Download - Fisica termometria

Inclusão para a Vida Física B

Pré-Vestibular da UFSC 1

UNIDADE 1

TERMOMETRIA

Temperatura

É a grandeza física que mede o estado de agitação das

partículas de um corpo, caracterizando o seu estado

térmico.

Calor É o nome que a energia térmica recebe quando passa de

um corpo de maior temperatura para outro de menor

temperatura, ou seja, energia térmica em trânsito.

Equilíbrio Térmico

Dois ou mais corpos estão em equilíbrio térmico quando

possuem a mesma temperatura.

Escalas Termométricas

Escala Fahrenreit

Escala Kelvis

Escala Celsius

Lembre-se:

Ponto de Gelo – temperatura em que a água congela

(pressão normal)

Ponto de Vapor – temperatura em que a água evapora

(pressão normal)

Obs.: A escala Kelvin é também conhecida por escala

absoluta ou escala termodinâmica. Ela tem origem no

zero absoluto e não existe temperatura inferior a esta.

Conversão entre Escalas

5

273

9

32

5

tktftc

Variação de Temperatura (ΔT)

ΔTC = ΔTK

9. ΔTC = 5. ΔTF

Exercícios de Sala

1. Em relação à termometria, é certo dizer que:

a) - 273 K representa a menor temperatura possível de ser

atingida por qualquer substância.

b) a quantidade de calor de uma substância equivale à sua

temperatura.

c) em uma porta de madeira, a maçaneta metálica está

sempre mais fria que a porta.

d) a escala Kelvin é conhecida como absoluta porque só

admite valores positivos.

e) o estado físico de uma substância depende

exclusivamente da temperatura em que ela se

encontra.

2. Um termômetro é encerrado dentro de um bulbo de

vidro onde se faz vácuo. Suponha que o vácuo seja

perfeito e que o termômetro esteja marcando a

temperatura ambiente, 25°C. Depois de algum tempo, a

temperatura ambiente se eleva a 30°C. Observa-se, então,

que a marcação do termômetro:

a) eleva-se também, e tende a atingir o equilíbrio térmico

com o ambiente.

b) mantém-se a 25°C, qualquer que seja a temperatura

ambiente.

c) tende a reduzir-se continuamente, independente da

temperatura ambiente.

d) vai se elevar, mas nunca atinge o equilíbrio térmico

com o ambiente.

e) tende a atingir o valor mínimo da escala do

termômetro.

Tarefa Mínima

3) Os termômetros são

instrumentos utilizados

para efetuarmos medidas

de temperaturas. Os mais

comuns se baseiam na

variação de volume

sofrida por um líquido considerado ideal, contido num

tubo de vidro cuja dilatação é desprezada. Num

termômetro em que se utiliza mercúrio, vemos que a

coluna desse líquido "sobe" cerca de 2,7 cm para um

aquecimento de 3,6°C. Se a escala termométrica fosse a

Fahrenheit, para um aquecimento de 3,6°F, a coluna de

mercúrio "subiria":

a) 11,8 cm c) 2,7 cm e) 1,5 cm

b) 3,6 cm d) 1,8 cm

4. O gráfico a seguir relaciona as escalas termométricas

Celsius e Fahrenheit. Um termômetro graduado na escala

Celsius indica uma temperatura de 20°C. A

Correspondente indicação de um termômetro graduado na

escala Fahrenheit é:

a) 22°F b) 50°F c) 68°F

d) 80°F e) 222°F

5. Com relação aos conceitos de calor, temperatura e

energia interna, assinale a(s) proposição(ões) correta(s).

01. Associa-se a existência de calor a qualquer corpo, pois

todo corpo possui calor.



02. Para se admitir a existência de calor são necessários,

pelo menos, dois sistemas.

04. Calor é a energia contida em um corpo.

08. Quando as extremidades de uma barra metálica estão

a temperaturas diferentes, a extremidade submetida à

temperatura maior contém mais calor do que a outra.

16. Duas esferas de mesmo material e de massas

diferentes, após ficarem durante muito tempo em um

forno a 160 oC, são retiradas deste e imediatamente

colocadas em contato. Logo, pode-se afirmar que o

calor contido na esfera de maior massa passa para a de

menor massa.

32. Se colocarmos um termômetro, em um dia em que a

temperatura está a 25 oC, em água a uma temperatura

mais elevada, a energia interna do termômetro

aumentará.

6. Em um determinado dia, a temperatura mínima em

Belo Horizonte foi de 15 °C e a máxima de 27 °C. A

diferença entre essas temperaturas, na escala kelvin, é de

a) 12. b) 21. c) 263. d) 285.

UNIDADE 2

DILATAÇÃO TÉRMICA DOS

SÓLIDOS E LÍQUIDOS

Dilatação Linear:

L = Li t

Dilatação Superficial:

A = Ai t

= 2

Dilatação Volumétrica:

V = Vi. . t

= 3

Exercícios de Sala

1. Você é convidado a projetar uma ponte metálica, cujo

comprimento será de 2,0 km. Considerando os efeitos de

contração e expansão térmica para temperaturas no

intervalo de - 40 °F a 110 °F e que o coeficiente de

dilatação linear do metal é de 12 × 10-6

°C-1

, qual a

máxima variação esperada no comprimento da ponte? (O

coeficiente de dilatação linear é constante no intervalo de

temperatura considerado).

a) 9,3 m c) 3,0 m e)

6,5 m

b) 2,0 m d) 0,93 m

2. Uma bobina contendo 2000 m de fio de cobre medido

num dia em que a temperatura era de 35 °C, foi utilizada e

o fio medido de novo a 10 °C. Esta nova medição

indicou:

a) 1,0 m a menos d) 20 m a menos

b) 1,0 m a mais e) 20 mm a mais

c) 2000 m

Tarefa Mínima

3. Uma barra de metal tem comprimento igual a 10,000 m

a uma temperatura de 10,0 °C e comprimento igual a

10,006 m a uma temperatura de 40 °C. O coeficiente de

dilatação linear do metal é

a) 1,5 × 10-4

°C-1

d) 2,0 × 10-6

°C-1

b) 6,0 × 10-4

°C-1

e) 3,0 × 10-6

°C-1

c) 2,0 × 10-5

°C-1

4. A figura a seguir representa uma lâmina bimetálica. O

coeficiente de dilatação linear do metal A é a metade do

coeficiente de dilatação linear do metal B. À temperatura

ambiente, a lâmina está na vertical.

Se a temperatura for aumentada em

200 °C, a lâmina:

a) continuará na vertical.

b) curvará para a frente.

c) curvará para trás.

d) curvará para a direita.

e) curvará para a esquerda.

5. O gráfico a seguir representa

a variação, em milímetros, do

comprimento de uma barra

metálica, de tamanho inicial

igual a 1 000 m, aquecida em

um forno industrial. Qual é o

valor do coeficiente de

dilatação térmica linear do material de que é feita a barra,

em unidades de 10-6

/°C?

6. Ao se aquecer de 1 °C uma haste metálica de 1 m, o

seu comprimento aumenta de 2.10-2

mm. O aumento do

comprimento de outra haste do mesmo metal, de medida

inicial 80 cm, quando a aquecemos de 20 °C, é:

a) 0,23 mm. c) 0,56 mm. e) 0,76 mm.

b) 0,32 mm. d) 0,65 mm.

7. Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular

no qual foi colocado um pino, também de alumínio, com

grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500 °C,

simultaneamente. Podemos afirmar que

a) a folga irá aumentar, pois o pino ao ser aquecido irá

contrair-se.

b) a folga diminuirá, pois ao aquecermos a chapa a área



do orifício diminui.

c) a folga diminuirá, pois o pino se dilata muito mais que

o orifício.

d) a folga irá aumentar, pois o diâmetro do orifício

aumenta mais que o diâmetro do pino.

e) a folga diminuirá, pois o pino se dilata, e a área do

orifício não se altera.

8. O coeficiente de dilatação térmica do alumínio (Aℓ) é,

aproximadamente, duas vezes o coeficiente de dilatação

térmica do ferro (Fe). A figura mostra duas peças onde

um anel feito de um desses

metais envolve um disco feito do

outro. Á temperatura ambiente,

os discos estão presos aos anéis.

Se as duas peças forem

aquecidas uniformemente, é correto afirmar que

a) apenas o disco de Aℓ se soltará do anel de Fe.

b) apenas o disco de Fe se soltará do anel de Aℓ.

c) os dois discos se soltarão dos respectivos anéis.

d) os discos não se soltarão dos anéis.

9. A figura a seguir ilustra um arame

rígido de aço, cujas extremidades

estão distanciadas de "L".

Alterando-se sua temperatura, de

293K para 100°C, podemos afirmar

que a distância "L":

a) diminui, pois o arame aumenta de comprimento

fazendo com que suas extremidades fiquem mais

próximas.

b) diminui, pois o arame contrai com a diminuição da

temperatura.

c) aumenta, pois o arame diminui de comprimento

fazendo com que suas extremidades fiquem mais

afastadas.

d) não varia, pois a dilatação linear do arame é

compensada pelo aumento do raio "R".

e) aumenta, pois a área do círculo de raio "R" aumenta

com a temperatura.

UNIDADE 3

CALORIMETRIA

A relação entre a caloria e o joule é:

1 cal = 4,186 joules

CAPACIDADE TÉRMICA

Q = C (Δt)

Onde C é uma constante chamada de capacidade térmica

do corpo.

C =

Q

______

_

Δt

C = m . c (II)

CALOR SENSÍVEL

O calor sensível é responsável pela variação da

temperatura de um corpo.

Q = m . c (Δt) (III)

Dessa equação tiramos:

c

=

Q

--------

m . Δt

TROCAS DE CALOR

Qrec + Qced = 0

MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO

TIPOS DE MUDANÇAS

CALOR DE TRANSFORMAÇÃO

Q = m L

Da equação Q = mL

tiramos:

CURVA DE AQUECIMENTO

Podemos fazer um gráfico da temperatura em função da

quantidade de calor fornecido

Exercícios de Sala

1. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g.°C

Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia

térmica liberada por 1000 gramas de água que diminuem

a sua temperatura de 1 °C, sofre um acréscimo de



temperatura de 10 °C. O calor específico do bloco, em

cal/g.°C, é:

a) 0,2 c) 0,15 e) 0,01

b) 0,1 d) 0,05

2. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g°C

Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na

queima de uma unidade de massa do combustível. O calor

de combustão do gás de cozinha é 6000 kcal/kg.

Aproximadamente quantos litros de água à temperatura de

20 °C podem ser aquecidos até a temperatura de 100 °C

com um bujão de gás de 13 kg?

Despreze perdas de calor:

a) 1L c) 100 L e) 6000 L

b) 10L d) 1000 L

Tarefa Mínima

3. Um frasco contém 20 g de água a 0 °C. Em seu interior

é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80 °C. Os

calores específicos da água e do alumínio são

respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C.

Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o

meio ambiente, a temperatura de equilíbrio desta mistura

será

a) 60 °C c) 40 °C e) 10 °C

b) 16 °C d) 32 °C

4. A temperatura de dois corpos M e N, de massas iguais

a 100 g cada, varia com o calor recebido como indica o

gráfico a seguir. Colocando N a 10 °C em contato com M

a 80 °C e admitindo que a troca de calor ocorra somente

entre eles, a temperatura final de equilíbrio, em °C, será

a) 60

b) 50

c) 40

d) 30

e) 20

5. Uma fonte térmica, de potência constante e igual a 20

cal/s, fornece calor a um corpo sólido de massa 100 g. A

variação de temperatura š do corpo em função do tempo t

é dada pelo gráfico a seguir.

O calor específico da substância que constitui o corpo, no

estado líquido, em cal/g°C, vale

a) 0,05 c) 0,20 e) 0,40

b) 0,10 d) 0,30

6. Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em

contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio

ambiente, pode-se dizer que:

a) o corpo maior é o mais quente.

b) o corpo menor é o mais quente.

c) não há troca de calor entre os corpos.

d) o corpo maior cede calor para o corpo menor.

e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.

7. Certo volume de um líquido A, de massa M e que está

inicialmente a 20 °C, é despejado no interior de uma

garrafa térmica que contém uma massa 2M de outro

líquido, B, na temperatura de 80 °C. Se a temperatura

final da mistura líquida resultante for de 40 °C, podemos

afirmar que a razão CA/CB entre os calores específicos

das substâncias A e B vale:

a) 6 c) 3 e) 1/3

b) 4 d) 1/2

8. O gráfico a seguir representa o calor absorvido por

dois corpos sólidos M e N em função da temperatura. A

capacidade térmica do corpo M, em relação à do corpo N,

vale

a) 1,4

b) 5,0

c) 5,5

d) 6,0

e) 7,0

9. A figura a seguir representa a temperatura de um

líquido não-volátil em função da quantidade de calor por

ele absorvida. Sendo a massa do líquido 100 g e seu calor

específico 0,6 cal/g°C, qual o valor em °C da temperatura

T³?

10. Analise as seguintes afirmações sobre conceitos de

termologia:

I - Calor é uma forma de energia.

II - Calor é o mesmo que temperatura.

III - A grandeza que permite informar se dois corpos estão

em equilíbrio térmico é a temperatura.

Está(ão) correta(s) apenas:

a) I. c) III. e) I e III.

b) II. d) I e II.

11. O gráfico a seguir representa a quantidade de calor

absorvida por dois objetos A e B ao serem aquecidos, em

função de suas temperaturas.



Observe o gráfico e assinale a(s) proposição(ões)

correta(s).

01. A capacidade térmica do objeto A é maior que a do

objeto B.

02. A partir do gráfico é possível determinar as

capacidades térmicas dos objetos A e B.

04. Pode-se afirmar que o calor específico do objeto A é

maior que o do objeto B.

08. A variação de temperatura do objeto B, por caloria

absorvida, é maior que a variação de temperatura do

objeto A, por caloria absorvida.

16. Se a massa do objeto A for de 200 g, seu calor

específico será 0,2 cal/g°C.

12. Assinale a(s) proposição(ões) correta(s) em relação a

alguns fenômenos que envolvem os conceitos de

temperatura, calor, mudança de estado e dilatação

térmica.

01. A temperatura de um corpo é uma grandeza física

relacionada à densidade do corpo.

02. Uma substância pura ao receber calor ficará

submetida a variações de temperatura durante a fusão

e a ebulição.

04. A dilatação térmica é um fenômeno específico dos

líquidos, não ocorrendo com os sólidos.

08. Calor é uma forma de energia.

16. O calor se propaga no vácuo.

UNIDADE 4

TRANSMISSÃO DE CALOR

CONDUÇÃO DE CALOR

FLUXO DE CALOR

O fluxo de calor através da superfície S é definido

por:

A experiência mostra que o fluxo de calor através da barra

é dado por:

CONVECÇÃO

IRRADIAÇÃO

Exercícios de Sala

1. Indique a alternativa que associa corretamente o tipo

predominante de transferência de calor que ocorre nos

fenômenos, na seguinte seqüência:

- Aquecimento de uma barra de ferro quando sua

extremidade é colocada numa chama acesa.

- Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol.

- Vento que sopra da terra para o mar durante a noite.

a) convecção - condução - radiação.

b) convecção - radiação - condução.

c) condução - convecção - radiação.

d) condução - radiação - convecção.

e) radiação - condução - convecção.

2. Sabe-se que o calor específico da água é maior que o

calor específico da terra e de seus constituintes (rocha,

areia, etc.). Em face disso, pode-se afirmar que, nas

regiões limítrofes entre a terra e o mar:

a) durante o dia, há vento soprando do mar para a terra e,

à noite, o vento sopra no sentido oposto.

b) o vento sempre sopra sentido terra-mar.

c) durante o dia, o vento sopra da terra para o mar e à

noite o vento sopra do mar para a terra.



d) o vento sempre sopra do mar para a terra.

e) não há vento algum entre a terra e o mar.

Tarefa Mínima

3. Uma estufa para flores, construída em alvenaria, com

cobertura de vidro, mantém a temperatura interior bem

mais elevada do que a exterior. Das seguintes afirmações:

I - O calor entra por condução e sai muito pouco por

convecção

II - O calor entra por radiação e sai muito pouco por

convecção

III - O calor entra por radiação e sai muito pouco por

condução

IV - O calor entra por condução e convecção e só pode

sair por radiação

A(s) alternativa(s) que pode(m) justificar a elevada

temperatura do interior da estufa é(são):

a) I, III c) IV e) II

b) I, II d) II, III

4. Calor é uma forma de energia que é transferida entre

dois sistemas quando entre eles existe uma diferença de

temperatura, e a transferência pode ocorrer por condução,

convecção ou radiação. A respeito deste assunto, assinale

o que for correto.

01. Na condução, a transferência de calor ocorre de

partícula a partícula, dentro de um corpo ou entre dois

corpos em contato.

02. A transferência de calor em um meio fluido ocorre por

convecção.

04. Na radiação, a transferência de calor entre dois

sistemas ocorre através de ondas eletromagnéticas.

08. O fluxo de calor através de um corpo é inversamente

proporcional à sua espessura.

5. Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira

observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas

não a queima ao tocar no bolo. Considerando essa

situação, é correto afirmar que isso ocorre porque:

a) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do

bolo.

b) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais

rápida que entre o bolo e a mão.

c) o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois

de os dois serem retirados do forno.

d) o tabuleiro retém mais calor que o bolo.

6. O uso mais popular de energia solar está associado ao

fornecimento de água quente para fins domésticos. Na

figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água

constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa

termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais

absorvem energia solar.

A. Hinrichs e M.

Kleinbach. "Energia e

meio ambiente". São

Paulo: Thompson, 3•

ed., 2004, p. 529 (com

adaptações).

Nesse sistema de aquecimento,

a) os tanques, por serem de cor preta, são maus

absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia.

b) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e

reduz a perda de energia térmica utilizada para o

aquecimento.

c) a água circula devido à variação de energia luminosa

existente entre os pontos X e Y.

d) a camada refletiva tem como função armazenar energia

luminosa.

e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se

mantenha constante a temperatura no interior da caixa.

7. Com relação aos processos de transferência de calor,

considere as seguintes afirmativas:

1 - A condução e a convecção são processos que

dependem das propriedades do meio material no qual

ocorrem.

2 - A convecção é um processo de transmissão de calor

que ocorre somente em metais.

3 - O processo de radiação está relacionado com a

propagação de ondas eletromagnéticas.

Assinale a alternativa correta.

a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira.

b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira.

c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira.

d) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.

e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.

UNIDADE 5

GASES PERFEITOS

Variáveis do estado de um gás.

Pressão resultado dos choques consecutivos das

moléculas nas paredes do recipiente.

Volume É dado pelo volume do recipiente onde o gás

está contido.

Temperatura Mede a agitação das moléculas do gás.

OBS.: No estudo dos gases devemos usar a temperatura

absoluta (em Kelvin).

Equação de Clapeyron:

nRTV.p

Onde : n = m/M



Kmol

Cal

Kmol

T

Kmol

latmR

.

2

.31,8

.

.082,0

Lei geral dos gases perfeitos (N1 = N2)

2

22

1

11

T

V.P

T

VP

Lei geral dos gases perfeitos (N1≠ N2)

2

.

1 2

22

1

11

nT

VP

nT

VP

Transformações Gasosas

Isotérmica (Boyle – Mariotte)

Características:

Temperatura permanece constante.

P e V são inversamente proporcionais

Isobárica (Charles)

Características:

Pressão permanece constante.

V e T são diretamente proporcionais.

Isométrica, Isovolumétrica ou Isocórica (Gay Lussac)

Características:

Volume permanece constante.

P e T são diretamente proporcionais

Adiabática

Característica:

Não ocorre troca de calor entre o sistema e o meio.

Exercícios de Sala

1. Antes de iniciar uma viagem, um motorista cuidadoso

calibra os pneus de seu carro, que estão à temperatura

ambiente de 27 °C, com uma pressão de 30 lb/pol2. Ao

final da viagem, para determinar a temperatura dos pneus,

o motorista mede a pressão dos mesmos e descobre que

esta aumentou para 32 lb/pol2. Se o volume dos pneus

permanece inalterado e se o gás no interior é ideal, o

motorista determinou a temperatura dos pneus como

sendo:

a) 17 °C c) 37 °C e) 57 °C

b) 27 °C d) 47 °C

Tarefa Mínima

2. Quando o balão do capitão Stevens começou sua

ascensão, tinha, no solo, à pressão de 1 atm, 75000 m3 de

hélio. A 22 km de altura, o volume do hélio era de

1500000 m3. Se pudéssemos desprezar a variação de

temperatura, a pressão (em atm) a esta altura valeria:

a) 1/20 b) 1/5 c) 1/2 d) 1 e) 20

3. Uma amostra de gás perfeito foi submetida às

transformações indicadas no diagrama PV a seguir.

Nessa seqüência de transformações, os estados de maior

e de menor temperatura foram respectivamente:

a) 1 e 2

b) 1 e 3

c) 2 e 3

d) 3 e 4

e) 3 e 5

4. Um gás perfeito está sob pressão de 20 atm, na

temperatura de 200 K e apresenta um volume de 40 litros.

Se o referido gás tiver sua pressão alterada para 40 atm,

na mesma temperatura, qual será o novo volume?

5. A respeito do funcionamento da panela de pressão,

assinale o que for correto.

01. De acordo com a lei dos gases, as variáveis envolvidas

nos processos são: pressão, volume e temperatura.

02. O aumento da pressão no interior da panela afeta o

ponto de ebulição da água.

04. A quantidade de calor doado ao sistema deve ser

constante, para evitar que a panela venha a explodir.

08. O tempo de cozimento dos alimentos dentro de uma

panela de pressão é menor porque eles ficam

submetidos a temperaturas superiores a 100 °C.

6. Para se realizar uma determinada experiência foram

seguidos os seguintes procedimentos:

- Colocou-se um pouco de água em uma lata, com uma

abertura na parte superior destampada, a qual é, em

seguida aquecida, como mostrado na Figura I;

- Depois que a água ferveu e o interior da lata ficou

totalmente preenchido com vapor, esta é tampada e

retirada do fogo;

- Em seguida, despeja-se água fria sobre a lata e observa-

se que ela se contrai bruscamente, como mostrado na

Figura II.

Com base nessas informações, é correto afirmar que, na

situação descrita, a contração ocorre porque:

a) a água fria provoca uma contração do metal das

paredes da lata.

b) a lata fica mais frágil ao ser aquecida.

c) a pressão atmosférica esmaga a lata.

d) o vapor frio, no interior da lata, puxa suas paredes para

dentro.

7. Regina estaciona seu carro, movido a gás natural, ao

Sol. Considere que o gás no reservatório do carro se

comporta como um gás ideal. Assinale a alternativa cujo

gráfico MELHOR representa a pressão em função da



temperatura do gás na situação descrita.

8. Um "freezer" é programado para manter a temperatura

em seu interior a -19°C. Ao ser instalado, suponha que a

temperatura ambiente seja de 27°C. Considerando que o

sistema de fechamento da porta a mantém

hermeticamente fechada, qual será a pressão no interior

do "freezer" quando ele tiver atingido a temperatura para

a qual foi programado?

a) 0,72 atm d) 0,89 atm

b) 0,78 atm e) 0,94 atm

c) 0,85 atm

9. Um gás ideal sofre uma compressão adiabática durante

a qual sua temperatura absoluta passa de T para 4T.

Sendo P a pressão inicial, podemos afirmar que a pressão

final será

a) menor do que P.

b) igual a P.

c) igual a 2 P.

d) igual a 4 P.

e) maior do que 4 P.

UNIDADE 6

TERMODINÂMICA

Trabalho Termodinâmico ( W)

VpW . Só pode ser usada quando a pressão se

mantém constante.

AW

1) Trabalho positivo = o

gás realiza ou cede

trabalho.

2) Trabalho negativo =

o gás sofre ou recebe

trabalho.

Energia interna de um gás ideal

TRnU ..2

3 .

Primeira Lei da Termodinâmica

UWQ .

Princípio da Conservação da Energia.

OBS: Isotérmica: WQ

Adiabática ∆U = - W

Isocórica: UQ

Transformação Cíclica

É aquela em que o gás sofre diversas

transformações retornando as suas condições iniciais.

0

P

V

Área = wA

B

C

Em um ciclo a variação da energia interna é zero

( 0U ).

Máquinas térmicas

São dispositivos que

convertem calor em

trabalho e vice-versa:

máquinas a vapor,

motores a explosão,

refrigerados, etc.

2ª Lei da Termodinâmica: O calor flui

espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de

menor temperatura.

Não podemos ter uma maquina térmica com rendimento

de 100%.

1Q

Wn ou

1

21Q

Qn

Ciclo de Carnot

2

11

T

Tn

MÁQUINA

Q 1

Q 2

FONTE FRIA

FONTE QUENTE

Calor

recebido

Trabalho

realizado

W

Calor

cedido



Exercícios de Sala

1. Sem variar sua massa, um gás ideal sofre uma

transformação a volume constante. É correto afirmar que:

a) a transformação é isotérmica.

b) a transformação é isobárica.

c) o gás não realiza trabalho.

d) sua pressão diminuirá se a temperatura do gás

aumentar.

e) a variação de temperatura do gás será a mesma em

qualquer escala termométrica.

Tarefa Mínima

2. O biodiesel resulta da reação química desencadeada

por uma mistura de óleo vegetal com álcool de cana.

A utilização do biodiesel etílico como combustível no

país permitiria uma redução sensível nas emissões de

gases poluentes no ar, bem como uma ampliação da

matriz energética brasileira.

O combustível testado foi desenvolvido a partir da

transformação química do óleo de soja. É também

chamado de B-30 porque é constituído de uma proporção

de 30% de biodiesel e 70% de diesel metropolitano. O

primeiro diagnóstico divulgado considerou performances

dos veículos quanto ao desempenho, durabilidade e

consumo.

Um carro-teste consome 4,0 kg de biodiesel para realizar

trabalho mecânico. Se a queima de 1 g de biodiesel libera

5,0 × 103 cal e o rendimento do motor é de 15%, o

trabalho mecânico realizado, em joules, vale,

aproximadamente,

Dado: 1 cal = 4,2 joules

a) 7,2 × 105 d) 9,0 × 10

6

b) 1,0 × 106 e) 1,3 × 10

7

c) 3,0 × 106

3. Um mol de um gás ideal é aquecido, a pressão

constante, passando da temperatura Ti = 300 K para a

temperatura Tf = 350 K. O trabalho realizado pelo gás

durante esse processo é aproximadamente (o valor da

constante universal dos gases é R ≈ 8,31 J/(mol.K)) igual

a:

a) 104 J. c) 312 J. e)

520 J.

b) 208 J. d) 416 J.

4. A figura a seguir representa o gráfico pressão versus

volume da expansão isotérmica de um gás perfeito. É

correto afirmar que:

a) a curva apresentada é uma isobárica.

b) a área sombreada do gráfico representa numericamente

o trabalho realizado pelo gás ao se expandir.

c) a área sombreada é numericamente igual ao trabalho

realizado sobre o gás para sua expansão.

d) a curva do gráfico é uma isocórica.

4. Um sistema termodinâmico realiza o ciclo ABCA

representado a seguir:

O trabalho realizado pelo sistema no ciclo vale, em joules:

a) 2,5 × 105 d) 5,0 × 10

5

b) 4,0 × 105 e) 2,0 × 10

5

c) 3,0 × 105

5. A primeira lei da termodinâmica diz respeito à:

a) dilatação térmica.

b) conservação da massa.

c) conservação da quantidade de movimento.

d) conservação da energia.

e) irreversibilidade do tempo.

6. Considere as proposições a seguir sobre

transformações gasosas.

I - Numa expansão isotérmica de um gás perfeito, sua

pressão aumenta.

II - Numa compressão isobárica de um gás perfeito, sua

temperatura absoluta aumenta.

III - Numa expansão adiabática de um gás perfeito, sua

temperatura absoluta diminui.

Pode-se afirmar que apenas

a) I é correta. d) I e II são corretas.

b) II é correta. e) II e III são corretas.

c) III é correta.

7. Com relação às transformações sofridas por um gás

perfeito, assinale a alternativa incorreta.

a) Na transformação adiabática, a variação de energia

cinética das moléculas é nula.

b) Na transformação isobárica, não há variação da pressão

do gás.

c) Na transformação isotérmica, a energia cinética média

das moléculas não se altera.



d) Na transformação adiabática, não há troca de calor com

o meio exterior.

e) Na transformação isotérmica, há troca de calor com o

meio exterior.

8. Considere uma certa massa de um gás ideal em

equilíbrio termodinâmico. Numa primeira experiência,

faz-se o gás sofrer uma expansão isotérmica durante a

qual realiza um trabalho W e recebe 150J de calor do

meio externo. Numa segunda experiência, faz-se o gás

sofrer uma expansão adiabática, a partir das mesmas

condições iniciais, durante a qual ele realiza o mesmo

trabalho W.

Calcule a variação de energia interna ∆U do gás nessa

expansão adiabática.

9. Quando um gás ideal sofre uma expansão isotérmica,

a) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual ao

trabalho realizado pelo gás na expansão.

b) não troca energia na forma de calor com o meio

exterior.

c) não troca energia na forma de trabalho com o meio

exterior.

d) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual à

variação da energia interna do gás.

e) o trabalho realizado pelo gás é igual à variação da

energia interna do gás.

10. Um gás ideal sofre uma transformação: absorve 50cal

de energia na forma de calor e se expande realizando um

trabalho de 300J. Considerando 1cal=4,2J, a variação da

energia interna do gás é, em J, de:

a) 250 c) 510 e) 90

b) -250 d) -90

11. A respeito de conceitos relacionados à

Termodinâmica, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).

01. A energia interna de um gás ideal pode ser medida

diretamente.

02. Em algumas situações, calor é adicionado a uma

substância e não ocorre nenhuma variação de

temperatura. Tais situações não estão de acordo com a

definição usual de calor como sendo uma forma de

energia em trânsito devido a uma diferença de

temperatura.

04. É impossível a ocorrência de processos nos quais não

se transfira e nem se retire calor de um sistema e nos

quais a temperatura do sistema sofra variação.

08. Durante uma transformação isotérmica de um gás

ideal, existe equivalência entre o calor e o trabalho

trocados entre o sistema e o exterior.

16. A capacidade calorífica de um corpo representa a

quantidade de calor que o corpo pode estocar a uma

certa temperatura.

32. Durante uma transformação cíclica de um gás ideal,

existe equivalência entre o calor e o trabalho trocados

entre o sistema e o exterior.

64. Na passagem de um sistema de um estado inicial 1

para um estado final 2, a variação da energia interna

entre os dois estados depende do processo que

provocou tal passagem.

12. Os estudos científicos desenvolvidos pelo engenheiro

francês Nicolas Sadi Carnot (1796-1832) na tentativa de

melhorar o rendimento de máquinas térmicas serviram de

base para a formulação da segunda lei da termodinâmica.

Acerca do tema, considere as seguintes afirmativas:

1 - O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre

o trabalho realizado pela máquina num ciclo e o calor

retirado do reservatório quente nesse ciclo.

2 - Os refrigeradores são máquinas térmicas que

transferem calor de um sistema de menor temperatura

para outro a uma temperatura mais elevada.

3 - É possível construir uma máquina, que opera em

ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e

transformá-lo integralmente em trabalho.


a) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.

b) Somente a afirmativa 1 é verdadeira.

c) Somente a afirmativa 2 é verdadeira.

d) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras.

e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.

13. A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de

calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na

sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina

pode ter é de

a) 20%. d) 80%.

b) 25%. e) 100%.

c) 75%.

UNIDADE 7

ÓPTICA GEOMÉTRICA – ESPELHOS

PLANOS E ESFÉRICOS

Estuda os fenômenos luminosos.

Luz: Agente físico capaz de sensibilizar nossos órgãos

visuais (retina). Esta se propaga através de ondas

eletromagnéticas, isto é, podem viajar no vácuo (ausência

de matéria).

Fonte de Luz

Corpo luminoso: (Fonte Primária)- Emite luz própria.

o Incandescente : Quente

o Luminescente: Fria : Fluorescente e Fosforescente.

o Ex: Sol, lâmpada acesa e etc.

Corpo iluminado: (Fonte Secundária)- Reflete luz

recebida de outras fontes.

Ex: Lua, lâmpada apagada e etc.



Luz monocromática: possui apenas uma cor.

- Princípio da Óptica geométrica

- Princípios de propagação retilínea da Luz

Em meios transparentes e homogêneos, a luz se propaga

em linha reta.

- Princípio de Reversibilidade da Luz.

A trajetória da luz independe do sentido da propagação

- Princípio da Independência dos Raios Luminosos.

“Raios de luz que se cruzam não interferem entre si.”

Formação de Imagens em Espelhos planos

1- Imagens de um ponto

2- Imagens de um corpo extenso

- Imagem Virtual (Atrás do espelho)

Características da imagem no espelho plano 1- Imagem virtual (Atrás do espelho)

2- Mesmo tamanho do objeto

3- Imagem e objeto são eqüidistantes (mesma distância)

do espelho

4- Objeto e imagem são reversos (enantiomorfos)

Espelhos Esféricos

Equações dos Espelhos Esféricos

R = Raio de curvatura

f = Distância focal

R = 2f

p = Distância do objeto ao espelho

p' = Distância da imagem ao espelho

Equação dos Pontos Conjugados ( Eq. Gauss)

1/F = 1/p + 1/p'

Aumento Linear:

Se A = i/o e A = -p'/p , então, i/o = -p'/p

A = i/o = -p'/p = F/F-p



Raios Incidentes Notáveis

Côncavo Convexo

Exercícios de Sala

1. A figura adiante mostra uma vista superior de dois

espelhos planos montados verticalmente, um

perpendicular ao outro. Sobre o espelho O A incide um

raio de luz horizontal, no plano do papel, mostrado na

figura. Após reflexão nos dois espelhos, o raio emerge

formando um ângulo θ com a normal ao espelho OB. O

ângulo θ vale:

a) 0°

b) 10°

c) 20°

d) 30°

e) 40°

Tarefa Mínima

2. Aproveitando materiais recicláveis, como latas de

alumínio de refrigerantes e caixas de papelão de sapatos,

pode-se construir uma máquina fotográfica utilizando

uma técnica chamada "pin hole" (furo de agulha), que, no

lugar de lentes, usa um único furo de agulha para captar a

imagem num filme fotográfico. As máquinas fotográficas

"pin hole" registram um mundo em imagens com um

olhar diferente. Um poste com 4 m de altura é fotografado

numa máquina "pin hole". No filme, a altura da imagem

do poste, em centímetros, é:

a) 12

b) 10

c) 8

d) 6

e) 4

3. A velocidade da luz, no vácuo, vale aproximadamente

3,0.108 m/s. Para percorrer a distância entre a Lua e a

Terra, que é de 3,9.105 km, a luz leva:

a) 11,7 s d) 1,3 s

b) 8,2 s e) 0,77 s

c) 4,5 s

4. Na figura a seguir, F é uma fonte de luz extensa e A

um anteparo opaco.

Pode-se afirmar que I, II e III são, respectivamente,

regiões de:

a) sombra, sombra e penumbra.

b) sombra, sombra e sombra.

c) penumbra, sombra e penumbra.

d) sombra, penumbra e sombra.

e) penumbra, penumbra e sombra.

5. No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas:

a) têm a mesma freqüência.

b) têm a mesma intensidade.

c) se propagam com a mesma velocidade.

d) se propagam com velocidades menores que a da luz.

e) são polarizadas.

6. Considere as seguintes afirmativas:

I- A água pura é um meio translúcido.

II- O vidro fosco é um meio opaco.

III- O ar é um meio transparente.

Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correta.

a) Apenas a afirmativa I é verdadeira.

b) Apenas a afirmativa II é verdadeira.

c) Apenas a afirmativa III é verdadeira.

d) Apenas as afirmativas I e a III são verdadeiras.

e) Apenas as afirmativas II e a III são verdadeiras.

7. Ana Maria, modelo profissional, costuma fazer ensaios

fotográficos e participar de desfiles de moda. Em trabalho

recente, ela usou um vestido que apresentava cor

vermelha quando iluminado pela luz do sol.

Ana Maria irá desfilar novamente usando o mesmo

vestido. Sabendo-se que a passarela onde Ana Maria vai

desfilar será iluminada agora com luz monocromática

verde, podemos afirmar que o público perceberá seu

vestido como sendo:

a) verde, pois é a cor que incidiu sobre o vestido.

b) preto, porque o vestido só reflete a cor vermelha.

c) de cor entre vermelha e verde devido à mistura das

cores.

d) vermelho, pois a cor do vestido independe da radiação

incidente.

8. Muitas vezes, ao examinar uma vitrina, é possível

observar não só os objetos que se encontram em

exposição atrás do vidro, como também a imagem de si

próprio formada pelo vidro, A formação dessa imagem

pode ser explicada pela.



a) reflexão parcial da luz.

b) reflexão total da luz.

c) refração da luz.

d) transmissão da luz.

e) difração da luz.

9. Uma câmara escura de orifício fornece a imagem de

um prédio, o qual se apresenta com altura de 5cm.

Aumentando-se de 100m a distância do prédio à câmara, a

imagem se reduz para 4cm de altura. Qual é a distância

entre o prédio e a câmara, na primeira posição?

a) 100 m c) 300 m e) 500 m

b) 200 m d) 400 m

10. Um menino, parado em relação ao solo, vê sua

imagem em um espelho plano E colocado à parede

traseira de um ônibus. Se o ônibus se afasta do menino

com velocidade de 2m/s, o módulo da velocidade da

imagem, em relação ao solo, é:

a) 4 m/s

b) 3 m/s

c) 2 m/s

d) 1 m/s

11. Quando colocamos um pequeno objeto real entre o

foco principal e o centro de curvatura de um espelho

esférico côncavo de Gauss, sua respectiva imagem

conjugada será:

a) real, invertida e maior que o objeto.

b) real, invertida e menor que o objeto.

c) real, direita e maior que o objeto.

d) virtual, invertida e maior que o objeto.

e) virtual, direita e menor que o objeto.

12. Se um espelho forma uma imagem real e ampliada de

um objeto, então o espelho é:

a) convexo e o objeto está além do foco.

b) convexo e o objeto está entre o foco e o espelho.

c) côncavo e o objeto está entre o foco e o centro do

espelho.

d) côncavo e o objeto está além do foco.

e) côncavo ou convexo e com o objeto entre o foco e o

centro do espelho.

13. Um objeto real, representado pela seta, é colocado em

frente a um espelho podendo ser plano ou esférico

conforme as figuras.

A imagem fornecida pelo espelho será virtual:

a) apenas no caso I.

b) apenas no caso II.

c) apenas nos casos I e II.

d) nos casos I e IV e V.

e) nos casos I, II e III.

UNIDADE 8

REFRAÇÃO DA LUZ

Índice de Refração Absoluto de um meio (N):

N = c / V

Índice de Refração Relativo:

NA,B = NA / NB = VB / VA

Leis da Refração:

o 1º - Raio Incidente (RI) , Reta Normal (N) e Raio

Refratado (RR) são coplanares;

o 2º - Snell Descartes:

N1 . Sen i = N2 . Sen r

Reflexão Total - Fibras Ópticas;

- Miragens;

Cálculo do ângulo limite (L):

Sen L = N(menor) / N (maior)

Dioptro Plano

Associação de dois meios com refringência diferentes,

separadas por uma superfície plana.

di / do = N(destino) / N(origem)



Exercícios de Sala

1. Na figura adiante, um raio de luz monocromático se

propaga pelo meio A , de índice de refração 2,0.

Dados: sen 37° = 0,60, sen 53° = 0,80

Devemos concluir que o índice de refração do meio B é:

a) 0,5 d) 1,5

b) 1,0 e) 2,0 e) 2,0

c) 1,2

Tarefa Mínima

2. Um raio luminoso incide sobre a superfície da água,

conforme a figura a seguir.

Qual alternativa representa o que acontece com o raio?

3.

Quando um raio de luz monocromática, proveniente de

um meio homogêneo, transparente e isótropo, identificado

por meio A, incide sobre a superfície de separação com

um meio B, também homogêneo, transparente e isótropo,

passa a se propagar nesse segundo meio, conforme mostra

a figura. Sabendo-se que o ângulo é menor que o

ângulo , podemos afirmar que:

a) no meio A a velocidade de propagação da luz é menor

que no meio B.

b) no meio A a velocidade de propagação da luz é sempre

igual à velocidade no meio B.

c) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior

que no meio B.

d) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior

que no meio B, somente se é o ângulo limite de

incidência.

e) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior

que no meio B, somente se é o ângulo limite de

refração.

4. Amanda segura um copo de vidro cheio de água. Um

raio luminoso monocromático vindo do ar com

velocidade de aproximadamente atravessa todo

o copo. Sobre este fenômeno, analise as afirmações a

seguir:

I - Ao entrar no vidro, a velocidade da onda luminosa

passa a ser maior do que .

II - ao entrar na água, a velocidade da onda luminosa

passa a ser menor do que .

III - Ao sair do copo, a velocidade da onda luminosa volta

a ser de .

IV - Durante todo o fenômeno, a freqüência da onda

luminosa permanece constante.

Assinale a única alternativa correta:

a) I. d) II, III e IV.

b) Apenas II. e) Apenas II e III.

c) Apenas III.

5. Um raio de luz monocromática, propagando-se num

meio transparente A, cujo índice de refração é nA, incide

na superfície S de separação com outro meio transparente

B, de índice de refração nB, e se refrata como mostra o

esquema a seguir.

Sendo i o ângulo de incidência e r o ângulo de refração,

analise as afirmações que seguem.

( ) Se i > r então nA > nB.

( ) A reflexão total pode ocorrer desde que a luz esteja

se propagando do meio mais refringente para o menos

refringente.

( ) O ângulo limite L para esse par de meios é tal que

senL=nB/nA.

( ) A lei de Snell-Descartes, da refração, para a situação

mostrada no esquema é expressa por: nA sen i=nBsen(r).

( ) Se nA> nB, a velocidade de propagação da luz é

maior no meio A que no B.

6. A figura a seguir mostra um lápis de comprimento AB,

parcialmente imerso na água e sendo observado por um

estudante. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

01. O estudante vê o lápis "quebrado" na interface ar-

água, porque o índice de refração da água é maior do

que o do ar.

02. O feixe luminoso proveniente do ponto B, ao passar

da água para o ar se afasta da normal, sofrendo

desvio.



04. O estudante vê o lápis "quebrado" na interface ar-

água, sendo o fenômeno explicado pelas leis da

reflexão.

08. O observador vê o lápis "quebrado" na interface ar-

água porque a luz sofre dispersão ao passar do ar para

a água.

16. O ponto B', visto pelo observador, é uma imagem

virtual.

UNIDADE 9

LENTES ESFÉRICAS

Lentes de bordas Finas (Delgadas):

- Se N(lente) > N(meio)

- Lente Convergente

- Fo>0

- Representação:

Lentes de Bordas Grossas:

- Se

N(lente) > N(meio)

- Lente Divergente

- Fo<0

- Representação:

Lentes Esféricas: Fórmulas

1/F = 1 / p’ + 1 / p

A = i/ o = - p’/ p = F / F- p

Exercícios de Sala

1. Um objeto, colocado entre o centro e o foco de uma

lente convergente, produzirá uma imagem:

a) virtual, reduzida e direita .

b) real, ampliada e invertida.

c) real, reduzida e invertida.

d) virtual, ampliada e direita.

2. Na figura a seguir, representam-se vários raios

luminosos que atravessam uma lente convergente. Dos

cinco raios representados, indique aquele que está

representado de maneira INCORRETA (F e F' são os

focos da lente):

a) 4 b) 5 c) 1 d) 2 e) 3

Tarefa Mínima

3. Quando um raio de luz monocromática passa

obliquamente pela superfície de separação de um meio

para outro mais refringente, o raio aproxima-se da normal

à superfície. Por essa razão, uma lente pode ser

convergente ou divergente, dependendo do índice de

refração do meio em que se encontra. As figuras 1 e 2

representam lentes com índice de refração n• imersas em

meios de índice de refração n‚, sendo N a normal à

superfície curva das lentes.

Considerando essas informações, conclui-se que:

a) a lente 1 é convergente se n2 < n1.

b) a lente 1 é convergente se n2 > n1.

c) a lente 2 é divergente se n2 > n1.

d) a lente 2 é convergente se n2 < n1.

e) as lentes 1 e 2 são convergentes se n1 = n2.

4. Um objeto (O) se encontra em frente à uma lente. Que

alternativa representa corretamente a formação da

imagem (I)?

5. A glicerina é uma substância transparente, cujo índice

de refração é praticamente igual ao do vidro comum. Uma

lente, biconvexa, de vidro é totalmente imersa num



recipiente com glicerina. Qual das figuras a seguir melhor

representa a transmissão de um feixe de luz através da

lente?

6. O esquema abaixo mostra a imagem projetada sobre

uma tela, utilizando um único instrumento óptico

"escondido" pelo retângulo sombreado. O tamanho da

imagem obtida é igual a duas vezes o tamanho do objeto

que se encontra a 15cm do instrumento óptico.

Nessas condições, podemos afirmar que o retângulo

esconde:

a) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é

de 30cm.

b) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de

45cm.

c) uma lente divergente, e a distância da tela à lente é de

30cm.

d) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de

30cm.

e) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é

de 45cm.

7. Um estudante, utilizando uma lente, consegue projetar

a imagem da chama de uma vela em uma parede branca,

dispondo a vela e a lente na frente da parede conforme a

figura.

Assinale a(s) proposição(ões) correta(s).

01. Tanto uma lente convergente quanto uma lente

divergente projetam a imagem de um ponto luminoso

real na parede.

02. A lente é convergente, necessariamente, porque

somente uma lente convergente fornece uma imagem

real de um objeto luminoso real.

04. A imagem é virtual e direita.

08. A imagem é real e invertida.

16. A lente é divergente, e a imagem é virtual para que

possa ser projetada na parede.

32. Se a lente é convergente, a imagem projetada na

parede pode ser direita ou invertida.

64. A imagem é real, necessariamente, para que possa ser

projetada na parede.

8. Um objeto é colocado a uma distância de 12cm de

uma lente delgada convergente, de 8cm de distância focal.

A distância, em centímetros, da imagem formada em

relação à lente é:

a) 24 b) 20 c) 12 d) 8 e) 4

UNIDADE 10

ONDULATÓRIA

Ondas

É qualquer perturbação que se propaga em um meio físico

ou no vácuo.

Propriedade fundamental da ondulatória:

- Ondas transmitem energia e não transmitem matéria.

Classificação:

1. Quanto à natureza: - Mecânicas;

- Eletromagnéticas;

2. Quanto à direção de vibração e direção de

propagação:

- Transversais . Vibram verticalmente e se propagam

horizontalmente;

- Longitudinais. Vibram e se propagam horizontalmente.

- Mistas. Vibram verticalmente e horizontalmente ao

mesmo tempo, ficando circular. Propagam-se

horizontalmente.

3. Quanto à frente de onda: - Circulares;

- Retas;

- Puntiformes;

- Esféricas;

4. Quanto à dimensão: - Unidimensional;

- Bidimensional;

- Tridimensional;

Reflexão e refração

Quando um pulso de uma corda atinge uma extremidade

(que pode ser fixa ou livre) nota-se que ele volta e, esse

fenômeno é denominado reflexão de um pulso.

Extremidade fixa:

Quando o pulso de uma corda se choca com uma

extremidade fixa, o pulso volta tendo sofrido um inversão

de fase, ou seja, reflexão com inversão de fase, onde o

suporte da corda exerce uma força de reação em sentido

contrário.



Extremidade livre:

Quando o pulso de corda atinge uma extremidade livre,

ele volta não sofrendo uma inversão de fase, isto é, sofre

uma reflexão sem inversão de fase. Isso acontece porque a

extremidade livre não exerceu a força de reação esperada

e, assim o eixo se movimenta para cima e para baixo

acompanhando o movimento do pulso.

Velocidade da onda

A velocidade da propagação da onda pode ser escrita da

seguinte maneira:

e sendo f = temos que .

Exercícios de Sala

1. Considere as seguintes afirmações, sobre o movimento

ondulatório:

I – Uma onda para a qual a direção de propagação é

perpendicular à direção de vibração é chamada de onda

transversal.

II – No vácuo todas as ondas eletromagnéticas têm a

mesma freqüência.

III – A propagação de uma onda envolve necessariamente

transporte de energia.

IV – A velocidade e a freqüência de uma onda não se

alteram quando ela passa de um meio para outro.


a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

b) Somente a afirmativa III é verdadeira.

c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.

e) Todas as afirmativas são falsas.

2. Uma onda transversal periódica, cujo comprimento de

onda é 40,0 cm, propaga-se com velocidade de 1,60 m/s

ao longo de uma corda. O gráfico em papel quadriculado

representa a forma dessa corda em um dado instante.

Quais são a amplitude e o período da onda,

respectivamente?

a) 7,5 cm e 0,25 s d) 6,0 cm e 0,25 s

b) 15,0 cm e 0,25 s e) 3,0 cm e 4,00 s

c) 7,5 cm e 4,00 s-1

Tarefa Mínima

3. Um menino na beira de um lago observou uma rolha

que flutuava na superfície da água, completando uma

oscilação vertical a cada 2 s, devido à ocorrência de

ondas. Esse menino estimou como sendo 3 m a distância

entre duas cristas consecutivas. Com essas observações, o

menino concluiu que a velocidade de propagação dessas

ondas era de:

a) 0,5 m/s. c) 1,5 m/s. e) 6,0 m/s.

b) 1,0 m/s. d) 3,0 m/s.

4. Com relação ao movimento ondulatório, podemos

afirmar que:

a) a velocidade de propagação da onda não depende do

meio de propagação.

b) a onda mecânica, ao se propagar, carrega consigo as

partículas do meio.

c) o comprimento de onda não se altera quando a onda

muda de meio.

d) a freqüência da onda não se altera quando a onda muda

de meio.

e) as ondas eletromagnéticas somente se propagam no

vácuo.

5. Considere as afirmações a seguir, a respeito da

propagação de ondas em meios elásticos.

I - Em uma onda longitudinal, as partículas do meio no

qual ela se propaga vibram perpendicularmente à direção

de propagação.

II - A velocidade de uma onda não se altera quando ela

passa de um meio para outro.

III - A freqüência de uma onda não se altera quando ela

passa de um meio para outro.

Está(ão) correta(s):

a) apenas I. d) apenas I e II.

b) apenas II. e) apenas I e III.

c)apenas III.

6. São exemplos de ondas os raios X, os raios gama, as

ondas de rádio, as ondas sonoras e as ondas de luz. Cada

um desses cinco tipos de onda se difere, de algum modo,

dos demais. Qual das alternativas apresenta uma

afirmação que diferencia corretamente o tipo de onda

referido das demais ondas acima citadas?

a) Raios X são as únicas ondas que não são visíveis.

b) Raios gama são as únicas ondas transversais.

c) Ondas de rádio são as únicas ondas que transportam

energia.

d) Ondas sonoras são as únicas ondas longitudinais.

e) Ondas de luz são as únicas ondas que se propagam no

vácuo com velocidade de 300000 km/s.

7. Uma campainha emite som com freqüência de 1 kHz.

O comprimento de onda dessa onda sonora é, em

centímetros, igual a:

a) 1 b) 7 c) 21 d) 34

UNIDADE 11

ONDULATÓRIA II

Ondas Estacionárias

Propriedades:



1. As ondas estacionárias possuem energia, mas não

propagam essa energia. (V = 0)

2. Os nós não vibram.

3. Os ventres vibram com amplitude máxima 2A.

4. Os pontos intermediários entre os nós e os ventres

vibram com amplitudes que variam de 0 a 2A.

5. Nos nós ocorre interferência destrutiva.

6. Nos ventres ocorre interferência construtiva.

7. A distância que separa 2 nós consecutivos vale a

metade do comprimento de onda.

8. A distância que separa 2 ventres consecutivos vale a

metade do comprimento de onda.

9. A distância de um nó a um ventre consecutivo vale 1/4

do comprimento de onda.

10. Todos os pontos distantes n.comprimento de onda (n

= 1,2,3...) vibram em concordância de fase.

Interferências

Obs.: Y = Lâmbida;

Interferência Construtiva: - Ventre, Ventral, Máxima.

o Concordância de fase:

o Discordância de fase:

Interferência Destrutiva: Nó, nodal, mínima.

o Concordância de Fase:

o Discordância de fase:

: Efeito Doppler Fizeau

- Fo = Freqüência do Objeto;

- V = Velocidade do som no meio (ar);

- Vo = Velocidade do objeto;

- Ff = Freqüência da fonte;

- Vf = Velocidade da fonte;

Obs.: Para não errar o sinal (V + ou - Vo(f)) aplique como

padrão que o deslocamento da velocidade no sentido do

OBJETO para a FONTE é positivo.

Interpretação:

Se uma fonte que emite uma frequência se aproxima de

um objeto, o objeto perceberá uma frequência maior que a

da fonte. Agora, se a fonte se afasta do objeto, o objeto

perceberá a uma freqüência menor que a da fonte.

Ressonância

Quando fornecemos energia periodicamente a um sistema

com frequência igual a uma de suas frequências

preferenciais (pode ser uma frequência múltipla) de

vibração, nós estamos em ressonância com o sistema.

Obs.1: O micro-ondas fornece ondas que vibram na

frequência da água, aumentando sua vibração e

esquentando mais.

Obs.2: Um som muito intenso pode quebrar vidros, mas

isso não é ressonância. Uma taça de vidro que quebra por

estar tocando um violino próximo é ressonância.

Exercícios de Sala

1. Considere as seguintes afirmações, sobre o movimento

ondulatório:

I – Uma onda para a qual a direção de propagação é

perpendicular à direção de vibração é chamada de onda

transversal.

II – No vácuo todas as ondas eletromagnéticas têm a

mesma frequência.



III – A propagação de uma onda envolve necessariamente

transporte de energia.

IV – A velocidade e a freqüência de uma onda não se

alteram quando ela passa de um meio para outro.


a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

b) Somente a afirmativa III é verdadeira.

c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.

e) Todas as afirmativas são falsas.

2. Uma onda transversal periódica, cujo comprimento de

onda é 40,0 cm, propaga-se com velocidade de 1,60 m/s

ao longo de uma corda. O gráfico em papel quadriculado

representa a forma dessa corda em um dado instante.

Quais são a amplitude e o período da onda,

respectivamente?

a) 7,5 cm e 0,25 s

b) 15,0 cm e 0,25 s

c) 7,5 cm e 4,00 s-1

d) 6,0 cm e 0,25 s

e) 3,0 cm e 4,00 s

Tarefa Mínima

3. Um candidato, no intuito de relaxar após se preparar

para as provas do Vestibular 2007, resolve surfar na praia

da Joaquina em dia de ótimas ondas para a prática deste

esporte.


01. A onda do mar que conduzirá o surfista não possui

nenhuma energia.

02. Ao praticar seu esporte, o surfista aproveita parte da

energia disponível na onda e a transforma em energia

cinética.

04. A lei da conservação da energia permite afirmar que

toda a energia da onda do mar é aproveitada pelo

surfista.

08. Se o surfista duplicar sua velocidade, então a energia

cinética do surfista será duas vezes maior.

16. Tanto a energia cinética como a energia potencial

gravitacional são formas relevantes para o fenômeno

da prática do surf numa prancha.

32. Por ser um tipo de onda mecânica, a onda do mar

pode ser útil para gerar energia para consumo no dia-

a-dia.

4. A figura representa dois pulsos de onda, inicialmente

separados por 6,0 cm, propagando-se em um meio com

velocidades iguais a 2,0 cm/s, em sentidos opostos.

Considerando a situação descrita, assinale a(s)

proposição(ões) correta(s):

01. Quando os pulsos se encontrarem, haverá

interferência de um sobre o outro e não mais haverá

propagação dos mesmos.

02. Decorridos 2,0 segundos, haverá sobreposição dos

pulsos e a amplitude será máxima nesse instante e

igual a 2,0 cm.

04. Decorridos 2,0 segundos, haverá sobreposição dos

pulsos e a amplitude será nula nesse instante.

08. Decorridos 8,0 segundos, os pulsos continuarão com a

mesma velocidade e forma de onda,

independentemente um do outro.

16. Inicialmente as amplitudes dos pulsos são idênticas e

iguais a 2,0 cm.

5. Na Lagoa da Conceição, em Florianópolis, em um

determinado dia, o vento produz ondas periódicas na

água, de comprimento igual a 10 m, que se propagam com

velocidade de 2,0 m/s. Um barco de 3,0 m de

comprimento, inicialmente ancorado e após certo tempo

navegando, é atingido pelas ondas que o fazem oscilar

periodicamente.


01. Estando o barco ancorado ele é atingido por uma

crista de onda e oscila uma vez a cada 5,0 segundos.

02. Estando o barco ancorado, ele oscila 5 vezes em cada

segundo.

04. Estando o barco navegando com velocidade de 3,0

m/s na direção de propagação das ondas, mas em

sentido contrário a elas, ele oscila uma vez a cada 2,0

segundos.

08. A freqüência de oscilação do barco não depende da

sua velocidade de navegação, mas somente da

velocidade de propagação das ondas.

16. Se o barco tivesse um comprimento um pouco menor,

a freqüência da sua oscilação seria maior.

32. A freqüência de oscilação do barco não depende do

comprimento das ondas, mas somente da velocidade

das mesmas e do barco.



64. Estando o barco navegando com velocidade de 3,0

m/s na direção de propagação das ondas e no mesmo

sentido delas, ele oscila uma vez a cada 10 segundos.

6. Dois pulsos, A e B, são produzidos em uma corda

esticada que tem uma das extremidades fixada em uma

parede, conforme mostra a figura abaixo.

Depois de o pulso A ter sofrido reflexão no ponto da

corda fixo na parede, ocorrerá interferência entre os dois

pulsos.

É correto afirmar que a interferência entre esses dois

pulsos é:

a) destrutiva e, em seguida, os pulsos seguirão juntos, no

sentido do pulso de maior energia.

b) destrutiva e, em seguida, cada pulso seguirá seu

caminho, mantendo suas amplitudes originais.

c) construtiva e, em seguida, os pulsos seguirão juntos, no

sentido do pulso de maior energia.

d) construtiva e, em seguida, cada pulso seguirá seu

caminho, mantendo suas amplitudes originais.

e) destrutiva e, em seguida, os pulsos deixarão de existir,

devido à absorção de energia durante a interação.

GABARITO

Unidade 1

1) d

2) a

3) e

4) c

5) 34

6) a

Unidade 2

1) b

2) a

3) c

4) e

5)

6) b

7) d

8) b

9) e

Unidade 3

1) d

2) d

3) b

4) d

5) a

6) c

7) b

8) e

9) 50

10) e

11) 27

12) 24

Unidade 4

1) d

2) a

3) d

4) 15

5) b

6) b

7) d

Unidade 5

1) d

2) a

3) c

4) 20l

5) 11

6) c

7) d

8) c

9) e

Unidade 6

1) c

2) e

3) d

4) b

5) d

6) c

7) a

8) -150J

9) a

10) d

11) 40

12) d

13) a

Unidade 7

1) c

2) c

3) d

4) c

5) c

6) c

7) a

8) a

9) a

10) c

11) d

12) b

13) 16

Unidade 8

1) d

2) e

3) c

4) d

5) F-V-F-V-F

6) 19

Unidade 9

1) d

2) e

3) a

4) a

5) c

6) d

7) 74

8) a

Unidade 10

1) a

2) a

3) c

4) d

5) c

6) d

7) d

Unidade 11

1) a

2) a

3) 50

4) 28

5) 69

6) d

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