Física B

Sven

Sc

her

mer

/ S

hu

tter

Sto

ck

poliSaber 7

aula 8 Física B

422-

3

exeRcícios

1. (Fuvest-SP) Ondas na superfície de líquidos têm velocidades que dependem da profundidade do líquido e da acele-ração da gravidade, desde que se propaguem em águas rasas. O gráfico representa o módulo v da velocidade da onda em função da profundidade h da água.

v (m

/s)

h (m)

7

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

10

0

Uma onda no mar, onde a profundidade da água é 4,0 m, tem comprimento de onda igual a 50 m. Na posição em que a profundidade da água é 1,0 m, essa onda tem comprimento de onda, em m, aproximadamente igual a:

a) 8b) 12c) 25d) 35e) 50

2. (Enem-MEC) Ao diminuir o tamanho de um orifício atravessado por um feixe de luz, passa menos luz por intervalo de tem-po, e próximo da situação de completo fechamento do orifício, verifica-se que a luz apresenta um comportamento como ilustrado nas figuras. Sabe-se que o som, dentro de suas particularidades, também pode se comportar dessa forma.

Lâmpada

Buraco

Raiosde luz

fiolhaiS, c. física divertida. brasília: unb, 2000 (adaptado).

Em qual das situações a seguir está representado o fenômeno descrito no texto?a) Ao se esconder atrás de um muro, um menino ouve a conversa de seus colegas.b) Ao gritar diante de um desfiladeiro, uma pessoa ouve a repetição do seu próprio grito.c) Ao encostar o ouvido no chão, um homem percebe o som de uma locomotiva antes de ouvi-lo pelo ar.d) Ao ouvir uma ambulância se aproximando, uma pessoa percebe o som mais agudo do que quando aquela se afasta.e) Ao emitir uma nota musical muito aguda, uma cantora de ópera faz com que uma taça de cristal se despedace.

o problema refere-se à refração da onda e, neste caso, a frequência permanece inalterada. portando, aplicando a equação fundamental da ondulatória, obtemos:

= →λ

=λ

=λ

→ λ = ≈

f fv v

6,250

3,2 1606,2

25,8 m

1 21

1

2

2

2

2

o fenômeno descrito refere-se à difração de ondas, que ocorre quando ouvimos uma pessoa falando do outro lado de um muro, visto que o som emitido é capaz de contornar as extremidades do muro e atingir nossos ouvidos.

Física B aula 8

8 poliSaber

422-

3

3. (Enem-MEC) O trombone de Quincke é um dispositivo experimental utilizado para demonstrar o fenômeno da interferência de ondas sonoras. Uma fonte emite ondas sonoras de determinada frequência na entrada do disposi-tivo. Essas ondas se dividem pelos dois caminhos (ADC e AEC) e se encontram no ponto C, a saída do dispositivo, onde se posiciona um detector. O trajeto ADC pode ser aumentado pelo deslocamento dessa parte do dispositivo. Com o trajeto ADC igual ao AEC, capta-se um som muito intenso na saída. Entretanto, aumentando-se gradativa-mente o trajeto ADC, até que ele fique como mostrado na figura, a intensidade do som na saída fica praticamente nula. Desta forma, conhecida a velocidade do som no interior do tubo (320 m/s), é possível determinar o valor da frequência do som produzido pela fonte.

Detector

Saída do som

Entrada do som

Fonte sonora

40 cm 30 cm

A

C

D E

O valor da frequência, em hertz, do som produzido pela fonte sonora é:a) 3.200b) 1.600c) 800

d) 640e) 400

4. (Enem-MEC) Um experimento para comprovar a natureza ondulatória da radiação de micro-ondas foi realizado da seguinte forma: anotou-se a frequência de operação de um forno de micro-ondas e, em seguida, retirou-se sua pla-taforma giratória. No seu lugar, colocou-se uma travessa refratária com uma camada grossa de manteiga. Depois disso, o forno foi ligado por alguns segundos. Ao se retirar a travessa refratária do forno, observou-se que havia três pontos de manteiga derretida alinhados sobre toda a travessa. Parte da onda estacionária gerada no interior do forno é ilustrada na figura.

I II III IV V

De acordo com a figura, que posições correspondem a dois pontos consecutivos da manteiga derretida?a) I e III.b) I e V.c) II e III.d) II e IV.e) II e V.

na situação mostrada na figura, temos a primeira interferência destrutiva no detector. portanto, considerando que a diferença de percurso entre os dois caminhos percorridos pelo som é ∆x = 20 cm (2 ∙ 10 cm), temos:

x2

0,22

0,4 m

∆ = λ

= λ λ =

aplicando a equação fundamental da ondulatória, obtemos:V f

320 0,4 f 800 hz

= λ=

os pontos onde a manteiga irá derreter corresponde aos ventres da onda estacionária, pois é onde a amplitude de oscilação da radiação de micro-ondas é máxima, gerando maior produção de calor. portanto, dois ventres, consecu-tivos correspondem aos pontos i e iii.

poliSaber 15

aula 9 Física B

422-

3

– 3o harmônico (frequência fundamental)

Nó VentreNó

λ4

λ2

λ = =fv4

33

43 3

– harmônico de ordem n ímpar

λ = =n

f nv44n n

exeRcícios

1. (Fuvest-SP) Um estudo de sons emitidos por instrumentos musicais foi realizado, usando um microfone ligado a um computador. O gráfico a seguir, reproduzido da tela do monitor, registra o movimento do ar captado pelo microfone, em função do tempo, medido em milissegundos, quando se toca uma nota musical em um violino.

Nota Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si

Frequência (HZ) 262 294 330 349 388 440 494

Consultando a tabela acima, pode-se concluir que o som produzido pelo violino era o da nota (Dado: 1 ms = 10−3 s)a) dó.b) mi.

c) sol.d) lá.

e) si.

2. (Enem-MEC) O morcego emite pulsos de curta duração de ondas ultrassônicas, os quais voltam na forma de ecos após atingirem objetos no ambiente, trazendo informações a respeito das suas dimensões, suas localizações e dos seus possíveis movimentos. Isso se dá em razão da sensibilidade do morcego em detectar o tempo gasto para os ecos voltarem, bem como das pequenas variações nas frequências e nas intensidades dos pulsos ultrassônicos. Essas características lhe permitem caçar pequenas presas mesmo quando estão em movimento em relação a si. Considere uma situação unidimensional em que uma mariposa se afasta, em movimento retilíneo e uniforme, de um morcego em repouso. A distância e velocidade da mariposa, na situação descrita, seriam detectadas pelo sis-tema de um morcego por quais alterações nas características dos pulsos ultrassônicos?

a) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida diminuída.b) Intensidade aumentada, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida diminuída.c) Intensidade diminuída, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida aumentada.d) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada.e) Intensidade aumentada, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada.

pelo gráfico, podemos estimar o período da onda sonora como aproximadamente T = 2,6 ms (intervalo entre dois picos da onda). portanto, a frequência será:

= =⋅

≈fT1 1

2,6 10 s385 hz

–3

analisando a tabela, concluímos que o som produzido pelo violino corresponde à nota Sol.

a medida que a mariposa se afasta, o som leva mais tempo para perfazer o caminho de ida e volta entre o morcego e a mariposa. além disso, devido ao aumento da distância, a intensidade sonora diminui. finalmente, considerando que há um afastamento entre a mariposa e o morcego, devido ao efeito doppler, a frequência aparente será menor do que a real.

Física B aula 9

16 poliSaber

422-

3

3. (Udesc, adaptada) Uma onda é produzida em um fio de aço de 80,0 cm de comprimento e 200,0 g de massa, que é mantido tracionado pelas extremida-des fixas. Nesse fio originam-se ondas mecânicas estacionárias, formando 5 (cinco) nós, quando exci-tado por uma fonte de onda de 80,0 Hz. Determine:

a) a velocidade de propagação das ondas progressivas que deram origem à onda estacionária;

b) a força de tração a qual o fio está submetido.

4. (Enem-MEC) Uma ambulância A em movimento reti-líneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante fA. O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância. O observador pos-sui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detec-tada em função do tempo f0(t), antes e depois da passagem da ambulância por ele.

A

O

Qual esboço gráfico representa a frequência f0(t) de-tectada pelo observador?

a)

fA

f0(t)

t

b)

fA

f0(t)

t

c)

fA

f0(t)

t

d)

fA

f0(t)

t

e)

fA

f0(t)

t

de acordo com as informações, temos a formação de uma onda estacionária com quatro ventres entre as duas extremidades da corda, como mostra a figura.

NóNóNóNó

80 cm

λ2

λ2

λ2

λ2

Nó

portanto, podemos calcular o comprimento de onda como:

λ = → λ =42

0,80 m 0,4 m

aplicando a equação fundamental da ondulatória, obtemos:v = λf = 0,4 ∙ 80 = 32 m/s

a densidade linear do fio é:

ρ = = =m 0,2 kg0,80 m

0,25 kg/m

aplicando a equação de taylor, temos:

ρ

=

= → =

vF

F

FF

320,25

320,25

256 n2

devido ao efeito doppler, quando a ambulância se aproxima do observador, a frequência aparente f0 é maior do que a frequência real fA. já quando a ambulância se afasta, temos o contrário, a frequência aparente f0 é menor do que a frequência real fA.

Física B aulas 10 e 11

24 poliSaber

422-

3

exeRcícios

1. (UFTM-MG) Um casal de norte-americanos visitou a Bahia e experimentou o tradicional acarajé, aprendendo que lá, quente, além do que se espera para essa palavra, pode ser traduzido como “muuuuito apimentado!”. De qualquer modo, gostaram dessa comida, gostaram tanto, que pediram a receita. Para a versão apimentada da palavra “quente”, não tiveram dificuldades para a tradução, entretanto, para expres-sar a temperatura de 200 °C na qual os bolinhos eram fritos, tiveram que realizar uma conversão, encontrando o valor em Fahrenheit, correspondente a:

a) 93 °Fb) 168 °Fc) 302 °Fd) 392 °Fe) 414 °F

2. (Vunesp) Um termoscópio é um dispositivo experimental, como o mostra-do na figura, capaz de indicar a temperatura a partir da variação da altura da coluna de um líquido que existe dentro dele. Um aluno verificou que, quando a temperatura na qual o termoscópio estava submetido era de 10 °C, ele indicava uma altura de 5 mm. Percebeu ainda que, quando a altura havia aumentado para 25 mm, a temperatura era de 15 °C.Quando a temperatura for de 20 °C, a altura da coluna de líquido, em mm, será de:

a) 25b) 30c) 35d) 40e) 45

3. (Unicamp-SP) Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante pratica-mente do tamanho da Terra. Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de Ti = 2.700 °C. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa M = 6,0 ∙ 1024 kg constituída de um material com calor específico c = 0,5kJ/kg ∙ °C). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de Tf = 700 °C é igual a:

a) 24,0 ∙ 1027 kJ b) 6,0 ∙ 1027 kJ c) 8,1 ∙ 1027 kJd) 2,1 ∙ 1027 kJ

4. (Fuvest-SP) No início do século XX, Pierre Curie e colaboradores, em uma experiência para determinar caracterís-ticas do recém-descoberto elemento químico rádio, colocaram uma pequena quantidade desse material em um calorímetro e verificaram que 1,30 grama de água líquida ia do ponto de congelamento ao ponto de ebulição em uma hora. A potência média liberada pelo rádio nesse período de tempo foi, aproximadamente:

=−

⇒ =−

⇒T T T5

329

2005

329

c f f

⇒ 360 = Tf − 32 ⇒ Tf = 392 °f

mm ºC

X

25

5

15

20

10 −−

= −−

⇒ − = ⇒ =x xx

525 5

20 1015 10

520

105

45 mm

Q = m ∙ c ∙ ∆T ⇒Q = 6 ∙ 1024 kg ∙ 0,5 kj/kg ∙ °c ∙ (700 − 2.700) °c ⇒⇒Q = −6 ∙ 1027 kj

poliSaber 25

aulas 10 e 11 Física B

422-

3

Note e adote:Calor específico da água: 1 cal/(g · °C)1 cal = 4 J Temperatura de congelamento da água: 0 °CTemperatura de ebulição da água: 100 °CConsidere que toda a energia emitida pelo rádio foi absorvida pela água e empregada exclusivamente para elevar sua temperatura.

a) 0,06 Wb) 0,10 Wc) 0,14 Wd) 0,18 We) 0,22 W

5. (Enem-MEC) Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o am-biente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.

Tipo de selo Variação de temperatura

A menor que 10%

B entre 10% e 25%

C entre 25% e 40%

D entre 40% e 55%

E maior que 55%

Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10 °C e outra a 40 °C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16 °C. Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada?

a) Ab) Bc) Cd) De) E

=∆

= ⋅ ⋅ ∆∆

⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ° ≅PQT

m c Tt

P1,3 g 4 j/g °c 100 c

3.600 s0,144 W

considerando que as duas porções de água formam um sistema termicamente isolado, podemos determinar a temperatura de equilíbrio (Te) da mistura no início do intervalo de 6 horas.Q Q

m c T m c T

T T

T T T

0

13

1 ( – 10)23

1 ( – 40) 0

– 10 2 – 80 0 30 °c

e e

e e e

1 2

1 1 1 2 2 2

+ =⋅ ⋅ ∆ = ⋅ ⋅ ∆

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ =

+ = → =

Se, após 6 horas, a temperatura no interior da garrafa é de 16 °c, significa que a temperatura caiu aproximadamente para metade do valor inicial, ou seja, a variação foi de aproximadamente 50%. pela tabela, a garrafa deve, então, receber o selo d.

Física B aulas 10 e 11

26 poliSaber

422-

3

6. (Mackenzie-SP) Um pequeno bloco de gelo (água no estado sólido), que se encontra inicialmente a –20 °C, é colo-cado rapidamente no interior de uma garrafa adiabática de capacidade térmica desprezível, que contém 250 cm3 de água pura a 18 °C. O equilíbrio do sistema dá-se a 0 °C e, a esta temperatura, toda a água existente no interior da garrafa encontra-se no estado líquido. A massa do bloco de gelo é:Dados: Calor específico da água líquida = 1,0 cal/g ∙ °CCalor específico da água sólida (gelo) = 0,50 cal/g ∙ °CCalor latente de fusão do gelo = 80 cal/gDensidade da água líquida = 1,0 g/cm3

a) 25 gb) 50 gc) 56,25 g

d) 272 ge) 450 g

7. (Unifesp) O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100 g.

00

10

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

20 30 40 50 60

T (ºC)

Q (c

al)

Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do corpo, em graus Celsius, determine:

a) o calor específico do corpo, em cal/(g ∙ °C), na fase sólida e na fase líquida.

b) a temperatura de fusão, em °C, e o calor latente de fusão, em cal/g, do corpo.

considerando que o gelo e a água só trocam calor entre si (sistema térmicamente isolado), temos:Q Q

m c T m L m c T

m m

m m

0

0

0,5 [0 – (–20) 80 250 1 (0 – 18) 0

90 4.500 50 g

g a

g g g g g a a a

g g

g g

+ =

⋅ ⋅ ∆ + ⋅ + ⋅ ⋅ ∆ =

⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ =

= ⇒ =

na fase sólida, o corpo recebe 400 cal e sua temperatura aumenta de 0 °c para 40 °c. portanto o calor específico na fase sólida é dado por:

=⋅ ∆

=⋅

= ⋅cQ

m T400 cal

100 g (40 – 0) °c0,1 cal/g °cs

na fase líquida, o corpo também recebe 400 cal (1.200 – 800), mas sua temperatura aumenta de 40 °c para 60 °c. portanto o calor específico na fase sólida é dado por:

=⋅ ∆

=⋅

= ⋅cQ

m T400

100 g (60 – 40) °c0,2 cal/g °cl

a fusão do corpo ocorre à temperatura de 40 °c e são necessárias 400 cal para fundir 100 g de material. portanto o calor latente de fusão é

= = =LQm

400 cal100 g

4 cal/gf

poliSaber 27

aulas 10 e 11 Física B

422-

3

8. (ITA-SP) Um vaporizador contínuo possui um bico pelo qual entra água a 20 °C, de tal maneira que o nível da água no vaporizador permanece constante. O vaporizador utiliza 800 watts de potência, consumida no aquecimento da água até 100 °C e na sua vaporização a 100 °C (sob pressão normal). Considere o calor específico da água cágua = 1 cal/g ∙ °C, o calor latente de vaporização da água Lvapor = 540 cal/g, a densidade da água dágua = 1 g/mL e 1 cal = 4,2 J. A vazão de água pelo bico é:

a) 0,31 mL/sb) 0,35 mL/sc) 2,40 mL/sd) 3,10 mL/se) 3,50 mL/s

estudo oRientado

exeRcícios

1. (AFA-SP) Dois termômetros idênticos, cuja substância termométrica é o álcool etílico, um deles graduado na escala Celsius e o outro graduado na escala Fahrenheit, estão sendo usados simultaneamente por um aluno para medir a temperatura de um mesmo sistema físico no laboratório de sua escola. Nessas condições, pode-se afirmar cor-retamente que:

a) os dois termômetros nunca registrarão valores numéricos iguais. b) a unidade de medida do termômetro graduado na escala Celsius é 1,8 vezes maior que a da escala Fahrenheit. c) a altura da coluna líquida será igual nos dois termômetros, porém com valores numéricos sempre diferentes. d) a altura da coluna líquida será diferente nos dois termômetros.

2. (Mackenzie-SP) Um termômetro mal graduado na escala Celsius assinada 2 °C para a fusão do gelo e 107 °C para a ebulição da água, sob pressão normal. Sendo θE o valor lido no termômetro mal graduado e θC o valor correto da temperatura, a função de correção do valor lido é:

a) θ = θ5051

( – 2)C E

b) θ = θ2022

(2 – 1)C E

c) θ = θ3025

( – 2)C E

d) θ = θ2021

( – 2)C E

e) θ = θ2120

( – 4)C E

3. (Mackenzie-SP) Para medir a temperatura de um certo corpo, utilizou-se um termômetro graduado na escala

Fahrenheit e o valor obtido correspondeu a 45

da indicação de um termômetro graduado na escala Celsius, para o

mesmo estado térmico. Se a escala adotada tivesse sido a Kelvin, esta temperatura seria indicada por:a) 305 Kb) 273 K

c) 32 Kd) 241 K

e) 25,6 K

a água deve receber uma quantidade de calor (Q = m · c · ∆T) para ser aquecida de 20 °c até 100 °c e outra quantidade de calor (Q = mL) para ser vaporizada. portanto, a potência pode ser expressa como:

PQt

m c T mLt

m c Tt

mLt

· v v=∆

= ⋅ ∆ +∆

= ⋅ ⋅ ∆∆

+∆

considerando que 1 cal = 4,2 j, temos cágua = 4,2 j/g ∙ °c e Lvapor = 2.268 j/g. Sendo ϕ = ∆mt

a vazão mássica de água, obtemos:

800 W = ϕ ∙ 4,2 j/g ∙ °c ∙ (100 − 20) ° c + ϕ ∙ 2.268 j/g ⇒2.604ϕ = 800 ⇒ϕ≅0,31 g/sSendo a densidade da água dágua = 1 g/ml, a vazão volumétrica no bico do vaporizador é de 0,31 ml/s.