lista fisica iii - eng. civil

LISTA DE EXERCÍCIOS 1O BIMESTRE- FÍSICA III - Prof. Armando Heilmann M.Sc

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LISTA DE EXERCÍCIOS

Ondas, Termodinâmica, Hidrostática, Óptica e Física Moderna

FÍSICA III

Prof: ARMANDO HEILMANN M.Sc


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Questão 1) Um acerta onda transversal é descrita por: y(x,t) = (6,50 mm) cos 2 ππππ [ ( x / (28,0 cm) ) – ( t / (0,036 s) ) ] Determine para esta onda: Justifique para Ganhar Crédito

a) Amplitude b) Comprimento de onda c) Freqüência d) Velocidade de propagação

Questão 2) Uma onda senoidal esta se propagando ao longo de uma corda. O oscilador que gera a onda completa 40,0 vibrações em 30,0 seg . Além disso, um determinado máximo se desloca 425 cm ao longo da corda em 10,0 seg . Qual é o comprimento de onda? Justifique para Ganhar Crédito Questão 3) Uma das extremidades de uma corda de náilon está presa a um suporte fixo no topo de um poço vertical de uma mina com profundidade igual a 80,0 m. A corda fica esticada pela ação do peso de uma caixa de minérios com massa igual a 20,0 kg presa na extremidade inferior da corda. A massa da corda é de 2,0 kg . Um geólogo no fundo da mina, balançando a corda lateralmente, envia um sinal para seu colega que está no topo da mina. Justifique para Ganhar Crédito

a) Qual a velocidade da onda transversal que se propaga na corda? b) Sabendo que um ponto da corda executa um MHS com freqüência de 2,0 Hz, qual é o

comprimento de onda desta onda na corda? Questão 4) Com que tensão uma corda de comprimento igual a 2,5 m e massa de 0,120 kg deve ser esticada para que um onda transversal com freqüência de 40,0 Hz possua um comprimento de onda igual a 0,750 m? Justifique para Ganhar Crédito Questão 5) Um fio de 75,0 cm possui uma massa de 16,5 g. Uma extremidade está presa por um prego, e a outra está presa a um parafuso que pode ser ajustado para variar a tensão no fio. Justifique para Ganhar Crédito

a) Para que tensão (em newtons) você deve ajustar o parafuso q fim de que uma onda transversal de comprimento de onda de 3,33 cm produza 875 vibrações por segundo ?

b) Com que rapidez essa onda se deslocaria? c) Se esta onda apresentar uma amplitude de 3,00 cm escreva a função de onda desta onda.

(deixando indicado o valor de π) Questão 6) Uma onda transversal senoidal com amplitude de 2,5 mm e comprimento de onda de 1,8 m propaga-se a uma velocidade de 36,0 m/s ao longo de uma corda esticada horizontalmente. Considere a origem na extremidade da corda sem perturbações. No tempo t = 0 a extremidade esquerda está sobre a origem e se move de baixo para cima. Justifique para Ganhar Crédito

a) Ache a freqüência, a freqüência angular e o número de onda desta onda. (20 Hz, 126 rad/s e 3,49 rad/m)

b) Qual a função y(x,t) que descreve a onda? (y(x,t) = 2,5x10 -3 cos(3,49x – 126t))


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c) Qual a função y(t) para uma partícula na extremidade esquerda da corda? (y(x,t) = 2,5x10 -3 cos(126t))

d) Qual a função y(t) para uma partícula situada a 1,35 m à direita da origem?

(y(x,t) = 2,5x10 -3 cos(126t - 3 ππππ/2))

Questão 7) O alarme de um carro esta emitindo ondas sonoras de frequência igual a 520 Hz Você está dirigindo uma motocicleta, afastando-se em linha reta do carro. Com que velocidade você está andando se escuta uma frequência de 490 Hz?.(19,8m/s) Justifique para Ganhar Crédito Questão 8 ) Chaminés negras são jatos vulcânicos quentes que emitem fumaça no fundo do oceano. Muitas dessas chaminés negras estão repletas de animais exóticos. Qual a pressão manométrica em um jato a 3200 m de profundidade, supondo que a densidade da água não varie? Dê sua resposta em pascals e atmosferas. (3,23x107Pa, 319 atm) Justifique para Ganhar Crédito Questão 9 ) Qual deve ser a pressão manométrica desenvolvida por uma bomba para mandar água do fundo do Grand Canyon (a uma altura de 730 m) até a Indian Gardens (1370 m)? Expresse a resposta em pascals e atmosferas. (61,9 atm) Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 10 ) Um Curto-Circuito elétrico impede o fornecimento da potência necessária para um submarino que está situado a 30 m abaixo da superfície do oceano. A tripulação deve empurrar uma escotilha com área de 0,75 m2 e peso igual a 300 N para poder escapar pelo fundo do submarino. Qual é a força para baixo que eles devem exercer para abrir a escotilha? (2,27x105N) Justifique para Ganhar Crédito Questão 11 ) No elevador hidráulico mostrado, qual deve ser a razão entre o diâmetro do braço do recipiente sob o carro e o diâmetro do braço do recipiente onde a força é aplicada para que um carro de 1520 kg possa ser erguido com uma força de apenas 125 N? (vide figura 14.8 pp 77 do livro de Física II do Sears e Zemansky 12aedição) (10.9) Justifique para Ganhar Crédito

30 m


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Questão 12 ) o pistão de um elevador hidráulico de carros possui diâmetro igual a 0,30 m. Qual é a pressão manométrica, em pascals, necessária para elevar um carro de 1200 kg? Expresse sua resposta também em atmosferas. (1,7 atm) Justifique para Ganhar Crédito Questão 13 ) A água escorre para dentro de uma fonte, enchendo todos os tubos, a uma taxa constante de 0,750 m/s3 . (a) Com que velocidade a água jorraria de um buraco de 4,50 cm de diâmetro? (b) Com que velocidade ela jorraria se o diâmetro do buraco fosse três vezes maior? (472 m/s; 52,4 m/s) Justifique para Ganhar Crédito Questão 14 ) Um tanque selado que contém água do mar até uma altura igual a 11,0 m também contém ar acima da água a uma pressão manométrica de 3,0 atm. A água escora para fora através de um pequeno orifício na base do tanque. Calcule a velocidade de efluxo da água. (28,4 m/s) Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 15 ) Uma bebida leve (essencialmente água) escoa em um tubo de uma fábrica de cerveja com uma vazão volumétrica tal que deve encher 220 latas de 0,355 L por minuto. Em um ponto 2 do tubo, a pressão manométrica é de 152 kPa e a área da seção reta é igual a 8,0 cm2. Em um ponto 1 situado a 1,35 m acima do ponto 2, a área de seção reta é de 2,0 cm2.Obtenha a vazão mássica as velocidades de escoamentos 1 e 2 e a pressão manométrica no ponto 1.(6,5 m/s; 1,63m/s; 119 kPa) Justifique para Ganhar Crédito Questão 16 ) Uma piscina mede 5,0 m de comprimento, 4,0 m de largura e 3,0 m de profundidade. Determine a força exercida pela água no fundo da piscina. (5,9x105 N; ) Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 17 ) No dia 15 de Janeiro de 1919, em Boston ocorreu a ruptura de um tanque cilíndrico metálico com diâmetro de 27,4 m e altura de 27,4 m que continha melaço. O melaço inundou uma rua formando uma corrente com profundidade igual a 9,0 matando pedestres e cavalos e destruindo edifícios. A densidade do melaço é de 1600 kg/m3. Se o tanque estivesse completamente cheio antes do acidente, qual seria a força total que o melaço exerceria de dentro para fora sobre a superfície lateral do tanque? (sugestão) Considere a força de dentro para fora exercida sobre um anel circular da parede do tanque para achar a área, quando multiplicando pela altura do tanque. (5,07x108 N) Justifique para Ganhar Crédito Questão 18 ) A pressão de um gás no ponto triplo da água é de 1,35 atm. Se o seu volume permanece constante, qual será a sua pressão á temperatura em que o CO2 solidifica? (pesquise qual seria esta temperatura para resolver o problema) (0,964 atm) Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 19 ) O edifício mais alto do mundo segundo certos padrões arquitetônicos, é o Taipei 101, em Taiwan, com 509,32 m de altura. Suponha que essa altura tenha sido medida num dia fresco de primavera, quando a temperatura era de 15,5 oC. Você pode usar o edifício como uma espécie de termômetro gigante em um dia quente de verão medindo cuidadosamente sua altura utilizando um teodolito (estação total geodésica), Fazendo isso você descobre que o edifício está 0,144 m mais alto que sua altura oficial. Qual é a temperatura, supondo que o edifício esteja em equilíbrio térmico com o ar e que toda sua estrutura seja feita de aço. (39 oC) Justifique para Ganhar Crédito Questão 20 ) Um domo geodésico construído com estrutura de alumínio é um hemisfério quase perfeito, seu diâmetro mede 55,0 m em um dia de inverno a uma temperatura de -15 oC. Qual é o espaço interior do domo no verão, quando a temperatura for de 35 oC? Dado β = 7,2 x 10-5 oC-1 (160 m3) Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 21 ) Uma chaleira de alumínio com massa igual a 1,50 kg e contendo 1,80 kg de água é colocada para esquentar em um fogão. Supondo que não aja nenhuma perda de calor para o ambiente, qual é a quantidade de calor que deve ser adicionada para elevar a temperatura de 20 oC até 85 oC? (578,95 J) Justifique para Ganhar Crédito Questão 22 ) Para estudar para esta prova de Física, um aluno de engenharia prepara uma xícara de café colocando inicialmente um aquecedor elétrico de 200 W em 0,320 kg de água. (a) qual é o calor transferido para a água para elevar sua temperatura de 20 oC para 80 oC ? (b) Quanto tempo é necessário? (4,46 x 105J; 37,20 min) Justifique para Ganhar Crédito

LISTA DE EXERCÍCIOS 1

Questão 23 ) Um trabalhador pintando o topo de uma antena a uma altura de 225 m deixa cair acidentalmente sua garrafa com 1,0 L de água da sua mochila. A gaarbustos e atinge o solo sem se quebra. Supondo que a água absorva certa quantidade de calor igual ao módulo da variação da energia potencial, qual é esta variação de temperatura? Justifique para Ganhar Crédito Questão 24 ) Ao fazer parte do grupo de pesquisa da polícia científica você foi chamado para identificar qual seria a velocidade INICIAL de uma bala de chumbo a uma temperatura de 25 para que o calor produzido quando ela atinge o repouso sejsua fusão. Suponha, para isto que toda energia mecânica inicial foi convertida em calor e quehaja nenhum fluxo de calor da bala para suas vizinhanças.


Um trabalhador pintando o topo de uma antena a uma altura de 225 m deixa cair acidentalmente sua garrafa com 1,0 L de água da sua mochila. A garrafa é amortecida por arbustos e atinge o solo sem se quebra. Supondo que a água absorva certa quantidade de calor igual ao módulo da variação da energia potencial, qual é esta variação de temperatura?

Ao fazer parte do grupo de pesquisa da polícia científica você foi chamado para identificar qual seria a velocidade INICIAL de uma bala de chumbo a uma temperatura de 25 para que o calor produzido quando ela atinge o repouso seja exatamente suficiente para causar sua fusão. Suponha, para isto que toda energia mecânica inicial foi convertida em calor e quehaja nenhum fluxo de calor da bala para suas vizinhanças. (357,28 m/s) Justifique para Ganhar Crédito

Prof. Armando Heilmann M.Sc

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Um trabalhador pintando o topo de uma antena a uma altura de 225 m deixa cair rrafa é amortecida por

arbustos e atinge o solo sem se quebra. Supondo que a água absorva certa quantidade de calor igual ao módulo da variação da energia potencial, qual é esta variação de temperatura? (0,526 K)

Ao fazer parte do grupo de pesquisa da polícia científica você foi chamado para identificar qual seria a velocidade INICIAL de uma bala de chumbo a uma temperatura de 25 oC

a exatamente suficiente para causar sua fusão. Suponha, para isto que toda energia mecânica inicial foi convertida em calor e que não

Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 25 ) Um asteróide com o diâmetro de 10 km e uma massa de 2,60 x 1015 kg cai sobre a Terra á velocidade de 32 km/s aterrissando no oceano Pacífico. Supondo uma temperatura inicial de 10 oC, Qual a massa de água que será vaporizada pela colisão? (3,521 x 1017 kg) Justifique para Ganhar Crédito Questão 26) Um gás no interior de um cilindro se expande de um volume igual a 0,100 m3 até um volume igual a 0,320 m3. O calor flui de dentro do sistema com uma taxa suficiente para manter a pressão constante e igual a 1,80x105 Pa durante a expansão. O calor total fornecido ao sistema é igual a 1,15x 105J. a) Calcule o trabalho realizado pelo gás. b) Calcule a variação de energia interna do gás. (3,78x104 J; 7,72x104 J) Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 27) Uma engenheira química esta examinando as propriedades do metanol (CH3OH) no estado líquido. Ela usa um cilindro de aça com área de seção reta igual a 0,0200m2 e contendo 1,20x10-2 m3 de metanol. O cilindro possui um pistão bem ajustado que suporta uma carga de 3,0x104 N. A temperatura do sistema aumenta de 20oC para 50oC. Para o metanol, o coeficiente de dilatação volumétrica é de 1,20x10-3K-1, a densidade é igual a 791 kg/m3 e o calor específico a pressão constante Cp = 2,51x103J/kg.K. Despreze a dilatação volumétrica do cilindro de aço. Calcule: a) o aumento de volume do metanol. b) o trabalho mecânico realizado pelo metanol contra a força de 3,0x104N. c) o calor fornecido ao metanol. d) a variação da energia interna do metanol. Dado: ρmetanol = 791 kg/m3 (4,32x10-4m3; 648J; 7,15 x105J; 7,14352 x105J) Justifique para Ganhar Crédito Questão 28) Um motor Diesel produz 2200J de trabalho mecânico e rejeita 4300J de calor em cada ciclo. a) Qual deve ser a quantidade de calor a ser fornecida para a máquina em cada ciclo? b) Qual é a eficiência térmica da máquina? (6500J; 34%) Justifique para Ganhar Crédito Questão 29) Você faz chá com 0,250 kg de água a 85oC e deixa esfriar a temperatura ambiente (~20oC) antes de bebê-lo. a) Calcule a variação de entropia da água enquanto esfria. b) O processo de resfriamento é essencialmente isotérmico para o ar em sua vizinhança. Calcule a variação de entropia do ar enquanto o chá esfria, supondo que todo calor perdido pela água vá para o ar. Qual é a variação total de entropia do sistema chá –ar? (-210 J/K; -6,8 x104J; 22J/K) Justifique para Ganhar Crédito


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Questão 30) Prove que a potência máxima que pode ser extraída de uma turbina eólica de volume cilíndrico e com energia cinética conhecida, acionada por uma corrente de ar é aproximadamente:

Onde d é o diâmetro da lâmina, v é a velocidade do vento. Em seguida determine a velocidade do vento necessária para produzir uma potência de 3,2 MW a partir de uma turbina de vento Mod-5B, como a utilizada em Kahaku, na ilha de Oahu do Havaí, que possui uma lâmina de 97 m de diâmetro, localizada no alto de uma torre de 58 m, com eficiência de 25% (Potência/eficiência = P). (50 km/h) Justifique para Ganhar Crédito

d

L = vt

v

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