = 300K Þ T quente = 480K que Ø a temperatura da fonte quente dessa mÆquina tØrmica.

Aula 29 - Como uma onda no mar...Aula 29 - Como uma onda no mar...Aula 29 - Como uma onda no mar...Aula 29 - Como uma onda no mar...Aula 29 - Como uma onda no mar... 1.1.1.1.1.a)a)a)a)a)JÆ que cada quadrado da figura representa 1 cm, a amplitude vale 3 cm, lembrando que amplitude Ø a maior distância em relaçªo à posiçªo de equilíbrio (que Ø sobre o eixo x).

b)b)b)b)b)Como nesse caso nós conhecemos apenas a amplitude, vamos utilizar o grÆfico para saber quanto vale o comprimento de onda (que corresponde à distância entre duas cristas ou dois vales). Portanto, l = 16 cm. c)c)c)c)c)Agora podemos usar a relaçªo l = v · T para calcular o período:

T v

T cm cm s

A freqüŒncia Ø o seu inverso, portanto: f = 0,25 Hz b)b)b)b)b)O comprimento de onda pode ser conhecido medindo-se a distância entre duas cristas sucessivas.

Portanto: l = 10 cm. c)c)c)c)c)A freqüŒncia com que Ernesto agitava sua mªo era: f = v/l = 50/10 = 5Hz

b)b)b)b)b)Com essa informaçªo e os dados da tabela, podemos calcular o comprimento de onda em cada pedaço da corda:

Como a fonte que produz os pulsos Ø a mesma, a freqüŒncia da onda nªo depende da espessura da corda, só depende da fonte. Portanto, a freqüŒncia da onda nªo muda quando ela muda de meio. Assim, a razªo: vf /l f = vg /lg, Ø constante, pois Ø igual à freqüŒncia da fonte. Observando os valores obtidos, verificamos que a onda se propaga com maior velocidade na parte mais fina da corda; nessa parte, tambØm o comprimento de onda Ø maior.

Aula 30 - Um papinho, um violªo e a bendita construçªo!

3.3.3.3.3. a)a)a)a)a)A velocidade do trem era 20 m/s e ele levou 170 s para percorrer a distância x. Usando a definiçªo de velocidade:

Portanto, o trem estava a 3.400 m da estaçªo.

b)b)b)b)b)Agora, para saber quanto tempo o som do apito demorou para chegar à estaçªo, usamos novamente a definiçªo de velocidade, considerando que o som percorreu a distância x: 340 = 3.400/Dt Dt = 10 s parte finaparte grossa l = 3 cm l = 2 cm

CORDACORDACORDACORDACORDACOMPRIMENTOCOMPRIMENTOCOMPRIMENTOCOMPRIMENTOCOMPRIMENTODADADADADA ONDAONDAONDAONDAONDA
v =Þ 20 = Þ x = 3.400 mdistância percorridatempox

Aula 31 - Assim caminha a luz

AB = 1m

CD x

40cm

36cm x = 2,7m

Os triângulos ACD e AEG sªo semelhantes. Entªo:

CD EG como x = 2,7 m, teremos:

EG = 360cm EG = 3,6m

380000kmcm x

Assim, podemos verificar que x x x x x vale aproximadamente 2,5 metros.

Aula 32 - Espelho, espelho meu...

e formar a imagem P’1. O mesmo vai acontecer com o ponto P2, que vai servir de objeto para E2 e formar a imagem P’2. O processo segue da mesma maneira e vªo aparecer as imagens P”1 e P”2. As duas œltimas formam imagens coincidentes dentro do ângulo morto

(Pf), e nªo teremos mais imagens posteriores. Uma vez obtidas todas as imagens, podemos colocar a ponta de um compasso no ponto C, abrir a outra ponta atØ o ponto P, e traçar uma circunferŒncia. Ela vai passar por todas imagens.

descritas, em Obtendo graficamente a imagem de um pontoObtendo graficamente a imagem de um pontoObtendo graficamente a imagem de um pontoObtendo graficamente a imagem de um pontoObtendo graficamente a imagem de um ponto, podemos obter as imagens pedidas.

3.3.3.3.3.JÆ temos os raios incidentes nos espelhos. Sªo raios que estªo entrando no sistema paralelamente ao eixo principal ou passando pelo foco. Assim, basta usar as construçıes descritas em ObtendoObtendoObtendoObtendoObtendo graficamente a imagem de um pontograficamente a imagem de um pontograficamente a imagem de um pontograficamente a imagem de um pontograficamente a imagem de um ponto. No primeiro caso, o do espelho convexo, teremos uma imagem real, direita e maior que o objeto. No espelho côncavo, a imagem tambØm Ø real e direita, mas menor que o objeto.

Aula 3 - Atira mais em cima!

Entªo, sen sen ,

==nar agua

4 , obteremos algo entre 48” e 49”.

n2,1 = nar, Ægua = 3

4 Mas tambØm temos:

= n2,1 = nar, Ægua
2a)Imagem virtual direta maior2b) Imagem real invertida maior 2c)Imagem real invertida menor

distância da imagem atØ a superfície distância do objeto atØ a superfície nar, Ægua

Entªo,

Entªo x = 27 cm. No segundo caso, a pessoa Ø o objeto. O objeto dista 72 cm da superfície. A luz vai do ar para a Ægua, pois quem estÆ observando Ø o peixe. Entªo:

n2,1 = nÆgua, ar = 4

Utilizando a mesma relaçªo anterior, teremos:

Entªo x = 96 cm.

Aula 34 - Eu nªo nasci de óculos!

1.1.1.1.1.Uma pessoa hipermØtrope usa lentes convergentes. Quando expomos a lente ao Sol, o Sol estÆ para a lente a uma distância infinita. Os raios solares chegam à lente paralelos. Entªo, após passar pela lente, eles vªo se encontrar no foco da mesma, como mostra a figura ao lado. Esse Ø um foco imagem real, e os raios luminosos que saem da lente vªo convergir para ele. A temperatura eleva-se bastante porque todos raios luminosos que atingem a lente sªo concentrados naquele ponto. 2.2.2.2.2.No caso de uma pessoa míope, as lentes que corrigem o defeito sªo divergentes. Os raios do Sol chegam à lente, tambØm, como um feixe paralelo. Acontece que, para lentes divergentes, o foco Ø virtual. Logo, os raios que saem da lente sªo divergentes. A luz e o calor do Sol sªo, dessa maneira, espalhados pela folha de papel, como estÆ representado na figura.

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