Disciplina

Física

Curso

Ensino Médio Professor

André Ito Série

2ª E.M.

ROTEIRO DE ESTUDOS DE RECUPERAÇÃO E REVISÃO – 4º BIMESTRE / 2013 Aluno (a): Número:

1 - Conteúdo:

Termodinâmica e Hidrostática.

2 - Data de entrega:

Entrega para o professor após a prova, para que o aluno leve o roteiro para estudo.

3 - Material para consulta:

Caderno, portfólio e livro didático.

4 - Trabalho a ser desenvolvido:

O aluno deverá resolver os problemas do roteiro e apresentar os cálculos passo a passo e bem organizados, em folha

de caderno sem rebarba ou em folha de almaço.

Hidrostática 1. (Unesp 2013) Seis reservatórios cilíndricos, superiormente abertos e idênticos (A, B, C, D, E e F) estão apoiados sobre uma superfície horizontal plana e ligados por válvulas (V) nas posições indicadas na figura.

Com as válvulas (V) fechadas, cada reservatório contém água até o nível (h) indicado na figura. Todas as válvulas são, então, abertas, o que permite a passagem livre da água entre os reservatórios, até que se estabeleça o equilíbrio hidrostático. Nesta situação final, o nível da água, em dm, será igual a a) 6,0 nos reservatórios de A a E e 3,0 no reservatório F. b) 5,5 nos reservatórios de A a E e 3,0 no reservatório F. c) 6,0 em todos os reservatórios. d) 5,5 em todos os reservatórios. e) 5,0 nos reservatórios de A a E e 3,0 no reservatório F. 2. (Unesp 2013) O sifão é um dispositivo que permite transferir um líquido de um recipiente mais alto para outro mais baixo, por meio, por exemplo, de uma mangueira cheia do mesmo líquido. Na figura, que representa,

esquematicamente, um sifão utilizado para transferir água de um recipiente sobre uma mesa para outro no piso, R é um registro que, quando fechado, impede o movimento da água. Quando o registro é aberto, a diferença de pressão entre os pontos A e B provoca o escoamento da água para o recipiente de baixo.

Considere que os dois recipientes estejam abertos para a atmosfera, que a densidade da água seja igual a 10

3 kg/m

3 e

que g = 10 m/s2. De acordo com as medidas indicadas na

figura, com o registro R fechado, a diferença de pressão

A BP P , entre os pontos A e B, em pascal, é igual a

a) 4 000. b) 10 000. c) 2 000.

d) 8 000. e) 12 000. 3. (Unesp 2013) O relevo submarino de determinada região está representado pelas curvas de nível mostradas na figura, na qual os valores em metros representam as alturas verticais medidas em relação ao nível de referência mais profundo, mostrado pela linha vermelha.

Dois peixes, 1 e 2, estão inicialmente em repouso nas posições indicadas e deslocam-se para o ponto P, onde param novamente. Considere que toda a região mostrada na figura esteja submersa, que a água do mar esteja em equilíbrio e que sua densidade seja igual a 10

3 kg/m

3. Se g =

10 m/s2

e 1 atm = 105 Pa, pode-se afirmar, considerando-se

apenas os pontos de partida e de chegada, que, durante seu movimento, o peixe a) 2 sofreu uma redução de pressão de 3 atm. b) 1 sofreu um aumento de pressão de 4 atm. c) 1 sofreu um aumento de pressão de 6 atm. d) 2 sofreu uma redução de pressão de 6 atm. e) 1 sofreu uma redução de pressão de 3 atm. 4. (Unifesp 2013) Um objeto maciço cilíndrico, de diâmetro igual a 2,0cm, é composto de duas partes cilíndricas distintas, unidas por uma cola de massa desprezível. A primeira parte, com 5,0cm de altura, é composta por uma cortiça com densidade volumétrica 0,20 g/cm

3. A segunda

parte, de 0,5cm de altura, é composta por uma liga metálica de densidade volumétrica 8,0 g/cm

3. Conforme

indica a figura, o objeto encontra-se em repouso, parcialmente submerso na água, cuja densidade volumétrica é 1,0 g/cm

3.

Nas condições descritas relativas ao equilíbrio mecânico do objeto e considerando π aproximadamente igual a 3,

determine: a) a massa total, em gramas, do objeto cilíndrico. b) a altura, em centímetros, da parte do cilindro submersa

na água.

Termodinâmica

1. (Uem 2012) Sobre o consumo e a transformação da energia, assinale o que for correto. 01) Ao realizar exercícios físicos, é possível sentir a

temperatura do corpo aumentar. Isso ocorre porque as células musculares estão se contraindo e, para isso, estão realizando várias reações exergônicas (exotérmicas).

02) Durante o processo de combustão biológica, a energia é liberada de uma só vez, na forma de calor, que é entendido como uma forma de energia em trânsito.

04) Os organismos autótrofos, como algas e plantas, conseguem transformar a energia química do ATP em energia luminosa, obedecendo à lei da conservação da energia.

08) A transformação da energia química do ATP em energia mecânica, como na contração muscular em um mamífero, obedece à primeira lei da termodinâmica.

16) De acordo com a primeira lei da termodinâmica, pode-se dizer que o princípio da conservação da energia é válido para qualquer sistema físico isolado.

2. (Ufba 2011) A tecnologia é o eixo comum que perpassa todas as dimensões. Em um mundo que, a cada dia, nos confunde mais, onde é difícil se dizer o que é real, o que é ficção ou o que é virtual, fica muito mais complexo definirmos um conceito para esclarecê-la de forma objetiva. (MARTINS, 2010). A aplicação tecnológica de uma descoberta científica pode levar muito tempo. Assim, por exemplo, da descoberta da penicilina decorreram quase 30 anos; da energia nuclear, 26 anos; da cópia Xerox, 15 anos. (FELTRE, 2004, p. 67). Considerando-se que a vida em uma sociedade tecnológica condiciona o ser humano a ampliar os limites das ciências na busca de um espaço comum, a análise da construção do conhecimento científico e sua aplicação às diversas atividades humanas permite afirmar: 01) A elaboração de uma teoria é um processo dinâmico

que envolve novos conhecimentos construídos ao longo da História, como se configura no neodarwinismo.

02) A constatação de que “mantendo-se a temperatura absoluta constante, os volumes dos gases são inversamente proporcionais às pressões que suportam” resume a Teoria Geral dos Gases.

04) Os hiatos entre as descobertas científicas e suas aplicações são causados pela falta de comunicação entre os componentes da comunidade científica.

08) A máquina a vapor que impulsionou a Revolução Industrial está alicerçada na segunda lei da termodinâmica, porque possibilita a transformação integral de calor em trabalho útil.

16) As fibras ópticas utilizadas na medicina apresentam a razão entre o índice de refração do núcleo e o índice de refração do revestimento maior que um, o que possibilita o transporte de informações.

32) Pasteur, ao manter estéril os líquidos contidos nos famosos frascos de pescoço de cisne — em experimento clássico sobre biogênese —, contribuiu

para o desenvolvimento de técnicas para a conservação de alimentos.

3. (Ita 2013) Um mol de um gás ideal sofre uma expansão adiabática reversível de um estado inicial cuja pressão é Pi e o volume é Vi para um estado final em que a pressão é Pf e

o volume é Vf. Sabe-se que p vC Cγ é o expoente de

Poisson, em que Cp e Cv são os respectivos calores molares a pressão e a volume constantes. Obtenha a expressão do trabalho realizado pelo gás em função de Pi, Vi, Pf, Vf e .γ

4. (Ime 2013) Um industrial deseja lançar no mercado uma máquina térmica que opere entre dois reservatórios térmicos cujas temperaturas são 900 K e 300 K, com rendimento térmico de 40% do máximo teoricamente admissível. Ele adquire os direitos de um engenheiro que depositou uma patente de uma máquina térmica operando em um ciclo termodinâmico composto por quatro processos descritos a seguir: Processo 1 – 2: processo isovolumétrico com aumento de

pressão: i i i fV ,p V ,p .

Processo 2 – 3: processo isobárico com aumento de

volume: i f f fV ,p V ,p .

Processo 3 – 4: processo isovolumétrico com redução de

pressão: f f f iV ,p V ,p .

Processo 4 – 1: processo isobárico com redução de volume:

f i i iV ,p V ,p .

O engenheiro afirma que o rendimento desejado é obtido

para qualquer valor de f

i

p1

p desde que a razão entre os

volumes f

i

V

V seja igual a 2. Porém, testes exaustivos do

protótipo da máquina indicam que o rendimento é inferior ao desejado. Ao ser questionado sobre o assunto, o engenheiro argumenta que os testes não foram conduzidos de forma correta e mantém sua afirmação original. Supondo que a substância de trabalho que percorre o ciclo 1-2-3-4-1 seja um gás ideal monoatômico e baseado em uma análise termodinâmica do problema, verifique se o rendimento desejado pode ser atingido. 5. (Ime 2013)

A figura acima representa um sistema, inicialmente em equilíbrio mecânico e termodinâmico, constituído por um recipiente cilíndrico com um gás ideal, um êmbolo e uma mola. O êmbolo confina o gás dentro do recipiente. Na condição inicial, a mola, conectada ao êmbolo e ao ponto fixo A, não exerce força sobre o êmbolo. Após 3520 J de calor serem fornecidos ao gás, o sistema atinge um novo estado de equilíbrio mecânico e termodinâmico, ficando o êmbolo a uma altura de 1,2 m em relação à base do cilindro. Determine a pressão e a temperatura do gás ideal: Observação: Considere que não existe atrito entre o cilindro e o êmbolo. Dados: Massa do gás ideal: 0,01 kg; Calor específico a volume constante do gás ideal: 1.000 J/kg.K; Altura inicial do êmbolo em relação à base do cilindro: X1 = 1 m; Área da base do êmbolo: 0,01 m

2; Constante elástica da mola: 4.000

N/m; Massa do êmbolo: 20 kg; Aceleração da gravidade: 10 m/s

2; Pressão atmosférica: 100.000 Pa.

a) na condição inicial; b) no novo estado de equilíbrio. 6. (Epcar (Afa) 2013) Uma máquina térmica funciona fazendo com que 5 mols de um gás ideal percorra o ciclo ABCDA representado na figura.

Sabendo-se que a temperatura em A é que os

calores específicos molares do gás, a volume constante e a

pressão constante, valem, respectivamente, e

e que R vale aproximadamente o rendimento

dessa máquina, em porcentagem, está mais próximo de a) 12 b) 15 c) 18 d) 21

227 C,

2 3R 5 2R

8 J mol K,

7. (Ueg 2013) Dentro de um cilindro com pistão móvel está confinado um gás monoatômico. Entre a parte superior, fixa, do cilindro e o pistão existe uma barra

extremamente fina de metal, de comprimento 0l , com

coeficiente de dilatação linear ,α ligada por um fio

condutor de calor a uma fonte térmica. A barra é aquecida por uma temperatura τ que provoca uma

dilatação linear l,Δ empurrando o pistão que comprime

o gás. Como a área da base do cilindro é A e o sistema sofre uma transformação isobárica a uma pressão ,π o trabalho realizado é igual a: a) 0Alπτα

b) 2 2 20A lπ τ α

c) 20Alπ τα

d) 0Al 2πτα

8. (Ita 2013) A figura mostra um sistema, livre de qualquer força externa, com um êmbolo que pode ser deslocado sem atrito em seu interior. Fixando o êmbolo e preenchendo o recipiente de volume V com um gás ideal a pressão P, e em seguida liberando o êmbolo, o gás expande-se adiabaticamente. Considerando as respectivas massas mc, do cilindro, e me, do êmbolo, muito maiores que a massa mg do gás, e sendo γ o expoente de Poisson, a variação da

energia interna U do gás quando a velocidade do cilindro

for vc é dada aproximadamente por

a) 3PV 2.γ

b) 3PV 2 1 .γ

c) 2c e c c em m m v 2m .

d) 2c e cm m v 2.

e) 2e e c c cm m m v 2m .

9. (Upe 2013) Uma máquina térmica opera de acordo com o ciclo dado pela figura a seguir, onde possui duas curvas adiabáticas, AB e CD. De B para C, o calor é absorvido da fonte quente. Considerando que o gás utilizado pela máquina é ideal, assinale a alternativa que mostra o rendimento dessa máquina.

Informações: Cp

Cvγ

a)

C B

0 0

C B

0 0

V V

V V11

V V

V V

γ γ

γ

b)

C B

0 0

C B

0 0

V V

V V1

V V

V V

γ γ

γ

c)

C B

0 0

C B

0 0

V V

V V11

V V

V V

γ γγ

d)

C B

0 0

C B

0 0

V V

V V1

V V

V V

γ γγ

e)

C B

0 0

1

V V

V V

γ γ

γ

10. (Ufrgs 2013) Um projeto propõe a construção de três máquinas térmicas, M1, M2 e M3, que devem operar entre as temperaturas de 250 K e 500 K, ou seja, que tenham rendimento ideal igual a 50%. Em cada ciclo de funcionamento, o calor absorvido por todas é o mesmo: Q = 20 kJ, mas espera-se que cada uma delas realize o trabalho W mostrado na tabela abaixo.

Máquina W

M1 20 kJ

M2 12 kJ

M3 8 kJ

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, verifica-se que somente é possível a construção da(s) máquina(s) a) M1. b) M2. c) M3. d) M1 e M2. e) M2 e M3.