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Sumário

Unidade 1: Termologia

Capitulo 1: Termometria. .............................................................................................................................. 1

Temperatura ................................................................................................................................ 1

Calor ............................................................................................................................................ 1

Escala Celsius ............................................................................................................................. 1

Escala Fahrenheit ....................................................................................................................... 2

Escala kelvin ............................................................................................................................... 2

Relação entre escalas ................................................................................................................. 2

Sessão Leitura: Extremos de temperatura .................................................................................. 3

Exercícios de fixação .................................................................................................................. 4

Capitulo 2: Dilatação Térmica ........................................................................................................................ 6

Dilatação linear ............................................................................................................................................... 6

Dilatação superficial .................................................................................................................... 7

Dilatação volumetrica .................................................................................................................. 8

Dilatação anômala da água ............................................................................................................................ 8

Sessão Leitura: Dilatação no cotidiano ....................................................................................... 9

Exercícios de fixação ................................................................................................................ 10

Capitulo 3:Calorimetria

Calor sensível ou especifico ......................................................................................................................... 12

Calor latente .............................................................................................................................. 12

Capacidade térmica e calor especifico ..................................................................................... 13

Sessão Leitura: Caloria nos alimentos ..................................................................................... 13

Curva de aquecimento .............................................................................................................. 13

Mudança de estado de agregação ........................................................................................... 14

Diagrama de fase ...................................................................................................................... 14

Exercícios de fixação ................................................................................................................ 15

Capitulo 4 Transmissão de calor

Condução .................................................................................................................................. 17

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Convecção ................................................................................................................................ 17

Irradiação .................................................................................................................................. 18 Sessão leitura: Inversão térmica ............................................................................................... 19

Sessão leitura: O efeito estufa na atmosfera terrestre ............................................................. 19

Exercícios de fixação ................................................................................................................ 20

Capitulo 5: Gases

Transformação Isotérmica ............................................................................................................................ 22

Transformação Isobárica .............................................................................................................................. 23

Transformação Isométrica ............................................................................................................................ 24

Equação de Clapeyron ............................................................................................................. 24

Energia Interna do gás .............................................................................................................. 24

Sessão Leitura: Trabalho de um gás ........................................................................................ 25

Exercícios de fixação ................................................................................................................ 27

Capitulo 6: Termodinamica

Lei Zero ...................................................................................................................................... 29

Primeira Lei................................................................................................................................ 29

Segunda Lei .............................................................................................................................. 30

Terceira Lei ............................................................................................................................... 30

Máquinas térmicas .................................................................................................................... 31

Rendimento ............................................................................................................................... 33

Ciclo de Carnot. ........................................................................................................................ 33

Sessão leitura: O funcionamento da geladeira ......................................................................... 35

Sessão leitura: O motor de 4 tempos ....................................................................................... 36

Entropia ................................................................................................................................... 36

Exercícios de fixação .............................................................................................................. 38

Unidade 2: Fluidoestatica

Capitulo 1: Conceitos iniciais

Fluido 40

Pressão .................................................................................................................................... 40

Densidade ................................................................................................................................ 41

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Pressão hidrostatica ................................................................................................................ 41

Sessão Leitura: Pressão Atmosferica ...................................................................................... 42

Exercícios de Fixação .............................................................................................................. 44

Teorema de Stevin .................................................................................................................................... 46

Teorema de Pascal ............................................................................................................. 47

Prensa Hidraulica ................................................................................................................ 47

Principio de Arquimedes (Empuxo) .................................................................................... 48

Peso Aparente .................................................................................................................... 49

Sessão leitura: Funcionamento do canudinho .................................................................... 49

Exercícios de Fixação ......................................................................................................... 50

Unidade 3: Gravitação

Capitulo 1: Gravitação Universal

Força Gravitacional ................................................................................................................................... 53

Aceleração da gravidade .................................................................................................... 53

Sessão Leitura: Marés ........................................................................................................ 54

Exercícios de fixação .......................................................................................................... 55

Capitulo 2: Leis de Kepler

Primeira Lei 57

Segunda Lei 57

Terceira Lei ........................................................................................................................ 58

Sessão leitura: Ano-luz e estrelas ..................................................................................... 58

Exercícios de fixação ......................................................................................................... 59

Unidade 4: Física Moderna

Capitulo 1: Radioatividade

Emissões Alfa 62

Emissões Beta ................................................................................................................. 62

Emissões Gama ............................................................................................................... 62

Meia-vida ......................................................................................................................... 62

Fissão nuclear ................................................................................................................. 63

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Fusão nuclear .................................................................................................................. 63

Sessão leitura: nós e as radiações ................................................................................. 63

Sessão Leitura: O acidente nuclear de Chernobyl .......................................................... 64

Exercícios de fixação ....................................................................................................... 66

Efeito fotoelétrico .......................................................................................................................................... 70

Relatividade ....................................................................................................................... 71

Sessão Leitura:Um pouco de historia da física .................................................................. 71

Gabarito dos exercícios de fixação .............................................................................................................. 72

Exercícios do ENEM ...................................................................................................................................... 73

Gabarito dos exercícios do ENEM ............................................................................................................... 76

Referencias Bibliograficas ............................................................................................................................ 76

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Unidade 1: Termologia

―Não esconda os seus talentos. Para o uso eles foram feitos. O que é um relógio de sol na sombra?‖

-Benjamin Franklin

Capitulo 1: Termometria

Neste capitulo vamos iniciar o estudo do calor, o que é chamado termologia. Na física Inicialmente houve grande desenvolvimento da mecânica, seguida pela termologia e eletromagnetismo. No passado alguns pensadores acreditavam que o calor era um fluido invisível e muito leve chamado calórico, hoje sabemos que isso não é verdade.

Temperatura

Toda matéria é feita de átomos, e a ligação entre estes átomos formam as moléculas e todas moléculas sem exceção não cessam seus movimentos, essa é a base de toda termologia. Essencialmente temperatura é uma grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, sua energia cinética, caracterizando o seu estado térmico. Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco diferente do que costumamos usar no nosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é aquele que tem baixa agitação das suas moléculas.

Pense a respeito: Você saberia me dizer qual a temperatura exata do café em sua casa? Ou então a temperatura da agua que sai da sua torneira? Pois bem se você pensou em usar o seu tato saiba que ele é um método de verificação de temperatura muito limitado, você só saberia dizer quente, morno ou frio! E além do mais não podemos tocar em objetos muito quentes ou muito frios. (você não colocaria as mãos em água fervente e depois óleo fervente para saber qual está mais quente!) Como não se pode medir a vibração de cada partícula isoladamente mede-se a temperatura do conjunto, pelos aparelhos denominados termômetros. O termômetro mais comum é o de mercúrio, que consiste em um vidro graduado com um bulbo de paredes finas que é ligado a um tubo muito fino, chamado tubo capilar. Quando a temperatura do termômetro aumenta, as moléculas de mercúrio aumentam sua agitação fazendo com que este se dilate, preenchendo o tubo capilar. Para cada altura atingida pelo mercúrio está associada uma temperatura, A escala de cada termômetro corresponde a este valor de altura atingida.

Calor

Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar que a temperatura do corpo mais quente diminui, e a do corpo mais frio aumenta, até o momento em que ambos os corpos apresentem temperatura igual. Esta reação é causada pela passagem de energia térmica do corpo mais quente para o corpo o mais frio, a transferência de energia é o que chamamos calor,(ou seja o calor é exclusivamente a energia em transito!) depois que ela é absorvida pelo corpo não pode ser chamada de calor.Por isso não é correto falar calor contido em um corpo.outro fato importante como veremos no capitulo de termodinamica é que calor flui naturalmente do corpo quente para o frio.

Escala Celsius

A escala Celsius foi criada por Anders Celsius, um astrônomo sueco, ele escolheu como pontos fixos, os quais a sua escala seria baseada, os pontos de fusão do gelo (quando o gelo vira água) e de ebulição da água (quando a água ferve). Ele colocou um termômetro dentro de uma mistura de água e gelo, em equilíbrio térmico, e na posição onde o mercúrio estabilizou marcou o ponto zero. Depois colocou o termômetro na água em ebulição e onde o mercúrio estabilizou marcou o ponto 100. Estava criada a escala Celsius. Sua vantagem era que ela poderia ser reproduzida em qualquer canto do planeta, afinal, ao nível do mar, a água sempre vira gelo e ferve no mesmo ponto, e agora também na mesma temperatura.

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Escala Fahrenheit

Outra escala bastante utilizada, principalmente nos países de língua inglesa, criada por volta de 1708 pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), inicialmente ele colocou seu termômetro, ainda sem nenhuma escala, dentro de uma mistura de água, gelo e sal de amônio. O mercúrio ficou estacionado em determinada posição, a qual ele marcou e chamou de zero. Depois ele colocou este mesmo termômetro para determinar um segundo ponto, a temperatura do corpo humano. Quando o mercúrio novamente estacionou em determinada posição ele a marcou e chamou de 100. Depois foi só dividir o espaço entre o zero e o 100 em cem partes iguais. Estava criada a escala Fahrenheit.

Escala Kelvin

Também conhecida como escala absoluta, foi verificada pelo físico inglês William Thompson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor estado de agitação de qualquer molécula (0K) e é calculada a partir da escala Celsius. Por convenção, não se usa "grau" para esta escala, ou seja, 0K lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin.

Algumas temperaturas:

Escala

Celsius Escala Fahrenheit

Escala Kelvin

Combustão da madeira 250 482 523 Combustão do papel 184 363 257 Chama do gás natural 660 1220 933 Superfície do Sol 5530 10000 5800 Zero absoluto -273,15 -459,57 0

Relações entre as escalas

Os respectivos valores das escalas não são exatamente proporcionais, logo precisamos de no mínimo dois parâmetros em ambas escalas para podermos ter uma boa oportunidade de verificação dos índices pretendidos.

Escala Fahrenheit em comparação com a escala Celsius: 0°C=32°F; 100°C=212°F.

Escala Kevin em comparação com a escala Celsius: -- -273°C=0K; 0°C=273K; 100°C=373K.

Com o desenho abaixo fica mais claro a compreensão:

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Simplificando toda equação acima por 20, temos:

Sessão Leitura: Os extremos de temperatura

Dentre as menores temperaturas registradas cientistas do MIT (Massachusetts Institute of Technology)

conseguiram resfriar gás de sódio à temperatura mais baixa já atingida, apenas meio bilionésimo de grau

acima do zero absoluto (-273ºC), ou abaixo de um nanokelvin (um bilionésimo de grau) veremos mais a

frente, no capitulo de termodinâmica que teoricamente não se pode alcançar o zero absoluto. A menor

temperatura registrada fora de laboratórios foi de 89,02 graus abaixo de zero, em 21 de julho de 1983, na

estação soviética de Vostók, na Antártida.

Por outro lado em Nova York cientistas atingiram a temperatura de 4 trilhões de graus Celsius, a mais alta

da história em laboratório, quente o suficiente para desintegrar a matéria e transformá-la no tipo de sopa

que existiu milionésimos de segundos depois do nascimento do Universo, Eles usaram um acelerador de

partículas gigante do Laboratório Nacional de Brookhaven, do Departamento de Energia dos Estados

Unidos, em Nova York, para bater íons de ouro na produção de explosões ultra quentes, que duraram

apenas milésimos de segundos. Fora de laboratórios a mais alta temperatura que se tem notícia na Terra,

58 graus centígrados, foi registrada na cidadezinha de El Azizia, perto de Trípoli, na Líbia, norte da África,

em 13 de setembro de 1922.

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Exercicios de termometria

1) Nas lâmpadas de filamento de tungstênio, a temperatura desse filamento atinge o valor de 2500°C. Determinar o valor dessa temperatura na Escala Fahrenheit. a) 2685°F b) 4532°F c) 3452°F d) 5234°F e) n.d.a.

2) A temperatura de solidificação do mercúrio é de 39c°. Na escala Kelvin, essa temperatura corresponde a: a) 234K b) 239K c) 173K d) 34K e) 312K

3) Um médico americano informa a um paciente que sua temperatura axilar vale 95°. Sabendo que os pontos do gelo e do vapor na escala Fahrenheit são respectivamente 32°F e 212°F, pode-se afirmar que a temperatura axilar do paciente vale em °C? a) 20°C b) 35°C c) 38°C d) 40°C e) 42°C

4) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima no inverno anterior foi de 60°C. Qual o valor dessa diferença na escala Fahrenheit? a) 108°F b) 60°F c) 140°F d) 33°F e) 92 °F

5)(FMTM-MG) A fim de diminuir o risco de explosão durante um incêndio, os botijões de gás possuem um pequeno pino com aspecto de parafuso, conhecido como plugue fusível. Uma vez que a temperatura do botijão chegue a 172 ºF, a liga metálica desse dispositivo de segurança se funde, permitindo que o gás escape. Em termos de nossa escala habitual, o derretimento do plugue ocorre, aproximadamente, a: a) 69 ºC b) 85 ºC c) 101 ºC d) 78 ºC e) 96 ºC

6. (Unirio-RJ) O nitrogênio, à pressão de 1 atm, condensa-se a uma temperatura de -392 graus numa escala termométrica X. O gráfico representa a correspondência entre essa escala e a escala K (Kelvin). Em função dos dados apresentados no gráfico, podemos verificar que a temperatura de condensação do nitrogênio, em Kelvins, é dada por:

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a) 56 b) 273 c) 77 d) 200

7)A antiga escala Réaumur adotava 0°R e 80°R para os pontos fixos fundamentais. A que temperatura as escalas Réaumur e Fahrenheit fornecem temperaturas iguais? a) 18, 4 F° b) 25,6 F° c) 14,3 F d) 20,4°F e) nenhuma das anteriores

8) Numa aula de física, um aluno é convocado a explicar fisicamente o que acontece quando um pedaço de ferro quente é colocada dentro de um recipiente de água fria. Ele declara: ― O ferro é quente porque contém muito calor. A água é fria que o ferro porque tem menos calor que ele. Quando os dois ficam juntos, parte do calor contido no ferro passa para água, até que eles fiquem com o mesmo nível de calor....e aí eles ficam em equilíbrio‖. Tendo como referência as declarações do aluno e considerando os conceitos cientificamente corretos, analise as seguintes preposições: I. Segundo o conceito atual de calor, a expressão ‖O ferro é quente porque contém muito calor‖ está errada. II. Em vez de declarar:‖... parte do calor contido no ferro passa para água‖, o aluno dizer que ―existe uma transferência de temperatura entre eles‖. III. ―...até que eles fiquem com o mesmo nível de calor....e aí eles ficam em equilíbrio‖ é correto, pois quando dois corpos atingem o equilíbrio térmico seus calores específicos se igualam.Assinale a mais correta: a) Todas as preposições são verdadeiras. b) Apenas a preposição I é verdadeira. c) Apenas a preposição II é verdadeira. d) Apenas a preposição III é verdadeira. e) Apenas as preposições I e III são verdadeiras.

9) Na escala Fahrenheit, sob pressão normal, a água ferve na temperatura de: a) 80°F b) 100°F c) 148°F d) 212°F e) 480°F

10) Dispõe-se de um termômetro calibrado numa escala arbitrária que adota 10 X °para a temperatura 10°C e 70°X para a temperatura 110°C. Com esse termômetro, mediu-se a temperatura de uma cidade que registra, no momento,77°F. Essa medida foi de: a) 2°X b) 12°X c) 19°X d) 22°X e) 25°X

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Capitulo 2: Dilatação Térmica

Já sabemos o conceito de temperatura: é o grau de agitação das moléculas de um corpo. Assim com o aumento de temperatura ocorre também aumento na agitação das moléculas em geral este fato causa um aumento da distancia media entre elas, o que macroscopicamente é denominado dilatação ou expansão térmica. Consequentemente uma redução na temperatura do corpo provocará a contração deste. Porém é difícil perceber a dilatação térmica no dia-a-dia: para se ter uma ideia uma barra de ferro com comprimento de 1m a 0c° quando aquecida a 100c° terá um aumento no seu comprimento de apenas 1 milímetro, logo esses fenômenos quase passam desapercebidos.

Dilatação Linear

Aplica-se apenas para os corpos em estado sólido, e consiste na variação considerável de apenas uma dimensão. Como, por exemplo, em barras, cabos e fios. Ao considerarmos uma barra homogênea, por exemplo, de comprimento Lₒ a uma temperatura inicial Tₒ Quando esta temperatura é aumentada até que T (>tₒ) a barra passa a ter um comprimento L (>Lₒ).(Para interpretação da figura abaixo considere T=θ)

Com isso é possível concluir que a dilatação linear ocorre de maneira proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial Lₒ. Mas ao serem analisadas barras de dimensões iguais, mas feitas de um material diferente, sua variação de comprimento seria diferente,ou seja depende do tipo de material com isto porque a dilatação também leva em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, este é a constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de dilatação linear (α).

Assim: ΔL= Lₒ٠α٠ΔT

Lamina Bimetalica

Uma das aplicações da dilatação linear mais utilizadas no cotidiano é para a construção de lâminas bimetálicas, que consistem em duas placas de materiais diferentes, e portanto, coeficientes de dilatação linear diferentes, soldadas. Ao serem aquecidas, as placas aumentam seu comprimento de forma desigual, fazendo com que esta lâmina soldada entorte.

As lâminas bimetálicas são muito utilizadas nos relés térmicos (termostatos – dispositivos que desligam automaticamente um circuito quando a temperatura atinge determinado valor) para controlar a temperatura de um dado ambiente, nas geladeiras, freezers, ferro elétrico automático, aparelhos de ar condicionado,

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fornos de fogões elétricos, etc. Quando a temperatura do ambiente superar certo limite, o termostato deve desligar o aquecedor fazendo sua lâmina bimetálica envergar, abrindo os contatos, e desligando o aparelho da rede elétrica.

Quando a temperatura cair abaixo de certo limite, o aquecedor deve ser novamente ligado com a lâmpada curvando-se em sentido oposto e fecha os contatos.

Por exemplo: na lâmpada Pisca-pisca você liga a lâmpada, a corrente elétrica flui da lâmina bimetálica para o filamento no qual ela está em contato, que, por sua vez flui para todos os outros, tornando-os incandescentes e acendendo a lâmpada. Quando a lâmina bimetálica ficar suficientemente quente ela se encurvará, interrompendo a corrente elétrica e apagando a lâmpada. Em seguida ela se resfria e se curva, restabelecendo o contato e acendendo novamente a lâmpada. E assim por diante.

Dilatação Superficial

Ocorre se duas dimensões (o comprimento e a largura) apresentam alterações consideráveis quando o corpo é submetido a variações de temperatura. A figura a seguir mostra uma placa que, a uma temperatura inicial Tₒ, possui uma área Aₒ . Quando esta placa é aquecida a uma temperatura T, a sua área passa a ser A.

É importante ressaltar que o coeficiente de dilatação superficial equivale a duas vezes o coefiente de dilatação linear,assim sendo: β = 2α

Assim: ΔL= Lₒ٠β٠ΔT

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Dilatação Volumétrica

Assim como na dilatação superficial, este é um caso da dilatação linear que acontece em três dimensões, portanto tem dedução análoga à anterior.

Consideremos um sólidos cúbico de lados Lₒ que é aquecido uma temperatura ΔT de forma que este sofra um aumento em suas dimensões, mas como há dilatação em três dimensões o sólido continua com o mesmo formato, passando a ter lados L.

É importante ressaltar que o coeficiente de dilatação volumetrica equivale a três vezes o coefiente de dilatação linear,assim sendo γ= 3α; logo: ΔL= Lₒ٠γ٠ ΔT

Dilatação dos líquidos Os líquidos ocupam um volume delimitado pelo frasco que os contém. Portanto, sua dilatação vai ser sempre volumétrica. Mas como também o frasco sempre se dilata, estamos diante de três dilatações volumétricas simultâneas: a real do liquido, a do frasco e a aparente.

Quando aquecemos igualmente o conjunto (Recipiente e Liquido), a dilatação do liquido será maior que a do recipiente e, portanto, parte do líquido irá transbordar. A dilatação real do líquido é dada pela soma da dilatação aparente do liquido (volume que foi extravasado) e da dilatação volumétrica.

Dilatação Anômala da água

Certamente você já deve ter visto, em desenhos animados ou documentários, pessoas pescando em buracos feitos no gelo. Mas como vimos, os líquidos sofrem dilatação da mesma forma que os sólidos, ou seja, de maneira uniforme, então como é possível que haja água em estado líquido sob as camadas de gelo com temperatura igual ou inferior a 0°C?

Este fenômeno ocorre devido ao que chamamos de dilatação anômala da água, pois em uma temperatura entre 0°C e 4°C há um fenômeno inverso ao natural e esperado. Neste intervalo de temperatura a água, ao ser resfriada, sofre uma expansão no seu volume, e ao ser aquecida, uma redução. É isto que permite a existência de vida dentro da água em lugares extremamente gelados, como o Pólo Norte.

A camada mais acima da água dos lagos, mares e rios se resfria devido ao ar gelado, aumentando sua massa específica e tornando-o mais pesado, então ocorre um processo de convecção até que toda a água

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atinja uma temperatura igual a 4°C, após isso o congelamento ocorre no sentido da superfície para o fundo.

O Grafico abaixo pode representar bem esse comportamento:

Sessão Leitura: Dilatação no cotidiano

Quando ocorre um impedimento à livre dilatação ou contração de um corpo, surgem forças internas

de tensão que podem levar o corpo a se romper ou a se deformar. Por isso, há muitas situações

do cotidiano em que a dilatação ou contração térmica é ―facilitada‖ para evitar problemas desse tipo.

Eis algumas dessas situações:

* nas ferrovias, as barras de trilho devem ser assentadas com um espaço entre elas, para permitir a livre

dilatação quando a temperatura varia. Se isso não fosse feito, os trilhos poderiam se entortar devido à

tensão a que ficariam submetidos.

* nas pontes, viadutos e grandes construções, empregam-se as chamadas juntas de dilatação. Elas evitam

que variações das dimensões devidas a mudança de temperatura venham a danificar a estrutura do

concreto.

* nos calçamentos, separam-se as placas de cimento por ripas de madeira ou varas de plástico, que ―absorvem‖ eventuais dilatações das placas, impedindo que elas se rachem.

* em canalizações muito longas, colocam-se de trechos em trechos canos formando curvas (cotovelos), para permitir que ocorra a dilatação ou contração térmica sem que haja danos.

(disponivel em <hppt//:fisicanossa.blogspot.com.br>)

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Exercicios de Dilatação Térmica

1) (Cesesp-PE) O tanque de gasolina de um carro,com capacidade para 60 litros, é completamente cheio a 10 °C, e o carro é deixado num estacionamento onde a temperatura é de 30 °C. Sendo o coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina igual a 1,1x103 º C1 , e considerando desprezível a variação de volume do tanque, a quantidade de gasolina derramada é, em litros: a)1,32 b)1,64 c)0,65 d)3,45 e)0,58

2) (UEBA) Uma peça de zinco é construída a partir de uma chapa quadrada de lado 30 cm, da qual foi retirado um pedaço de área de 500 cm

2 . Elevando-se de 50 °C a temperatura da peça restante, sua área final, em centímetros quadrados, será mais próxima de:(Dado: coeficiente de dilatação linear do zinco = 2,5x105 º C1 ) a)400 b)401 c)405 d)408 e)415

3) A uma dada temperatura um pino ajusta-se exatamente em um orifício de uma chapa metálica; se somente a chapa for aquecida verifica-se que:

a) o pino não mais passará pelo orifício. b) o pino passará facilmente pelo orifício. c) o pino passará sem folga pelo orifício. d) tanto A como C poderão ocorrer. e) nada do que foi dito ocorre.

4) - (Uniube-MG) No continente europeu uma linha férrea da ordem de 600 km de extensão tem sua temperatura variando de -10 °C no inverno até 30 °C no verão. O coeficiente de dilatação linear do material de que é feito o trilho é 105

metros, igual a: º C1 . A variação de comprimento que os trilhos sofrem na sua extensão é, em

5) Um recipiente contém certa massa de água na temperatura inicial de 2°C e sob pressão normal,quando aquecido sobre uma variação na temperatura de 3°C.você como profundo entendedor das ciências naturais sabe que a água:

a)diminui e depois aumenta b)aumenta e após diminui c)diminui somente

d)aumenta e)permanece constante

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6) (UFRGS-RS) Uma plataforma P encontra-se apoiada na posição horizontal sobre duas colunas, A e B, a uma temperatura inicial T0, sendo a altura da coluna A o dobro da altura da coluna B. Para que a plataforma P permaneça na posição horizontal em qualquer temperatura T, a relação entre os coeficientes de dilatação linear αa αb das colunas A e B deve ser:

a) αa= 0,2 αb b) αa= 0,5 αb c) αa= αb d) αa= 1,5 αb e) αa= 2 αb

7) (UFMG) 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. A 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.

8) Uma garrafa de plástico cheia de água é colocada no congelador de uma geladeira. No dia seguinte, verifica-se que a garrafa está toda trincada. Assinale a alternativa que melhor explica o fenômeno: a) O gelo afunda na água, quebrando a garrafa. b) A densidade do gelo é maior que a da água. c) Ocorre choque térmico devido a diferença de temperaturas. d) O peso do gelo é maior que o peso da mesma massa de água. e) Uma massa de água tem mais volume na fase sólida que na fase liquida.

9) (ITA-SP) Um anel de cobre, a 25 ºC, tem um diâmetro interno de 5,00 cm. Qual das opções abaixo corresponderá ao diâmetro interno deste mesmo anel a 275 ºC, admitindo-se que o coeficiente de dilatação térmica do cobre no intervalo 0 ºC a 300 ºC, é constante e igual a 1,6٠10-5 °C? a) 4,98 cm c) 5,02 cm e) 5,12 cm b) 5,00 cm d) 5,08 cm

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10) (Olimpíada Paulista de Física) É muito comum acontecer de, quando copos iguais são empilhados, colocando-se um dentro do outro, dois deles ficarem emperrados, tornando-se difícil separá-los. Considerando o efeito da dilatação térmica, pode-se afirmar que é possível retirar um copo de dentro do outro se:

a) os copos emperrados forem mergulhados em água bem quente. b) no copo interno for despejada água quente e o copo externo for mergulhado em água bem fria. c) os copos emperrados forem mergulhados em água bem fria. d) no copo interno for despejada água fria e o copo externo for mergulhado em água bem quente. e) não é possível separar os dois copos emperrados considerando o efeito de dilatação térmica.

Capitulo 3: Calorimetria

O estudo do calor começou antes de se saber que ele é uma forma de energia,por isso existe uma unidade que é muito usada até hoje embora não perteça ao SI, denominada caloria (1 cal = 4,186J).Uma caloria é a quantidade de calor necessaria para elevar em 1°C a temperatura de 1 grama de agua de 14,5°C a 15,5°C. Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a kilocaloria 1 kcal = 10³cal.Nesse capitulo estudaremos os tipos de calor e suas influencias nos estados da materia.

Calor sensível ou especifico

É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo.

A equação fundamental da calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico.

Assim: Q= m٠c٠ΔT

Onde:

Q = quantidade de calor sensível (cal ou J). c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C). m = massa do corpo (g ou kg). ΔT= variação da temperatura em celsius

Adotando a equação fundamental da calorimetria temos que se Q>0 o corpo ganha calor e se Q<0 o corpo perde calor.

Calor Latente

Nem toda a troca de calor existente na natureza se detém a modificar a temperatura dos corpos. Em alguns casos há mudança de estado físico destes corpos,ou seja de solido para liquido,de liquido para vapor ou o processo inverso. Neste caso, chamamos a quantidade de calor calculada de calor latente.

A quantidade de calor latente (Q) é igual ao produto da massa do corpo (m) e de uma constante de

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proporcionalidade (L) que é chamada calor latente de mudança de fase e se refere a quantidade de calor que 1g da substância calculada necessita para mudar de uma fase para outra.Esse calor latente depende

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principalmente da natureza do material envolvido.

Q= m ٠L

Capacidade termica e calor especifico

É a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade. Então, pode-se expressar esta relação sendo

C = c٠m (dado em cal/°C).

A letra c é denominada calor especifico do material,sendo que não varia enquanto a capacidade termica por depender da massa é variante.

Podemos observar que a água possui um calor especifico elevado quando comparado a outras substancias,esse fato explica por que pela manhã em regiões litoraneas o mar está mais frio que a areia.Por ter calor especifico maior que o da areia a água demora mais para se aquecer pois precisa de maior quantidade de calor para sofrer a mesma variação de temperatura.

Sessão Leitura: A caloria nos alimentos

Hoje em dia é enorme a preocupação em se ter um corpo ―sarado‖ Com essa motivação, muitas pessoas procuram controlar a ingestão de alimentos, aderindo a vários tipos de dietas.Os alimentos energéticos (carboidratos ou açúcares), após serem absorvidos, são ―queimados‖ no processo de respiração celular, produzindo a energia indispensável ao funcionamento do organismo. Na verdade, essa ―queima‖ corresponde a processos bioquímicos, em que ocorre a oxidação das moléculas orgânicas. Embora não envolva trocas de calor, no sentido considerado em nosso curso, a medida dessa ―energia dos alimentos‖ costuma ser feita na unidade quilocaloria (kcal), que com frequência é chamada, impropriamente, de Caloria Alimentar e representada por Cal (com inicial maiúscula).A ingestão em quantidade adequada dos alimentos energéticos (carboidratos) repõe a energia que o organismo consome — tanto nas atividades diárias como na manutenção dos processos vitais. Caso a ingestão seja exagerada, acima das necessidades normais, o organismo acumula os alimentos em excesso na forma de gordura, podendo fazer com que a pessoa fique obesa.As gorduras e as proteínas em princípio não são alimentos energéticos. Entretanto, se houver falta de carboidratos, o organismo pode suprir a carência de energia lançando mão desses alimentos. Essa utilização pode comprometer o organismo, causando uma deficiência nutricional e problemas de saúde. (adaptado de RAMALHO, NICOLAU e TOLEDO. Os Fundamentos da Física, Vol. 02, 7ª Ed. Editora Moderna. Pag 1 –Cap 4)

Curva de aquecimento

Ao estudarmos os valores de calor latente, observamos que estes não dependem da variação de temperatura. Assim podemos elaborar um gráfico de temperatura em função da quantidade de calor absorvida. Chamamos este gráfico de Curva de Aquecimento:

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Mudanças de estado de agregação

Durante uma mudança de fase,em geral ocorre variação do volume portanto uma mudança da pressão externa altera a temperatura em que ocorre a mudança de fase.Por exemplo a água, ela entra em ebulição quando a temperatura chega a 100C° sob uma pressão de 1 atm.Porém imagine no caso da cidade de Juiz de fora que está acima do nível do mar: a pressão externa é menor que 1 atm,fato que facilita a ebulição, ou seja na nossa querida Manchester Mineira a água ferve em uma temperatura menor que 100°C.

A Panela de pressão é quase totalmente fechada a não ser por uma pequena abertura na sua parte superior que dificulta a saida do vapor,desse modo quando aquecida a pressão interna na panela pode ficar maior que 1 atm e assim a água ferve numa temperatura maior que 100°C.

Diagrama de fase

São gráficos da pressão em função da temperatura, nos quais é possível analisar as transições de fase da substancia.

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Curvas de sublimação (CS): Separa a fase sólida e de vapor. Curva de fusão (CF): Separa a fase sólida da liquida. Se atravessada da esquerda para direita, ocorre uma fusão; se a passagem ocorre no sentido contrario, temos uma solidificação. Curva de Vaporização (CV): Separa a fase liquida e a de vapor. Se atravessada da esquerda para direita, ocorre uma vaporização; se a passagem ocorre no sentido contrario, temos uma condensação. Ponto tríplice (PT): Estado da substancia no qual coexistem as três fases. Ponto Crítico (PC): Ponto na curva Cv, com temperatura a partir do qual o vapor é chamado de gás.

Exercicios de calorimetria

1) (Fuvest-SP) Um amolador de facas, ao operar um esmeril, é atingido por fagulhas incandescentes, mas não se queima. Isso acontece porque as fagulhas: a) Têm calor específico muito grande. b) Têm temperatura muito baixa. c) Têm capacidade térmica muito Pequena. d) Estão em mudança de estado. e) Não transportam energia.

2) (UECE) Cedem-se, 684 cal a 200 g de ferro que estão a uma temperatura de 10 ºC. Sabendo que o calor específico do ferro vale 0,114 cal/g ºC, concluímos que a temperatura final do ferro será: a) 40 ºC b) 10 ºC c) 20 ºC d) 30 ºC e) 35 ºC

3) (MACK-SP) Quanta energia deve ser dada a uma panela de ferro de 300 g para que sua temperatura seja elevada em 100 ºC? Considere o calor específico da panela como c = 450 J/ kg ºC. a) 300 J b) 450 J c) 750 J d) 1750 J e) 13500 J

4) (MACKENZIE) Um bloco de cobre (c = 0,094 cal/gºC) de 1,2kg é colocado num forno até atingir o equilíbrio térmico. Nessa situação, o bloco recebeu 12 972 cal. A variação da temperatura sofrida, na escala Fahrenheit, é de:

a) 60ºF b) 115ºF c) 207ºF d) 239ºF e) 347ºF

5) (Méd.Pouso Alegre) Das afirmações abaixo: I) O calor específico de um material indica a quantidade de calor necessária para fundir 1g de material. II) O coeficiente de dilatação volumétrica de um material é a variação de volume em relação V0 para cada grau de temperatura. III) O calor de fusão de um material indica a quantidade de calor necessária para fundir completamente desse material. Podemos Dizer Que: a) somente a I está correta. b) somente a III está correta. c) somente a II está correta. d) somente a II e III estão corretas. e) todas estão corretas.

6) (MACKENZIE) Quando misturamos 1,0kg de água de água (calor específico sensível = 1,0cal/g°C) a 70° com 2,0kg de água a 10°C, obtemos 3,0kg de água a: a) 10°C b) 20°C c) 30°C d) 40°C

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e) 50°C

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7) O calor específico da água liquida vale 1 cal ; o calor latente de fusão do gelo vale 80 cal/g. A quantidade de calor necessária para transformar 200g de gelo a 0 ºC em 20 ºC será, em Kcal, igual a : a) 2 b) 4 c) 8 d) 20 e) 22

8) Um bloco de vidro de massa com 300 gramas estáa temperatura de 25°C.sabendo que o calor especifico do vidro é 0,2 cal/g°C.A quantidade de calor necessaria para elevar a temperatura do bloco até a temperatura de 40°C a)340 cal b)900 cal c)600 cal d)9000 cal e)6000 cal

9) Qual a quantidade de energia necessaria para transformar 80g de gelo a -20 °C em vapor de agua a 100°C?(considere: calor especifico do gelo->0,5 cal/g°C; calor especifico da água= 1 cal/g°C calor de fusão do gelo ( a 0°C)-> L = 80 cal/g; calor de vaporização da água ( a 100ºC )---> L = 540 cal/g) a)800 b)8000 c)19520 d)15200 e)64000 . 10) A liofilização é um processo de desidratação de alimentos que, além de evitar que seus nutrientes saiam junto com a água, diminui bastante sua massa e seu volume, facilitando o armazenamento e o transporte. Alimentos liofilizados também têm seus prazos de validade aumentados, sem perder características como aroma e sabor.O processo de liofilização segue as seguintes etapas: I. O alimento é resfriado até temperaturas abaixo de 0 ºC, para que a água contida nele seja solidificada II. Em câmaras especiais, sob baixíssima pressão (menores do que 0,006 atm), a temperatura do alimento é elevada, fazendo com que a água sólida seja sublimada. Dessa forma, a água sai do alimento sem romper suas estruturas moleculares, evitando perdas de proteínas e vitaminas. O gráfico mostra parte do diagrama de fases da água e cinco processos de mudança de fase, representados pelas setas numeradas de 1 a 5.

A alternativa que melhor representa as etapas do processo de liofilização, na ordem descrita, é: A) 4 e 1. B) 2 e 1. C) 2 e 3. D) 1 e 3. E) 5 e 3

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Capitulo 4) Transmissão de calor

Já vimos que calor é a energia térmica em trânsito de um corpo de maior temperatura a outro, de menor temperatura,neste capitulo veremos suas formas de transmissão de um corpo a outro.

Condução

Quando dois corpos são postos em contato com temperaturas diferentesas móleculas do corpo mais quente,colidem com as moleculas do corpo mais frio tranferindo energia para este.essa forma de transfererencia de energia é chamada condução.

O primeiro a fazer um estudo da trnsmissão de calor foi o físico e matematico francês Fourier,que experimentamente obteve uma formula que nós dá a velocidade com que o calor é transmitido por condução. Φ= Q/ t No SI a unidade do fluxo de calor é Joule por segundo,que é equivalente a watt,ou seja incrivelmente temos uma relação entre as unidades de fluxo de calor e a unidade de potência.

Convecção

A convecção consiste no movimento dos fluidos, e é o princípio fundamental da compreensão do vento, por exemplo. O ar que está nas planícies é aquecido pelo sol e pelo solo, assim ficando mais leve e subindo. Então as massas de ar que estão nas montanhas, e que está mais frio que o das planícies, toma o lugar vago pelo ar aquecido, e a massa aquecida se desloca até os lugares mais altos, onde resfriam. Estes movimentos causam, entre outros fenômenos naturais, o vento.

Formalmente, convecção é o fenômeno no qual o calor se propaga por meio do movimento de massas fluidas de densidades diferentes.Considere por exemplo uma vasilha contendo água a uma temperatura

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superior a 4°C,sabemos que acima dessa temperaura a água se expande quando aquecida.Coloquemos

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essa vasilha sobre uma chama: a parte de baixo da água sofrerá expansão,terásua densidade diminuida e assim de acordo com o principio de arquimedes subirá.A parte superior mais fria e densa descerá.Formam- se as correntes de convecção, sendo uma ascendente e uma descendente.

Nos refrigeradores que funcionam com o sistema frost free (livre de gelo), a placa fria não fica na parte interna do aparelho, mas entre as paredes interna e externa traseira. Um conjunto de ventiladores provoca a circulação do ar, retirando ar quente e injetando o ar frio, resfriando a parte interna onde ficam os alimentos. As prateleiras são inteiriças, de vidro ou de plástico, fazendo com que cada compartimento receba ar gelado através de aberturas existentes na parede do fundo. A circulação de ar quente por convecção, ocorre nas prateleiras da porta, que são vazadas. O ar quente é retirado na parte superior da geladeira. A água formada por condensação escorre para um recipiente na parte inferior e evapora.

Irradiação

Sabe-se que as particulas que possuem carga elétrica ao oscilarem produzem ondas eletrmagnéticas,as caracteristicas das ondas eletromagnéticas dependem da frêquencia de oscilação dessas cargas eletricas.Todos os corpos que emitem ondas eletromagnéticas cujas caracteristicas dependem do grau de aquecimento do corpo,isso é chamado irradiação.

Imagine um forno microondas. Este aparelho aquece os alimentos sem haver contato com eles, e ao contrário do forno à gás, não é necessário que ele aqueça o ar. Enquanto o alimento é aquecido há uma emissão de microondas que fazem sua energia térmica aumentar, aumentando a temperatura.

Quando as ondas eletromagnéticas incidem em um corpo parte delas pode ser refletida e parte absorvida transformando-se em energia térmica,assim que recebemos o calor do sol,podemos observar esse fenomeno se colocarmos a mão ao lado de um ferro eletrico ligado ou de uma lampada incandescente.

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Sessão leitura: Inversão Térmica

As pessoas que vivem em grandes cidades como São Paulo, Tóquio, Cidade do México, entre outras --- enfrentam o problema da inversão térmica. Ela ocorre quando os poluentes emitidos pelos veículos e pelas indústrias não conseguem se dispersar. O normal é que o ar próximo do solo absorva o calor emitido pela terra, se aqueça (ficando menos denso) e suba em movimento convectivo (correntes de convecção), dispersando-se.

A inversão térmica acontece quando uma camada de ar quente se sobrepõe ao ar que sofreu brusco resfriamento próximo ao solo, impedindo sua ascensão, fazendo os poluentes permanecerem na camada inferior. Isso ocorre com maior freqüência a noite, quando o solo se esfria. Há inversão térmica durante todo o ano, porém no inverno elas ficam mais próximas ao solo e, por isso, são mais sentidas por nós.

Este fenômeno afeta diretamente a saúde das pessoas, principalmente das crianças, provocando doenças respiratórias, cansaço entre outros problemas de saúde. Pessoas que possuem doenças como, por exemplo, bronquite e asma são as mais afetadas com esta situação. Soluções para estes problemas estão ligados diretamente à adoção de politicas ambientais eficientes que visem diminuir o nível de poluição do ar nos grandes centros urbanos. A substituição de combustíveis fósseis por biocombustíveis ou energia elétrica poderia reduzir significativamente este problema. Campanhas públicas conscientizando as pessoas sobre a necessidade de trocar o transporte individual (particular) pelo transporte público (ônibus e metrô) também ajudaria a amenizar o problema. A fiscalização nas regiões onde ocorrem queimadas irregulares também contibuiria neste sentido.

Sessão Leitura: O efeito estufa na atmosfera terrestre A atmosfera terrestre é formada principalmente por nitrogênio , oxigênio e argônio , aparecendo ainda em quantidades bem pequenas o neônio, o hélio, (78%) (20,9%) (0,9%) o hidrogênio e outros gases. A essa composição devemos acrescentar os chamados ―gases estufa‖, que dificultam a dispersão dos raios solares que incidem sobre a terra. São eles o dióxido de carbono , o metano , o óxido nitroso e os compostos de clorofluorcarbono provenientes da queima de carvão, petróleo (na forma de seus derivados), florestas e pastagens e da decomposição da madeira e de materiais orgânicos (como dejeto humano e de outros animais). Além desses gases, o vapor de água na atmosfera também contribui para o efeito estufa. A forma de retenção do calor na atmosfera é semelhante à de uma estufa: permite que a energia radiante penetre, mas dificulta a dissipação das radiações emitidas pela superfície aquecida da terra. Um grupo de cientistas norte-americanos calculou em 1 watt por metro quadrado a diferença entre a energia que a terra absorve de radiação solar e a energia que ela emite de volta para o espaço.Essa energia retida é importante para que haja vida animal e vegetal na terra, porém o crescimento da população humana, o desmatamento de florestas (que absorvem parte do dioxido de carbono) e o ritmo acelerado da industrialização estão provocando um desequilíbrio, com aquecimento acima do normal. Geleiras estão derretendo; correntes marinhas de água quente (no oceano atlântico) estão mais aquecidas que o normal, provocando mais furacões que a média do último século; chuvas intensas inundam locais antes secos e estiagens ocorrem

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em locais antes castigados por intensas chuvas. (Disponivel em : FÍSICA 2 Newton Villas Boas, Ricardo Helou Doca, Gualter José Biscuola. 1ª. Ed – São Paulo: Saraiva, 2010).

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Exercicios de condução térmica

1) (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por: a) radiação e convecção b) radiação e condução c) convecção e radiação d) condução e convecção e) condução e radiação

2) A região situada no norte do Chile, onde se localiza o deserto do Atacama, é seca por natureza. Ela sofre a influência do Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul (ASPS) e da cordilheira dos Andes. O ASPS, região de alta pressão na atmosfera, atua como uma ―tampa‖, que inibe os mecanismos de levantamento do ar necessários para a formação de nuvens e/ou chuva. Nessa área, há umidade perto da costa, mas não há mecanismo de levantamento. Por isso não chove. A falta de nuvens na região torna mais intensa a incidência de ondas eletromagnéticas vindas do Sol, aquecendo a superfície e elevando a temperatura máxima. De noite, a Terra perde calor mais rapidamente, devido à falta de nuvens e à pouca umidade da atmosfera, o que torna mais baixas as temperaturas mínimas. Essa grande amplitude térmica é uma característica dos desertos. (Ciência Hoje, novembro de 2012. Adaptado.)

Baseando-se na leitura do texto e dos seus conhecimentos de processos de condução de calor, é correto afirmar que o ASPS e a escassez de nuvens na região do Atacama .

a)favorece a convecção – favorece a irradiação de calor b)favorece a convecção – dificulta a irradiação de calor c)dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor d)permite a propagação de calor por condução – intensifica o efeito estufa e)dificulta a convecção – dificulta a irradiação de calor.

3) (MACK-SP) Suponha que, ao levantar, você pise descalço no chão de ladrilhos do banheiro, após passar pelo assoalho de madeira da casa. Você terá a sensação de que o ladrilho é mais frio do que a madeira do assoalho, embora ambos estejam a temperatura ambiente. Tal fato ocorre, por que: a) A capacidade térmica da madeira é maior que a do ladrilho. b) O calor específico do ladrilho é menor que o da madeira. c) Os pés em contato com o ladrilho irradiam menos calor do que em contato com a madeira. d) A condutibilidade térmica do ladrilho é maior que a da madeira. e) A natureza esconde muitos mistérios.

4) (UFES) O uso de chaminés para escape de gases quentes provenientes da combustão é uma aplicação do processo térmico de: a) Radiação b) Condução c) Absorção d) Convecção e) Dilatação

5) Imagine que você está em um planeta deserto,completamente desprovido de fluidos de qualquer natureza,você pode afirmar que nesse planeta somente ocorre propagação de calor por: a)convecção,condução e irradiação b)convecção e irradiação c)condução e convecção d)irradiação e)convecção

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6) O professor Michael estava na sua terra natal, Conselheiro lafaiete, abraçado a uma arvore.depois sem razão aparente deitou-se no chão de marmore.ele teve a sensação que o mármore estava mais frio que a arvore que ele estava abraçando,este fato: a) ocorreu por que a madeira está acima da temperatura ambiente b) ocorreu por que o calor do corpo escoa rapidamente para o mármore devido a grande condutibilidade termica desse material c) ele deve ser doido,pois se estão ambos a temperatura ambiente é impossivel um estar mais frio que outro d) a madeira possui maior condutibilidade térmica que o mármore e) a natureza faz coisas intrigantes.

7) (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por: a) radiação e convecção b) radiação e condução c) convecção e radiação d) condução e convecção e) condução e radiação

8) (UNIFENAS) A transmissão de calor por convecção só é possível: a) no vácuo b) nos sólidos c) nos líquidos d) nos gases e) nos fluidos em geral.

9) Assinale a alternativa correta: a) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo. b) No vácuo, a única forma de transmissão do calor é por condução. c) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica no vácuo nem em materiais no estado sólido. d) A radiação é um processo de transmissão do calor que só se verifica em meios sólidos. e) A condução térmica só ocorre no vácuo; no entanto, a convecção térmica se verifica inclusive em matérias no estado sólido.

10)(MACKENZIE) Uma parede de tijolos e uma janela de vidro de espessura 180mm e 2,5mm, respectivamente, têm suas faces sujeitas à mesma diferença de temperatura. Sendo as condutibilidades térmicas do tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI, respectivamente, então a razão entre o fluxo de calor conduzido por unidade de superfície pelo vidro e pelo tijolo é: a) 200 b) 300 c) 500 d) 600 e) 800

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Capitulo 5) Gases

Gases são fluidos no estado gasoso, a característica que o difere dos fluidos líquidos é que, quando colocado em um recipiente, este tem a capacidade de ocupa-lo totalmente.E nesse estado gasoso a cada instante há moleculas movendo-se em todas as direções,com diferentes velocidades. De acordo com a teoria cinética dos gases, definimos um gás como sendo um fluido que possui as propriedades de compressibilidade e expansibilidade e que tende a ocupar todo o espaço que lhe é oferecido, isto é, ocupa todo o espaço onde está contido. Para caracterizar a situação do gás existem 3 grandezas que nos importantes: a pressão(P),volume(V) e temperatura(T).Os gases chamados de ideais (os quais trabalharemos daqui pra frente) seguem a seguinte lei chamada da lei dos gases ideais:

= Constante

Quando uma ou mais variavel do gás sofre modificação,dizemos que o gás sofreu transformação.

É considerado um gás perfeito quando são presentes as seguintes características:

o movimento das moléculas é regido pelos princípios da mecânica Newtoniana; os choques entre as moléculas são perfeitamente elásticos, ou seja, a quantidade de movimento é

conservada; não há atração e nem repulsão entre as moléculas; o volume de cada molécula é desprezível quando comparado com o volume total do gás.

Transformação Isotérmica

A palavra isotérmica se refere a mesma temperatura, logo uma transformação isotérmica de uma gás, ocorre quando a temperatura inicial é conservada.

A lei física que expressa essa relação é conhecida com Lei de Boyle e é matematicamente expressa por:

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Transformação Isobárica

Analogamente à transformação isotérmica, quando há uma transformação isobárica, a pressão é conservada.

Regida pela Lei de Charles e Gay-Lussac, esta transformação pode ser expressa por:

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Transformação Isométrica

A transformação isométrica também pode ser chamada isocórica e assim como nas outras transformações vistas, a isométrica se baseia em uma relação em que, para este caso, o volume se mantém.

Regida pela Lei de Charles, a transformação isométrica é matematicamente expressa por:

Equação de Clapeyron

Relacionando as Leis de Boyle, Charles Gay-Lussac e de Charles é possível estabelecer uma equação que relacione as variáveis de estado: pressão (p), volume (V) e temperatura absoluta (T) de um gás.

Esta equação é chamada Equação de Clapeyron, em homenagem ao físico francês Paul Emile Clapeyron que foi quem a estabeleceu.

p=pressão; V=volume; n=nº de mols do gás; R=constante universal dos gases perfeitos; T=temperatura absoluta.

Energia interna do gás

Devido às colisões entre si e com as paredes do recipiente, as moléculas mudam a sua velocidade e direção, ocasionando uma variação de energia cinética de cada uma delas. No entanto, a energia cinética média do gás permanece a mesma.

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Novamente utilizando-se conceitos da mecânica Newtoniana estabelece-se:

n=número molar do gás (nº de mols) R=constante universal dos gases perfeitos (R=8,31J/mol.K) T=temperatura absoluta (em Kelvin)

Como, para determinada massa de gás, n e R são constantes, a variação da energia interna dependerá da variação da temperatura absoluta do gás, ou seja,

Quando houver aumento da temperatura absoluta ocorrerá uma variação positiva da energia interna: ΔU>0

Quando houver diminuição da temperatura absoluta, há uma variação negativa de energia interna: ΔU<0

E quando não houver variação na temperatura do gás, a variação da energia interna será igual a ΔU=0

Sessão Leitura: Trabalho de um gás

Considere um gás de massa m contido em um cilindro com área de base A, provido de um êmbolo. Ao ser fornecida uma quantidade de calor Q ao sistema, este sofrerá uma expansão, sob pressão constante, como é garantido pela Lei de Gay-Lussac, e o êmbolo será deslocado.

Assim como para os sistemas mecânicos, o trabalho do sistema será dado pelo produto da força aplicada no êmbolo com o deslocamento do êmbolo no cilindro:

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Assim, o trabalho realizado por um sistema, em uma tranformação com pressão constante, é dado pelo produto entre a pressão e a variação do volume do gás.

Quando:

O volume aumenta no sistema, o trabalho é positivo, ou seja, é realizado sobre o meio em que se encontra (como por exemplo empurrando o êmbolo contra seu próprio peso);

O volume diminui no sistema, o trabalho é negativo, ou seja, é necessário que o sistema receba um trabalho do meio externo;

O volume não é alterado, não há realização de trabalho pelo sistema.

Em uma transformação qualquer (inclusive a isobárica), podemos calcular o trabalho através da área sob o gráfico de pressão versus volume.

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Exercicios sobre termodinamica dos Gases

1) Analise as seguintes afirmativas a respeito dos tipos de transformações ou mudanças de estado de um gás:

I-Em uma transformação isocórica o volume do gáspermanece constante. II-Em uma transformação isobárica a pressão do gáspermanece constante. III-Em uma transformação isotérmica a temperatura do gáspermanece constante. IV-Em uma transformação adiabática variam o volume, a pressão e a temperatura.

Com a relação as quatro afirmativas acima, podemos dizer que: A) Só I e III são verdadeiras. B) Só II e III são verdadeiras. C) I, II, III e IV são verdadeiras. D) Só I é verdadeira. E) Todas são falsas

2) Qual deve ser a temperatura de certa quantidade de um gás ideal, inicialmente a 200 K, para que tanto o volume quanto a pressão dupliquem?

a) 1200 K b) 2400 K c) 400 K d) 800 K e) n.d.a

3) (UFPR) Considere um gás ideal sendo submetido a vários processos termodinâmicos a partir de um mesmo estado inicial. Sobre esta situação quais informações são verdadeiras, faça a soma destas para dar a resposta: (1) se o processo for isométrico (isocórico), o trabalho realizado pelo gás será nulo. (02 )Se o processo for uma expansão isotérmica, haverá uma diminuição da pressão do gás. (04) Se o processo for isotérmico, a energia interna do gás permanecerá constante. (08) A temperatura atingida pelo gás no estado final não depende do processo escolhido. (16) Se o processo for adiabático, o gás trocará calor com o meio externo. (32) Se o volume for diminuído, num processo isobárico, haverá um aumento de temperatura do gás.

a) 15 b) 11 c) 13 d) 40 e) 22

4) (UCS-RS) Certa massa gasosa inicial sofre uma transformação a volume constante, conhecida como lei de Charles. A sua pressão inicial é de uma atmosfera e sua temperatura passa de 400 K para 500 K. A pressão da massa gasosa passa para: a) 0,80 atm b) 1,25 atm c) 1,50 atm d) 1,70 atm e) 1,80 atm

5) (UNIMEP-SP) 15 litros de uma determinada massa gasosa encontram-se a uma pressão de 8 atm e à temperatura de 30 º C. Ao sofrer uma expansão isotérmica, seu volume passa a 20 Litros. Qual será a nova pressão? a) 10 atm c) 8 atm e) 4 atm

b) 6 atm d) 5 atm

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6) O gráfico abaixo representa uma transformação cíclica de um gás ideal. É CORRETO afirmar que a quantidade de calor trocado entre o gás e a sua vizinhança nesse ciclo é:

a) 64 J b) 16 J c) 32 J d) 48 J

7) O que é um gás?

a) Gás é um fluido que não possui as propriedades de compressibilidade e expansibilidade, portanto ocupa somente uma porção do volume em que está contido.

b) Gás é um líquido cujas moléculas que o constituem estão bastante espaçadas umas das outras.

c) Gás é um fluido que apresenta somente a propriedade de expansibilidade.

d) Gás é um fluido que sofre ação da gravidade e não possui propriedades de compressibilidade.

e) Gás é um fluido que possui as propriedades de compressibilidade e expansibilidade e que tende a ocupar todo o espaço onde está contido.

8) Se dois mols de um gás, à temperatura de 27 ºC, ocupam um volume igual a 57,4 litros, qual é, aproximadamente, a pressão desse gás? (Adote R = 0,082 atm.L/mol.K).

a) ≈ 0,76 atm b) ≈ 0,86 atm c) ≈ 1,16 atm d) ≈ 8,16 atm e) ≈ 0,66 atm

9) À que temperatura se deveria elevar certa quantidade de um gás ideal, inicialmente a 300 K, para que tanto a pressão como o volume se duplicassem?

a) 1200 K b) 1100 K c) 900 K d) 800 K e) 700 K

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10) Qual é o volume molar de um gás que está submetido à pressão de 3 atm e à temperatura de 97 ºC?( R = 0,082 atm.L/mol.K)

a) V = 10,1 L b) V = 1,01 L c) V = 13,56 L d) V = 10,99 L e) V = 11 L

Capitulo 6: Termodinamica

A termodinâmica é a ciência que estuda as relações entre calor e o trabalho, que ocorrem durante determinados fenômenos, tais como expansão ou a compressão de um gás.

Máquinas térmicas tinham sido inventadas e aperfeiçoadas ao longo dos séculos XVII, XVIII e XIX. No entanto, a atenção científica sobreveio apenas em meados do século XIX com Sadi Carnot. Seus estudos foram aprimorados ao longo daquele século por James Prescott Joule, Lord Kelvin e Rudolf Clausius.

A Termodinâmica se aplica a uma ampla variedade de tópicos em ciência e engenharia, tais como motores, transições de fase, reações químicas, fenômenos de transporte, e mesmo buracos negros;aqui trabalharemos essencialmente sua parte mais simples constituida principalmente pelo estudo dos trabalhos realizados por um gás.

As leis vistas a seguir são uma tentativa de sistematizar os principios físicos que regem o fluxo de energia entre os sistemas.

Lei zero da da Termodinâmica

A lei zero da termodinânica afirma que "Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, então eles estão em equilíbrio térmico entre si." Essa lei permite a definição de uma escala de temperatura, como por exemplo, as escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden.

No ano de 1853, Rankine definiu temperaturas iguais da seguinte maneira: "Duas porções de matéria são ditas como tendo temperaturas iguais se nenhuma delas tente a transferir calor a outra".

Primeira Lei da Termodinâmica

Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica, o princípio da conservação de energia aplicada à termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica.

Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então, ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho e aumentar a energia interna do sistema ΔU , expressando matematicamente:

Q= + ΔU

Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).

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Calor Trabalho Energia Interna Q/

Recebe Realiza Aumenta >0 Fornece Recebe Diminui <0 Não troca Nem realiza nem recebe Não varia =0

Segunda Lei da Termodinâmica

Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas.

Dois enunciados, aparentemente diferentes ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica, os enunciados de Clausius e Kelvin-Planck:

Enunciado de Clausius: “O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.”

Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho efetivo.

Enunciado de Kelvin-Planck: “É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.”

Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho efetivo.

Terceira Lei da da Termodinâmica

Esta lei foi formulada com base no hipotético zero absoluto da escala kelvin (0k),que representaria a menor temperatura teórica que um sistema poderia alcançar.A essa temperatura não haveria nenhuma cinética molecularou atomica e logo nenhum grau de desordem (entropia) nos elementos constituintes da materia.Não vamos aprofundar mais na 3° Lei pois não é de nosso interesse e utiliza conceitos mais complexos de calculo.

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Maquinas térmicas

As máquinas térmicas foram os primeiros dispositivos mecânicos a serem utilizados em larga escala na indústria, por volta do século XVIII. Na forma mais primitiva, era usado o aquecimento para transformar água em vapor, capaz de movimentar um pistão, que por sua vez, movimentava um eixo que tornava a energia mecânica utilizável para as indústrias da época.

Chamamos máquina térmica o dispositivo que, utilizando duas fontes térmicas, faz com que a energia térmica se converta em energia mecânica (trabalho).

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A fonte térmica fornece uma quantidade de calor que no dispositivo transforma-se em trabalho mais uma quantidade de calor que não é capaz de ser utilizado como trabalho e é desperdiçado.

= Q1-Q2

Utiliza-se o valor absolutos das quantidade de calor pois, em uma máquina que tem como objetivo o resfriamento, por exemplo, estes valores serão negativos.

Neste caso, o fluxo de calor acontece da temperatura menor para o a maior. Mas conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece espontaneamente, logo é necessário que haja um trabalho externo, assim:

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Rendimento das máquinas térmicas

Podemos chamar de rendimento de uma máquina a relação entre a energia utilizada como forma de

trabalho e a energia fornecida: η=

O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum trabalho, e o máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor recebido em trabalho, mas como visto, isto não é possível. Para sabermos este rendimento em percentual, multiplica-se o resultado obtido por 100%.

Ciclo de Carnot

Carnot demonstrou que o rendimento (η) de uma máquina térmica depende somente das temperaturas entre as quais ela trabalha ou que, no ciclo de Carnot, o rendimento é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes fria e quente e não depende da substância que faz a máquina térmica funcionar.

Sabendo que o rendimento de uma maquina térmica nunca será de 100%, podemos imaginar uma maneira de se aproveitar o máximo possível o calor recebido. O físico Sadi Carnot descobriu um ciclo de transformações (Ciclo de Carnot) no qual o rendimento será maior possível.

O ciclo de Carnot se constitui de: duas transformações isotérmicas, alternadas com duas transformações adiabáticas, representadas na figura abaixo.

Curiosidade

Sabia que o teu coração bate 100 000 vezes por dia em média e consome 1 Joule por batida?

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Na transformação isotérmica, AB, o gás absorve calor enquanto se expande. Este calor é absorvido de uma fonte à temperatura . Isolando termicamente o sistema, deixamos que ele continue a se expandir. O sistema não troca calor com a vizinhança e sua temperatura cai para o valor . Esta transformação adiabática é representada pela curva BC. De C para D temos uma compressão isotérmica, no qual o gás cede calor a fonte fria à temperatura e, finalmente, com uma compressão adiabática DA o gás retorna as condições iniciais.

Quando um dispositivo opera segundo este ciclo, dizemos que ele é uma ―maquina de Carnot‖. A importância do ciclo de Carnot é devida ao teorema seguinte, conhecido como ―Teorema de Carnot‖: ―Nenhuma máquina térmica que opere entre duas fontes pode ter maior rendimento que uma máquina de

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Carnot operando entre estas mesmas fontes”.

Sessão Leitura: O funcionamento da geladeira

Para compreender o funcionamento de uma geladeira comum, observe a figura acima, que representa esquematicamente as principais partes deste aparelho Na serpentina, o gás que circula no refrigerador (que costuma ser o freon ou outro gás), está liquefeito sob a pressão produzida pelo compressor(acionado pelo motor). Este líquido, passando por um estrangulamento, sofre uma expansão, ao penetrar na tubulação do refrigerador, onde ele se apresenta como uma mistura de líquido e vapor a uma temperatura relativamente baixa. Este resfriamento ocorre em virtude da expansão brusca (mudança de fase) na qual o gás realiza trabalho utilizando sua própria energia interna. A tubulação estando em contato com o ambiente do congelador, , absorve calor deste, o que leva o restante do líquido a ser evaporar. O gás passa, então, de para o compressor, onde é novamente liquefeito pelo trabalho da força de pressão que o pistom realiza sobre ele. Ao ser liquefeito, o gás libera calor, que é transferido para o ar ambiente na serpentina. É por este motivo que a parte posterior do refrigerador, onde está situada a serpentina B deve estar voltada para o um local onde haja circulação do ar, para facilitar a transferência de calor da serpentina para o ambiente.

Nas geladeiras de degelo automático, quando o termostato desliga o compressor, ele liga um conjunto de resistores acoplados à placa fria. O gelo derretido escorre por canaletas e se acumula em um reservatório existente na parte inferior do refrigerador, onde evapora.

Nos refrigeradores que funcionam com sistema frost free (livres de gelo), a placa fria não fica na parte interna do aparelho, mas entre as paredes interna e externa traseira. Um conjunto de ventiladores provoca a circulação do ar, esfriando a parte interna. A água formada pela condensação escorre para um recipiente na parte inferior e evapora. Assim, não é preciso fazer o descongelamento.

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Sessão Leitura: O motor de 4 tempos. Em 1876 o alemão Nicolaus August Otto construiu o primeiro motor com ciclo de quatro tempos. Esse motor apresenta as quatro fases: indução, compressão, ignição e exaustão, que encontramos nos atuais motores. Antes do motor Otto, Nicolas Leonard Sadi Carnot estabelecera o primeiro projeto teórico de motor de dois tempos, na França, em 1824. Em 1859, o belga Etienne Lenoir construiu um motor a gás semelhante a um motor a vapor. Em 1867, Otto construiu um motor melhor que o de Etienne e ganhou como prêmio a medalha de ouro na Feira Mundial de Paris (1867). A seguir apresentamos as quatro fases do funcionamento do motor Otto, motor de quatro tempos:

1° Fase de admissão: Uma mistura carburante é absorvida através da válvula de admissão para o cilindro quando o virabrequim, que gira, empurra o pistão para baixo

2° Fase de compressão: A válvula de admissão se fecha; a mistura é comprimida à medida que o pistão se eleva e, antes que este chegue à parte superior, a vela se acende.

3° Fase de explosão: A mistura acende-se; os gases quentes que se expandem, formados na explosão, fazem com que o pistão abaixe novamente, acionando o virabrequim.

4° Fase de escape ou exaustão: Na quarta etapa do ciclo, a válvula de escape se abre e os gases são expulsos pelo pistão que se eleva.

Entropia

Em termodinâmica, entropia é quem mensura o grau de irreversibilidade de um sistema, encontrando-se geralmente associada ao que denomina-se por "desordem",vimos que trabalho pode ser completamente convertido em calor, e por tal em energia térmica, mas energia térmica não pode ser completamente convertida em trabalho.Comparando este conceito ao cotidiano, podemos pensar que, uma pessoa ao iniciar uma atividade tem seus objetos organizados, e a medida que ela vai os utilizando e desenvolvendo suas atividades, seus objetos tendem a ficar cada vez mais desorganizados, A associação entre entropia e o conceito de "desordem" que vigora em "senso comum" (o de "bagunça") é possível, mas diga-se de passagem, por ser geralmente feita de forma muito pouco cautelosa, bem "delicada".é dada em joule por

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kelvin (j/k).

Voltando ao contexto das partículas, como sabemos, ao sofrem mudança de temperatura, os corpos alteram o estado de agitação de suas moléculas. Então ao considerarmos esta agitação como a desordem do sistema, podemos concluir que:

quando um sistema recebe calor Q>0, sua entropia aumenta; quando um sistema cede calor Q<0, sua entropia diminui; se o sistema não troca calor Q=0, sua entropia permanece constante.

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Exercicios de Termodinâmica

1) (UFRGS-RS) Enquanto se expande, um gás recebe o calor Q=100 realiza o trabalho W=70 Ao final do processo, afirmar que a energia interna do gás: a) aumentou 170 J b) aumentou 100 J c) aumentou 30 J d) diminuiu 70 J e) diminuiu 30 J

2) (UPF- RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente, em temperatura de 227 ºC, e uma fria, em temperatura de – 73 ºC. O rendimento dessa maquina, em percentual, é de: a) 10 c) 35 e) 60 b) 25 d) 50

3) Determinada máquina térmica foi projetada para operar realizando o ciclo de Carnot. Quando em operação, o trabalho útil fornecido pela máquina, a cada ciclo, é de 3200J. As temperaturas das fontes térmicas são 427°C e 77°C, respectivamente. Nestas condições, a quantidade de calor retirada da fonte quente, a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria e o rendimento da máquina térmica são, respectivamente, iguais a:

A) 3900J, 700J, 82% B) 6400J, 3200J, 50% C) 3200J, 6400J, 50%

D) 700J, 3900J, 82% E) 1600J, 3200J, 50%

4) (FEI) Numa transformação de um gás perfeito, os estados final e inicial acusaram a mesma energia interna. Certamente:

a) a transformação foi cíclica. b) a transformação isométrica. c) não houve troca de calor entre o gás e o ambiente. d) são iguais as temperaturas dos estados inicial e final. e) não houve troca de trabalho entre o gás e o meio.

5) Sobre um sistema, realiza-se um trabalho de 3000 J e, em resposta, ele fornece 1000 cal de calor durante o mesmo intervalo de tempo. A variação de energia interna do sistema, durante esse processo, é, aproximadamente: (considere 1,0 cal = 4,0J)

a) –1000J b) +2000J c) –4000J d) +4000J e) +7000J

6) (CEFET - PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: "É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho." Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:

a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%; b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente; c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas; d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria; e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica

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converter integralmente calor em trabalho.

7) (UNIVALI - SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da fonte quente. o calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente:

a) 500 e 1 500 b) 700 e 1 300 c) 1 000 e 1 000 d) 1 200 e 800 e) 1 400 e 600

8) Um professor de física do cursinho da ufjf disse que ―minha vida está tão agitada quanto as moleculas a 0k‖ com isso podemos afirmar que ele:

a) Foi sarcastico,pois teoricamente as moléculas a 0k estão pouco agitadas b)Não foi sarcastico,pois teoricamente as moléculas a 0k estão muito agitadas c)Foi sarcastico, pois teoricamente as moléculas a 0k não tem movimento d)Não foi sarcastico, pois teoricamente as moléculas a 0k estão muito agitadas e)N.D.A

9) Assinale a correta:

a)A chamada lei zero da Termodinâmica afirma que no 0k não existe agitação molecular consequentemente não existe entropia. b)A segunda lei da termodinamica afirma que a energia só flui espontaneamente de um sistema frio para um sistema quente. c) a 3° lei da Termodinâmica afirma que no 0k as moléculas e atomos estariam tão agitados que formariam um colapso no espaço-tempo destruindo a vida como a conhecemos. d) A segunda lei da termodinamica afirma que a energia só flui espontaneamente de um sistema quente para um frio. e)todas estão corretas

10) (UF - RN) Dentro de uma sala com ar condicionado, a temperatura média é de 17 ºC. No corredor ao lado da sala, a temperatura média é 27 ºC. Tanto a sala quanto o corredor estão a mesma pressão. Sabe-se que num gás, a energia cinética média das partículas que o compõem é proporcional à temperatura e que sua pressão é proporcional ao produto da temperatura pelo número de partículas por unidade de volume.Com base nesses dados, pode-se afirmar que:

a) a energia cinética média das partículas que compõem o ar é maior no corredor, e o número de partículas por unidade de volume é menor na sala.

b) A energia cinética média das partículas que compõem o ar é maior no corredor, e o número de partículas por unidade de volume é maior na sala.

c) A energia cinética média das partículas que compõem o ar é maior na sala, e o número de partículas por unidade de volume é maior no corredor.

d) A energia cinética média das partículas que compõem o ar é maior na sala, e o número de partículas por unidade de volume é menor no corredor.

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Unidade 2: Fluidoestatica

―O que sabemos é uma gota; o que ignoramos é um oceano.‖

-Isaac newton

Este é um tema relativamente curto, mas de grande importância, tanto pelos aspectos históricos como pelo caráter pratico. A hidrostática se baseia nos teoremas de Stevin, Pascal e Arquimedes. Através deste estudo, poderemos entender o motivo de navios flutuarem, o porquê de balões flutuarem e o mecanismo pelo qual um avião consegue voar.

Capitulo 1: Conceitos iniciais de fluidoestatica

1.1) Fluido

Fluido é uma substância que tem a capacidade de escoar. Quando um fluido é submetido a uma força tangencial, deforma-se de modo contínuo, ou seja, quando colocado em um recipiente qualquer, o fluido adquire o seu formato.

Podemos considerar como fluidos líquidos e gases; Particularmente, ao falarmos em fluidos líquidos, devemos falar em sua viscosidade, que é a atrito existente entre suas moléculas durante um movimento. Quanto menor a viscosidade, mais fácil o escoamento do fluido.

Pressão

Quando se afia a lâmina de uma faca, o objetivo é diminuir a área de contato entre ela e o material a ser cortado. Assim, podemos cortar mais facilmente sem que seja necessário aumentar a intensidade da força exercida sobre a faca. Se você martelar os dois pregos contra a parede, verá que o prego pontudo entrará na parede com mais facilidade. O prego pontudo entra na parede com mais facilidade porque a pressão que ele exerce sobre a parede é maior. Assim, quanto menor for a área de aplicação da força, mais facilmente o prego entrará na parede, pois maior será a pressão que ela exercerá sobre a parede.

Definimos como pressão a razão entre a intensidade da força aplicada e a área de aplicação desta força. A unidade de pressão no SI é o Pascal (Pa), que é o nome adotado para N/m².

Assim: P=

p= Pressão (Pa) F=Força (N) A=Área (m²)

No SI, a unidade de pressão é newton por metro quadrado,denominado de pascal (Pa),porém existem as unidades centimetro de mercurio(cm Hg) e atmosfera (atm).a relação entre essas unidades de medida são:

1atm= 76cmHg = 1 ٠015

Para o calculo da pressão, estamos levando em conta que a força aplicada é perpendicular à área de

aplicação. Caso essa força seja inclinada em relação a área, devemos considerar somente a componente

perpendicular.

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Densidade

Imagine que você possui dois cubinhos de 9 cm3,sendo que um é de madeira e outro de ferro.se te perguntassem: ―qual o mais pesado?‖ sem hesitar você diria que é o de ferro correto? Sua resposta estaria mais ou menos correta. Quando comparamos dois corpos formados por materiais diferentes, mas com um mesmo volume, quando dizemos que um deles é mais pesado que o outro, na verdade estamos nos referindo a sua densidade. A afirmação correta seria que um corpo é mais denso que o outro.

A unidade de densidade no SI é kg/m³ ,assim: D=

Pressão Hidrostatica

É a pressão exercida pelo peso de uma coluna fluida em equilíbrio,nesse caso consideramos P=F.Considere um cilindro com um líquido até a altura h e de área A. O líquido exerce uma pressão na base do recipiente devido ao seu peso.

O peso do líquido é o produto de sua massa pela aceleração da gravidade P=m٠g. Porém lembre-se de que d= assim: m =d٠V; Logo: P= ٠ ٠ .

Entretanto o volume do líquido é igual ao do recipiente. Para um cilindro, o volume é dado pelo produto

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entre a área da base e a sua altura.então: P= ٠ ٠ ٠

Assim: P=d٠h٠g

OBS.: A pressão exercida exclusivamente por um liquido é chamada de pressão manométrica porque é medida com um instrumento específico denominado manômetro.

Os manômetros de postos de gasolina medem a pressão dos pneus dos carros na unidade prática Libra- força por polegada quadradra (lbf/pol2)

Sessão Leitura: Pressão atmosférica

Atmosfera é uma camada de gases que envolve toda a superfície da Terra.

Aproximadamente todo o ar presente na Terra está abaixo de 18000 metros de altitude. Como o ar é formado por moléculas que tem massa, o ar também tem massa e por consequência peso.

A pressão que o peso do ar exerce sobre a superfície da Terra é chamada Pressão Atmosférica, e seu valor depende da altitude do local onde é medida.Quanto maior a altitude menor a pressão atmosférica e vice- versa.

Até o século XVII, pouco se sabia sobre a pressão atmosférica. Muitas pessoas nem acreditavam que de fato ela existia. Um físico italiano chamado Evangelista Torricelli, por volta de 1630, realizou uma experiência que comprovou a existência da pressão atmosférica e, além disso, determinou o seu valor.

Torricelli teve uma ótima idéia: primeiro apanhou um recipiente cheio de mercúrio (aquele líquido prateado usado nos termômetros). Depois, pegou um tubo fechado de um lado e o encheu com mercúrio. Em seguida, tapou a outra extremidade e mergulhou o tubo no recipiente (com a parte tapada virada para baixo).

Ao destapar o tubo, ele observou que a coluna de mercúrio desceu até atingir uma certa altura: 76 cm. A pressão exercida pela coluna de mercúrio é igual à pressão atmosférica, pois ela é capaz de equilibrar a coluna.

É importante notar que, dentro do tubo, fica uma região sem ar: o vácuo. Se fosse feito um buraco no topo do tubo, o ar entraria e a coluna desceria, até atingir o mesmo nível do mercúrio no recipiente, pois seria

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pressionada pela atmosfera.

Se a pressão depende diretamente da força, nesse caso, o peso do ar e, esse, depende da quantidade de moléculas que existe lá para cima, então, quanto menor for a espessura da atmosfera, menor será sua pressão e vice-versa. Portanto, a pressão atmosférica diminui com a altitude, isto é, com a altura do local, em relação ao nível do mar

A pressão da água no chuveiro será tanto maior quanto mais alta estiver a caixa de água, pois a pressão nesse ponto é igual à pressão atmosférica mais a pressão da coluna de água, que, como sabemos, depende da altura da coluna de água acima daquele ponto.

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Exercicios iniciais de fluidoestatica

1) O salto de um sapato tem área de 64 cm2 supondo que a garota que o calce tenha massa de 51,2 kg que este peso esteja distribuído apenas no salto, então a pressão média exercida no piso vale: (g=10 m/s2)

a)12٠104Pa b)8٠104 Pa c)4٠104Pa d)2٠104Pa e)5,12٠104Pa

2) Uma solução foi preparada misturando-se 30 gramas de um sal em 300 g de água. Considerando-se que o volume da solução é igual a 300 mL, a densidade dessa solução em g/mL será de:

a) 10,0 b) 1,0 c) 0,9 d) 1,1 e) 0,1

3) (FMU-SP) Um vidro contém 200 cm3 de mercúrio de densidade 13,6 g/cm3. A massa de mercúrio contido no vidro é:

a) 0,8 kg b) 0,68 kg c) 2,72 kg d) 27,2 kg e) 6,8 kg

4) Imagine que você esteja diante de uma piscina de 4 metros de profundidade. Calcule a pressão no fundo dessa piscina em Pa (pascal) e atm. Efetuado o cálculo, marque a alternativa CORRETA:

a) 140 atm b) 4,1 atm c) 14,1 atm d) 1,4 atm e) 4 atm

5) Calcule em atm a pressão a que um submarino fica sujeito quando baixa a uma profundidade de 100 metros. Para a água do mar adote que a densidade vale 1000 kg/m3.

a) 10 atm b) 11 atm c) 12 atm d) 13 atm e) 14 atm

6) Suponha que uma caixa d’água de 10 metros esteja cheia de água cuja densidade é igual a 1 g/cm3. A pressão atmosférica na região vale 105 Pa e g é igual a 10 m/s2. Calcule a pressão, em Pa, no fundo da caixa d’água e marque a opção correta.

a) 5 . 105 Pa b) 4,1 . 105 Pa c) 12 . 105 Pa d) 3,5 . 105 Pa e) 2 . 105 Pa

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7) (UNIFOR-CE) Afundando 10 m na água, fica-se sob o efeito de uma pressão, devida ao líquido, de 1 atm. Em um líquido com 80% da densidade da água, para ficar também sob o efeito de 1 atm de pressão devida a esse líquido, precisa-se afundar, em metros,

a) 8 b) 11,5 c) 12 d) 12,5 e) 15

8) São exemplos de fluido viscoso:

a)agua b)leite c)mel d)nitrogênio atmosferico e)ar atmosférico

9) Considerando a pressão da superfície do oceano como P = 1,0 atm = 1,0 x 105 Pa, determine a pressão sentida por um mergulhador a uma profundidade de 200 m. Considere a densidade da água igual a 1,0 x 10³ kg/m³, g = 10 m/s²:

a)15 atm b)25 atm c)11 atm d)21 atm e)12 atm

10) Um cubo oco de alumínio apresenta 100g de massa e volume de 50 cm³. O volume da parte vazia é de 10 cm³. A densidade do cubo e a massa específica do alumínio são, respectivamente:

a) 0,5 g/cm³ e 0,4 g/cm³

b) 2,5 g/cm³ e 2,0 g/cm³

c) 0,4 g/cm³ e 0,5 g/cm³

d) 2,0 g/cm³ e 2,5 g/cm³

e) 2,0 g/cm³ e 10,0 g/cm³

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Capitulo 2 :Aplicação e teoremas de fluidoestatica

Teorema de Stevin

O Teorema de Stevin, ou Lei de Stevin é um princípio físico que estabelece que a pressão absoluta num ponto de um líquido homogêneo e incompressível, de densidade d e à profundidade h, é igual à pressão atmosférica (exercida sobre a superfície desse líquido) mais a pressão efetiva, e não depende da forma do recipiente.

Por exemplo observe a figura abaixo,existem dois pontos hipoteticos ―Q‖ e ―R‖; lembre-se que a pressão nesses pontos são respectivamente:

Pr=d٠hr٠g

Pq=d٠hq٠g

"A diferença entre as pressões de dois pontos de um fluido em equilíbrio é igual ao produto entre a densidade do fluido, a aceleração da gravidade e a diferença entre as profundidades dos pontos."

Então para calcular a diferença entre as pressões dos dois pontos é:

PR-pQ=(d٠hr٠g)-(d٠hq٠g) PR-pq=d٠g (hr-hq) ΔP=d٠g٠Δh

Através deste teorema podemos concluir que todos os pontos a uma mesma profundidade, em um fluido homogêneo (que tem sempre a mesma densidade) estão submetidos à mesma pressão.

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Teorema de Pascal

“Um acréscimo de pressão em um ponto de dado fluido é transmitido integralmente a todos os pontos desse fluido.”

Prensa hidráulica

Baseada no teorema de pascal temos que a força que fazemos no pistão menor é multiplicada por um fator que depende da relação entre as áreas dos pistões. Esse fator é dado por A/a. Por isso, dizemos que esse equipamento é um multiplicador de forças. O princípio de utilização do elevador hidráulico é o mesmo utilizado em alguns tipos de cadeiras de dentista, na prensa hidráulica e também nos freios hidráulicos dos automóveis.

O sistema de freios de carro se baseia nesse princípio.

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Principio de Arquimedes (Empuxo)

Apesar de todas as suas invenções, a história mais conhecida sobre Arquimedes conta que ele descobriu o princípio que permite calcular o empuxo que atua sobre um corpo quando mergulhado em um fluido qualquer. Conta-se que o rei Hieron entregou uma porção de ouro a um ourives para que ele confeccionasse uma coroa. Quando este entregou a coroa, o rei desconfiou que o ourives tinha substituído certa quantidade de ouro por prata. Querendo saber da verdade o rei encarregou Arquimedes de descobrir se sua acusação era ou não verdadeira. Foi durante um banho que Arquimedes percebeu que a água se elevava à medida que mergulhava seu corpo, e dessa forma descobriu que era possível resolver o problema da coroa. Foi assim, meio que ao acaso, que o princípio do empuxo foi descoberto. Após realizar vários cálculos Arquimedes confirmou que a coroa estava composta por ouro e prata, ou seja, tinha sido adulterada pelo ourives.

Quando um corpo é imerso em fluido, pontos diferentes de sua superfície são submetidos a diferentes pressões (os pontos mais profundos estão sobre uma pressão maior que os mais rasos). O efeito total dessa variação de pressões é uma força vertical para cima, denominada empuxo.

Todo corpo total ou parcialmente imerso num fluido que se encontra em equilíbrio estático recebe uma força vertical para cima, cujo o módulo equivale ao peso da porção de líquido deslocado pelo corpo.

Assim: E=dliq٠Vdeslocado ٠g

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O valor do empuxo não depende da densidade do corpo que é imerso no fluido, mas podemos usá-la para saber se o corpo flutua, afunda ou permanece em equilíbrio com o fluido:

Se:

densidade do corpo > densidade do fluido: o corpo afunda densidade do corpo = densidade do fluido: o corpo fica em equilíbrio com o fluido densidade do corpo < densidade do fluido: o corpo flutua na superfície do fluido

Peso aparente

Conhecendo o princípio de Arquimedes podemos estabelecer o conceito de peso aparente, que é o responsável, no exemplo dado da piscina, por nos sentirmos mais leves ao submergir.

Peso aparente é o peso efetivo, ou seja,aquele que realmente sentimos. No caso de um fluido:

PA = P-E PA =m٠g-df٠Vfd٠g PA =g٠(m- df ٠Vfd)

Sessão Leitura: Funcionamento do canudinho Se a extremidade superior do canudinho estiver aberta ao ar, a pressão exercida sobre o refrigerante, tanto no canudinho como no copo, será a pressão atmosférica. Dessa forma, o nível livre do líquido no interior do canudinho coincidirá com o nível livre do refrigerante no copo. Com a sucção na extremidade aberta do duto, porém, reduz-se a pressão exercida sobre o líquido contido no seu interior e o refrigerante sobe, deslocando-se rumo à boca da pessoa, onde a pressão do ar é menor que a pressão atmosférica. O fluxo ocorre no sentido da maior para a menor pressão como se o fluido buscasse estabelecer um equilíbrio de pressões. Por outro lado, se uma pessoa sugar simultaneamente as extremidades superiores de dois canudinhos, um mergulhado no refrigerante e outro colocado fora do copo, como indica a figura, ela não conseguirá sorver o líquido. Isso ocorrerá porque no interior da boca a pressão será sempre a pressão atmosférica e, sem diferença de pressões, não ocorre o escoamento do fluido.

Da mesma forma, é impossível que o refrigerante suba por um canudinho furado numa região acima do líquido. Não se estabelece uma diferença de pressões adequada e o líquido não se eleva.

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Exercicios de fluidoestatica-parte 1 1) (UFV) Sabe-se que certos peixes possuem certa estrutura denominada bexiga natatória, que tem por finalidade lhes permitir permanecer imersos a uma certa profundidade. A função física da bexiga natatória é controlar a densidade média do peixe de forma a: a. alterar a densidade da água b. manter o empuxo menor que seu peso c. manter o empuxo maior que seu peso d. manter o empuxo igual que seu peso e. alterar a sua massa

2) (FESP-PE) Um bloco de plástico que pesa 96,0 N , mergulhado na água , fica com o ―peso‖ reduzido a 16,0 N. Mergulhado no óleo de soja, fica com o peso aparente de 32,0 N. A densidade do óleo de soja em , segundo essa experiência, é de: 3 / g cm a) 2,0 b) 0,5 c) 0,33 d) 1,20 e) 0,8

3) -(UNIPAC) Uma prensa hidráulica possui pistões com diâmetros 10cm e 20cm. Se uma força de 120N atua sobre o pistom menor, pode-se afirmar que esta prensa estará em equilíbrio quando sobre o pistom maior atuar uma força de: a. 30N b. 60N c. 480N d. 240N e. 120N

4) (UFV 95) Uma lata com dois orifícios encontra-se parada, imersa em um recipiente com água. O orifício superior comunica-se com o exterior através de uma mangueira. Ao injetarmos ar pela mangueira, é correto afirmar que a lata: a. afundará b. subirá c. aumentará de peso d. permanecerá parada. e. receberá ar pelo orifício inferior.

Observe a figura e responda as questões 5 e 6

Em um recipiente contendo M grama de água, coloca-se um corpo de massa m e volume V, suspenso por um fio como mostra a figura acima. Sejam E, P e Pa os módulos do empuxo, do peso do corpo e do peso da água.

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5) (PUC-MG) O módulo da tensão T, no fio, é dado por: a) T = P b) T = P – E c) T = E d) T = P + E e) T = P / E

6) (PUC-MG) O módulo da força resultante que atua no fundo do recipiente é: a) F = Pa b) F = Pa – E c) F = E d) T = Pa + E e) T = Pa / E

7) A diferença de pressão estática medida entre dois pontos dentro de um líquido em equilíbrio estático é de 5 103 N/m2 Sabendo que o líquido é a água com densidade absoluta d= 103 kg/m3 e que no local a gravidade é 10 m/s2 , o desnível entre os dois pontos é de: a) 3,5 b) 0,5 c) 0,2 d) 4,5 e) 6,2

8) (UFMG) uma esfera de alumínio está flutuando na superfície da água contida em um recipiente, com metade de seu volume submerso. Assinale a opção CORRETA. a) A densidade do alumínio é igual á metade da densidade da água. b) A esfera é oca e a densidade da esfera é igual à metade da densidade da água. c) A esfera é maciça e a densidade da esfera é igual à metade da densidade da água. d) A esfera é maciça e a densidade da esfera é igual ao dobro da densidade da água.

9) Um bloco, com as dimensões indicadas na figura e material de densidade 0,2 g/cm3 , flutua em água pura, servindo como ponte. Quando um caminhão passa sobre ele, o volume da parte submersa é 25% do volume do bloco. Deste modo, podemos afirmar que a massa do caminhão é:

a) 2.000 kg b) 4.000 kg c) 16.000 kg d) 20.000 kg e) 36.000

10) observe a figura, onde há mercúrio de densidade 13,6 g/cm3 e outro liquido não miscível com o primeiro, cuja a densidade é aproximadamente:

a) 2,2 g/cm3

b)1,5 g/cm3

c)0,15 g/cm3

d)9 g/cm3

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e) n.r.a.

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Unidade 3: Gravitação ―Os poetas reclamam que a ciência retira a beleza das estrelas. Mas eu posso vê-las de noite no deserto,

senti-las. Vejo menos ou mais?‖ -Richard Feynman

O que é o universo? Eis uma pergunta que sempre intrigou e continuará a intrigar a humanidade.A observação da lua nos primordios da humanidade mostrou a influencia que ela exerce nas marés,o momento certo de plantar e colher.E o fascinio pelo universo e sua mecanica chegou até os gregos,os quais acreditavam que o movimento dos corpos celestes eram perfeitamente esfericos.

Capitulo 1: Gravitação Universal

Em 140 D.C. o astrônomo grego Cláudio Ptolomeu criou uma teoria que colocava a terra no centro do universo,sendo que o sol,e todos os planetas giravam em torno da terra chamada teoria geocentrica.Esse sistema admitia que cada esfera planetaria descrevia uma pequena orbita circular cujo centro descrevia outra orbita maior em torno da terra.essas pequenas orbitas circulares foram chamadas de epiciclos.Esse modelo apesar de errado foi um sucesso,pois acertava algumas previsões. Esse modelos geocentrico permaneceu acreditado por cerca de 1400 anos,sendo de fundamental importancia na ciência,filosofia e religião.Até que no seculo XVI (lembra do renascimento cultural vivido na europa?) as ideias do padre polonês Nicolau Copérnico percebeu que para obter os mesmos resultados obtidos por ptolomeu bastava substituir a terra pelo sol no centro do universo,criando assim o sistema hêliocentrico. Algum tempo depois um jovem estudante de medicina na universidade de pisa,intrigado com os instrumentos opticos utilizados como micróscopios ele estudou e melhou tais dispositivos criando seus próprios telescopios para observar os astros.Assim descobriu as quatro luas de jupiter,os aneis de saturno,as manchas solares e as crateras na lua,percebeu assim que o sistema hêliocentrico estava correto. Na mesma época na alemanha o matematico johannes kepler tem acesso as anotações de tycho brahe,um astronomo dinamarquês,elaborando assim as três leis de kepler que regem os movimentos dos corpos celestes.

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No final do seculo 17 na inglaterra sir Isaac Newton junta em uma só teoria as ideias de seus antepassados,formando assim a lei da gravitação universal.

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Força gravitacional Ao estudar o movimento da Lua, Newton concluiu que a força que faz com que ela esteja constantemente em órbita é do mesmo tipo que a força que a Terra exerce sobre um corpo em suas proximidades. A partir daí criou a Lei da Gravitação Universal.

"Dois corpos atraem-se com força proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa seus centros de gravidade." Assim:

Onde:

F=Força de atração gravitacional entre os dois corpos

G=Constante de gravitação universal, M e m são as massas dos corpos

Nas proximidades da Terra a aceleração da gravidade varia, mas em toda a Litosfera (camada em que há vida) esta pode ser considerada constante, seus valores para algumas altitudes determinadas são:

Altitude (km) Aceleração da

Gravidade (m/s²) Exemplo de altitude

0 9,83 Nível do mar 8,8 9,80 Cume do Monte Everest 36,6 9,71 maior altura atingida por balão tripulado 400 8,70 órbita de um ônibus espacial

Aceleração da Gravidade

Como exemplo, vamos imaginar um corpo de massa m seja colocado dentro do campo gravitacional terrestre. Haverá uma força de atração gravitacional entre este corpo e a terra. Esta atração é chamada de

força peso.

Assim: P = Fg

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Sessão Leitura: Marés

Marés são elevações e rebaixamentos periódicos verificados na superfície livre dos mares em cada intervalo de 6 h, (aproximado).Com isso, são notadas em um mesmo local duas marés altas (cheias) e duas marés baixas (vazantes) em cada período de 24 horas (um dia).Em algumas regiões da Terra, a linha de água,observada em relação a marcos fixos em relaçãoao solo, chega a elevar- se 15 m, mas, em média,as subidas de nível situam-se abaixo desse valor.Dois fatores são preponderantes naocorrência do fenômeno: atrações gravitacionais da Lua e do Sol – sendo a atração da Lua a mais importante – e o movimento de translação da Terra em torno do centro de massa do sistema Terra– Lua.Devido à influência gravitacional da Lua,entretanto, a água sofre uma atração mais intensa do lado em que se encontra o satélite emenos intensa do lado oposto. Isso ocorre porque uma maior proximidade entre massas intensifica a ação gravitacional (Lei do inverso do quadrado da distância). Dessa maneira, provoca- se uma distribuição não uniforme da massa líquida, que adquire uma forma oval, mais ―estufada‖ nas regiões dos pontos A e B, onde ocorrem simultaneamente marés altas, e mais ―achatada‖nas regiões dos pontos C e D, onde ocorrem simultaneamente marés baixas. Veja a ilustração a seguir, feita propositalmente fora de escala, para uma melhor compreensão. Considerando-se constante o volume total de água sobre a Terra, as menores aglomerações líquidas verificadas nas regiões dos pontos C e D provocam migração de fluido para as regiões dos pontos A e B. É importante destacar que, embora a atração gravitacional exercida pela Lua colabore para ―esvaziar a maré‖ na região do ponto B, nessa região também se verifica maré alta. A intensidade da influência gravitacional do Sol é muito maior que a da Lua. A diferença entre os módulos das forças gravitacionais solares exercidas nas regiões dos pontos A e B, porém, é cerca de 2,5 vezes menor que a diferença entre os módulos das forças gravitacionais lunares exercidas nessas mesmas regiões. Por isso, a relevância do Sol no fenômeno das marés é bem menor que a da Lua. A justificativa para esse fato é que a distância entre o Sol e a Terra – cerca de 150 milhões de quilômetros – é muito maior que o diâmetro terrestre – aproximadamente 12 800 km –, o que torna o gradiente de aceleração da gravidade solar muito pequeno através do planeta.

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Exercicios de gravitação universal

1) (UERJ ) Segundo a lei da gravitação universal de Newton, a força gravitacional entre dois corpos é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros de gravidade.Mesmo que não seja obrigatoriamente conhecido pelos artistas, é possível identificar o conceito básico dessa lei na seguinte citação:

a) ―Trate a natureza em termos do cilindro, da esfera e do cone, todos em perspectiva.‖ (Paul Cézane) b) ―Hoje, a beleza (...) é o único meio que nos manifesta puramente a força universal que todas as coisas contêm.‖ (Piet Mondrian) c) ―Na natureza jamais vemos coisa alguma isolada, mas tudo sempre em conexão com algo que lhe está diante, ao lado, abaixo ou acima.‖ (Goethe) d) ―Ocorre na natureza alguma coisa semelhante ao que acontece na música de Wagner, que embora tocada por uma grande orquestra, é intimista.‖ (Van Gogh)

2) (PUC-RS) As telecomunicações atuais dependem progressivamente do uso de satélites geo- estacionários. A respeito desses satélites, é correto dizer que: a) seus planos orbitais podem ser quaisquer; b) todos se encontram à mesma altura em relação ao nível do mar; c) a altura em relação ao nível do mar depende da massa do satélite; d) os que servem os países do hemisfério norte estão verticalmente acima do Pólo Norte; e) se mantêm no espaço devido à energia solar.

3) (UFRN) A força-peso de um corpo é a força de atração gravitacional que a Terra exerce sobre esse corpo. Num local onde o módulo da aceleração da gravidade é g, o módulo da força-peso de um corpo de massa m é P = m.g e o módulo da força gravitacional que age sobre esse corpo,nessa situação, é F=m٠M٠G/d2 sendo G a constante de gravitação universal, M a massa da Terra e r a distância do centro de massa do corpo ao centro da Terra. Pode-se, então, escrever: Fg= P. (Nota: r é igual à soma do raio da Terra com a altura na qual o corpo se encontra em relação à superfície da Terra.) Do que foi exposto, conclui-se que: a) Quanto maior a altura, maior a força-peso do corpo. b) Quanto maior a altura, menor a força-peso do corpo. c) O valor da aceleração da gravidade não varia com a altura. d) O valor da aceleração da gravidade depende da massa (m) do corpo.

4) (UFRN) Satélites de comunicação captam, amplificam e retransmitem ondas eletromagnéticas. Eles são normalmente operados em órbitas que lhes possibilitam permanecer imóveis em relação às antenas transmissoras e receptoras fixas na superfície da Terra. Essas órbitas são chamadas geoestacionárias e situam-se a uma distância fixa do centro da Terra. A partir do que foi descrito, pode-se afirmar que, em relação ao centro da Terra, esse tipo de satélite e essas antenas terão: a) a mesma velocidade linear, mas períodos de rotação diferentes; b) a mesma velocidade angular e o mesmo período de rotação; c) a mesma velocidade angular, mas períodos de rotação diferentes; d) a mesma velocidade linear e o mesmo período de rotação.

5) (UFOP) A velocidade orbital de um satélite que gira em torno da terra depende, apenas das seguintes grandezas: a) massa do satélite e da terra. b) massa do satélite e o raio de órbita. c) massa da terra e raio de órbita. d) massa do sol e raio de órbita. e) raio de órbita

6) (UFJF – 2006) Quando se abre uma torneira de forma que saia apenas um ―filete‖ de água, a área da seção reta do filete de água abaixo da boca da torneira é tanto menor quanto mais distante dela, por que: a) como a velocidade da água distante da boca da torneira é maior devido à ação da força gravitacional,

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para que haja conservação da massa, a área da seção reta do filete tem que ser menor. b) uma vez que a velocidade da água distante da boca da torneira é menor devido à ação da força

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gravitacional, para que haja conservação da massa, a área da seção reta do filete tem que ser menor. c) a velocidade da água caindo não depende da força gravitacional e, portanto, para que haja conservação da massa, a área da seção reta do filete tem que ser menor. d) as interações entre as moléculas da água tornam-se mais intensas devido à ação da força gravitacional e, assim, a área da seção reta do filete distante da boca da torneira fica menor. e) devido à velocidade com que a água sai, a boca da torneira é projetada para que a água seja concentrada mais distante da boca.

7) (PISM – triênio 2008 – 2010) Em uma passagem do poema Os lusíadas (canto X, 89) de Luís de Camões (1525-1580), brilharam os astros. Um belo exemplo da influência do pensamento científico nas artes. O Sol é descrito poeticamente como O claro olho do céu e a Lua, no verso final da estrofe, aparece sob a denominação de Diana:

Debaixo deste grande firmamento, Vês o céu de Saturno, deus antigo; Júpiter logo faz o movimento, E Marte abaixo, bélico inimigo; O claro olho do céu, no quarto assento, E Vênus, que os amores traz consigo; Mercúrio, de eloqüência soberana; Com três rostos, debaixo vai Diana.

Nesta bela e curiosa estrofe, os astros aparecem em versos sucessivos. Essa passagem revela que: a) Camões admitia a concepção prevalecente em sua época, segundo a qual a Terra era fixa e ocupava o centro do Universo. b) Camões mostra-se afinado ao pensamento de Kepler, já descrevendo qualitativamente o sistema de acordo com as leis de Kepler. c) A concepção admitida por Camões encontra-se de pleno acordo com uma análise qualitativa da lei da gravitação universal de Newton. d) Essa descrição de Camões concorda com a visão de Galileu de que a terra estaria em movimento. e) Camões acreditava no modelo heliocêntrico de Copérnico.

8) (Pism – triênio 2010/2012) Examinemos a seguinte notícia de jornal: ―O satélite de comunicação V23 foi colocado em órbita da Terra de modo que ele permaneça sempre acima da cidade de Atenas‖. Considerando-se a notícia, é CORRETO afirmar que: a) o jornal cometeu um enorme equívoco, pois isso é impossível acontecer. b) a velocidade angular do satélite terá que ser, obrigatoriamente, igual à velocidade angular da Terra. c) a velocidade de rotação da Terra é o dobro daquela do satélite. d) a gravidade no local, onde se encontra o satélite, é nula. e) a velocidade tangencial do satélite terá que ser obrigatoriamente igual à da Terra.

9) Suponha que você esteja em um local onde a aceleração da gravidade tem valor igual a g = 9,80665 m/s2. Sendo assim, qual é o peso de um corpo, em unidade kgf, que possui massa igual a 3 kg? a) 1 kgf b) 3 kgf c) 5 kgf d) 7 kgf e) 9 kgf 10) Qualquer lugar próximo à superfície da Terra tem aceleração gravitacional de valor muito próximo a 9,8 m/s2. Determine o valor do peso de uma pessoa cuja massa é igual a 60 kg. a) 522 N b) 588 N c) 59 N d) 60 N

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60

e) 688 N

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Capitulo 2: Leis de Kepler Primeira Lei de Kepler - Lei das Órbitas

―Os planetas giram ao redor do sol com órbitas elípticas, sendo que o sol ocupa um dos focos desta elipse.‖

Esta lei mostra apenas a forma da órbita e é válida não só para o movimento dos planetas em torno do sol. Se estivermos estudando o movimento de translação da lua, a sua órbita será também, uma elipse e a terra ocupará um dos focos desta elipse. A principal conseqüência desta lei é mostrar que a distancia entre o sol e um planeta não é constante. No caso particular da terra, há uma época do ano que estamos mais próximos do sol e, em outro período, estamos mais afastados do sol. Ao contrario do que parece para muitas pessoas, não é esta variação de distancia que provoca as estações do ano.

Segunda Lei de Kepler - Lei das Áreas

― A linha imaginária que liga um planeta ao sol descreve áreas iguais em tempos iguais.‖

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Δt1 = Δt2 = Δt3 = Δt4 A1 =A2 =A3 =A4

Para que a área percorrida seja igual nas duas regiões da figura anterior, é necessário que a distância percorrida seja maior na região do periélio do que na região do afélio. Como o tempo gasto nas duas regiões é o mesmo, podemos concluir que a velocidade de um planeta é maior quando ele esta próximo do sol.Assim:

Terceira Lei de Kepler: Lei dos períodos

―Para um mesmo sistema orbital, o quadrado do período de translação de um planeta é proporcional ao cubo de sua distância média ao sol.‖

Assim:

O Quanto mais afastado do sol um planeta estiver, maior será o tempo por ele gasto para completar uma volta, Assim o planeta que possui o menor período de translação no sistema solar é Mercúrio (cerca de 88 dias terrestres) e ode maior período é Plutão (mais de 240 anos depois).

Sessão Leitura: Ano-luz e estrelas

A unidade de medida ano-luz apesar de parecer uma unidade de tempo,na verdade é a distância percorrida pela luz em um ano. Essa medida é muito usada para cálculos astronômicos. A velocidade da luz foi determinada pela primeira vez em 1675, pelo astrônomo Olaus Roemer (1644-1710), medindo o intervalo entre sucessivos eclipse da lua Io, de Júpiter, para diferentes pontos da órbita da Terra.Por exemplo A luz leva cerca de 8,3 minutos para viajar do Sol até a Terra; A segunda estrela mais próxima conhecida (a primeira mais próxima é o Sol), Proxima Centauri está a 4,22 anos-luz de distância; Nossa Galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro.

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Existem diversas cores de estrelas e este fato está relacionado a sua temperatura,as de coloração azulada são de maiores temperaturas enquanto as de menor temperatura tem um tom avermelhado.As estrelas massivas tem vida menor pois tem um processo de fusão nuclear muito acelerado,a luminosidade e a radiação emitida é proporcional ao cubo da massa,enquanto sua energia é proporcional a massa,assim o tempo de vida é inversamente proporcional ao quadrado da massa.

Exercicios de leis de kepler

1) (UESC-BA) De acordo com as leis de Kepler, um planeta girando em torno do Sol. a) descreve órbitas circulares; b) tem velocidade linear constante; c) é mais veloz ao passar pelo afélio; d) é localizado por um raio vetor que varre áreas iguais em tempos iguais; e) possui período de revolução maior que outro planeta mais distante.

2) - (Unicap-PE) Assinale verdadeiro (V) ou falso (F). ( ) A lei da gravitação universal diz que a matéria atrai matéria na razão direta do produto das massas e inversa da distância entre elas. ( ) O peso de um corpo de 12 kg que se encontra a uma altura igual ao raio da Terra é de 60 N. ( ) A 1ª Lei de Kepler, conhecida como a lei das órbitas, afirma que os planetas descrevem uma órbita circular em torno do Sol. ( ) De acordo com a 3ª Lei de Kepler, quanto mais longe do Sol estiver o planeta maior será o seu período de revolução. ( ) Se um corpo rígido está sob a ação de duas forças de mesmo módulo, mesma direção e sentidos contrários, concluímos que a resultante das forças é zero, logo, ele está em equilíbrio.

3) A velocidade da Terra ao passar pelo periélio em torno do sol é: a) Máxima b) Diminuída c) Constante como em toda trajetória d) O movimento da Terra é desacelerado e) N.D.A.

4) O movimento de translação da Terra é:

a)periódico; b)retilíneo uniforme; c)circular uniforme; d)retilíneo, mas não uniforme; e)circular não uniforme.

5) Baseando-se nas leis de Kepler pode-se dizer que a velocidade de um planeta: a)independe de sua posição relativamente ao sol;

b)aumenta quando está mais distante do sol;

c)diminui quando está mais próximo do sol;

d) aumenta quando está mais próximo do sol; diminui no afélio.

6) No sistema planetário: a)cada planeta se move numa trajetória elíptica, tendo o sol como o centro; b) a linha que une o sol ao planeta descreve áreas iguais em tempos iguais; c) a razão do raio de órbita para seu período é uma constante universal; d) a linha que liga o Sol ao planeta descreve no mesmo tempo diferentes áreas.

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7) Tendo em vista as Leis de Kepler sobre os movimento dos planetas, pode-se afirmar que: a) a velocidade de um planeta, em sua órbita, aumenta à medida que ele se afasta do sol; b)o período de revolução de um planeta é tanto maior quanto maior for sua distância do sol; c) o período de revolução de um planeta é tanto menor quanto maior for sua massa; d)o período de rotação de um planeta, em torno de seu eixo, é tanto maior quanto maior for seu o período de revolução; e)o sol se encontra situado exatamente no centro da órbita elíptica descrita por um dado planeta.

8) (UFVJM/2008) Suponha que um planeta X tenha sido descoberto no sistema solar. O tempo de revolução desse planeta ao redor do Sol é de 30 anos. Considere que a distância Terra-Sol seja de 1 unidade astronômica (U.A.). ASSINALE a alternativa que apresenta o valor correto para a distância média entre o planeta X e o Sol. A) 3,1 U.A. B) 16,4 U.A. C) 5,5 U.A. D) 9,6 U.A.

9) (CESGRANRIO/91) O raio médio da órbita de Marte em torno do Sol é aproximadamente quatro vezes maior do que o raio médio da órbita de Mercúrio em torno do Sol. Assim, a razão entre os períodos de revolução, T1e T2 de Marte e de Mercúrio, respectivamente, vale aproximadamente: a) T1/T2 = 1/2 b) T1/T2 = 2 c) T1/T2 = 4 d) T1/T2= 8

10) A sonda Galileo terminou sua tarefa de capturar imagens do planeta Júpiter quando, em 29 de setembro de 2003, foi lançada em direção ao planeta após orbitá-lo por um intervalo de tempo correspondente a 8 anos terrestres. Considerando que Júpiter está cerca de 5 vezes mais afastado do Sol do que a Terra, é correto afirmar que, nesse intervalo de tempo, Júpiter completou, em torno do Sol: a) cerca de 1,6 volta. b) menos de meia volta. c) aproximadamente 8 voltas. d) aproximadamente 3/4 de volta

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Unidade 4: Física Moderna ―Sempre que você pensa que pode, ou que não pode, você está certo.”

- Henry Ford

No final do seculo XIX,muitos físicos famosos acreditavam que a tarefa da física tinha terminado,e que nada havia para descobrir.Restavam na verdade alguns ―pequenos‖ problemas (que se mostraram de gigante complexidade) esses problemas só foram solucionados com a criação de duas novas teorias a teoria da relatividade e a mecânica quântica.

Descobriu-se que as particulas atomicas não obedeciam a mecânica newtoniana, por esse motivo foi criada a mecânica quantica para entender o comportamento sub-atomico.

Capitulo 1: Radioatividade Sabemos que o núcleo atômico é constituído por prótons e nêutrons. A repulsão entre os prótons do núcleo é compensada pela existência de uma força chamada força nuclear fraca.Este equilíbrio é delicado e sujeito a vários fatores como a influência dos nêutrons.Verifica-se que:

Núcleos atômicos leves, em que o n° de prótons é aproximadamente igual ao de nêutrons, tendem a ser estáveis.

Núcleos atômicos em que o n° de nêutrons é muito maior que o de prótons tende a ser instáveis.

Os núcleos atômicos instáveis tendem a procurar alcançar a estabilidade através da emissão de partículas e/ou energia, o que é chamado de Radioatividade Natural,neste capitulo veremos as emissões alfa,beta e gama e suas peculiaridades.

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Emissões α As partículas alfa são constituídas por 2 prótons e 2 nêutrons, isto é, o núcleo de am átomo de hélio (He) que são atirados em alta velocidade (de 3.000 a 30.000Km/s),Quando o núcleo as emite, perde 2 prótons e 2 nêutrons. Sobre as emissões alfa, foi enunciada por Soddy, em 1911, a chamada primeira lei da Radioatividade:

―Quando um radionuclídeo emite uma partícula alfa, seu número de massa diminui 4 unidades e seu número atômico diminui 2 unidades.‖

X α (2p e 2n) + Y(sem 2p e 2n)

Ao perder 2 prótons o radionuclídeo X se transforma no radionuclídeo Y com número atômico igual a (Y = X - 2)

Emissões β

As partículas beta são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo instável. Você deve estar se perguntando: Como pode o núcleo emitir um elétron? A resposta reside no fato de que, em núcleos instáveis betaemissores, um nêutron pode se decompor em um próton, um elétron e um antineutrino. O próton permanece no núcleo, um elétron (partícula beta) e um antineutrino são emitidos. Assim ao emitir uma partícula beta, o núcleo tem a diminuição de um nêutron e o aumento de um próton. Desse modo, o número de massa permanece constante.

A segunda lei da radioatividade, enunciada por Soddy, Fajjans e Russel, em 1913, diz que:

―Quando um radionuclídeo emite uma partícula beta, seu número de massa permanece constante e seu número atômico aumenta 1 unidade‖

X -----> β (1e) + antineutrino + Y(com 1p a mais)

Ao ganhar 1 próton o radionuclídeo X se transforma no radionuclídeo Y com número atômico igual a (Y = X

+ 1)

Emissões gama

Ao contrário das radiações alfa e beta, que são constituídas por partículas, a radiação gama é formada por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis logo em seguida à emissão de uma partícula alfa ou beta. Tomemos como exemplo o césio-137, o betaemissor envolvido no acidente de Goiânia, Ao emitir uma partícula beta, seus núcleos se transformam em bário-137. No entanto, pode acontecer de, mesmo com a emissão, o núcleo resultante não eliminar toda a energia de que precisaria para se estabilizar. A emissão de uma onda eletromagnética (radiação gama) ajuda um núcleo instável a se estabilizar. É importante dizer que, das várias ondas eletromagnéticas (radiação gama, raio X, microondas, luz visível, etc), apenas os raios gama são emitidos pelos núcleos atômicos. As radiações alfa, beta e gama possuem diferentes poderes de penetração, isto é, diferentes capacidades para atravessar os materiais.

Meia-Vida

Cada elemento radioativo, seja natural ou obtido artificialmente, se transmuta (se desintegra ou decai) a uma velocidade que lhe é característica.Para se acompanhar a duração (ou a vida) de um elemento radioativo foi preciso estabelecer uma forma de comparação.

Por exemplo, quanto tempo leva para um elemento radioativo ter sua atividade reduzida à metade da

atividade inicial ? Esse tempo foi denominado meia-vida do elemento,então: ―Meia-vida, portanto, é o

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tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida à metade da atividade inicial."

Vejamos o caso do iodo-131, utilizado em Medicina Nuclear para exames de tireóide, que possui a meia- vida de oito dias. Isso significa que, decorridos 8 dias, atividade ingerida pelo paciente será reduzida à metade. Passados mais 8 dias, cairá à metade desse valor, ou seja, ¼ da atividade inicial e assim sucessivamente. Após 80 dias (10 meias-vidas), atingirá um valor cerca de 1000 vezes menor.

Fissão Nuclear

É a fragmentação de um núcleo atômico, com liberação de energia, pelo bombardeamento com partículas de alta energia. A energia liberada é a energia de ligação acumulada na formação daquele átomo.

Na realidade, em cada reação de fissão nuclear, resulta, além dos núcleos menores, dois a três nêutrons, como consequência da absorção do nêutron que causou a fissão. Torna-se, então, possível que esses nêutrons atinjam outros núcleos sucessivamente, liberando muito calor. Tal processo é denominado reação de fissão nuclear em cadeia ou, simplesmente, reação em cadeia.

Fusão nuclear

Fusão nuclear é a junção de dois núcleos atômicos produzindo um núcleo maior, com liberação de uma quantidade enorme de energia.

Neste processo, dois núcleos atômicos menores são fundidos para criar um núcleo atômico maior, mas, pelo efeito de empacotamento, a massa do núcleo formado será menor que a soma das massas dos componentes, ocorrendo assim grande liberação de energia. Essas reações liberam, por unidade de massa, muito mais energia do que as reações de fissão. São reações deste tipo que ocorrem no interior do sol e de todas as estrelas.

Na Terra, as reações de fusão nuclear só foram conseguidas nas bombas de hidrogênio (bomba H). Dentro da bomba de hidrogênio, explode uma bomba atômica que produz a temperatura necessária para a fusão nuclear, sem outras palavras, a bomba atômica funciona como espoleta da bomba de hidrogênio. Desse modo, consegue-se produzir explosões de até 500 megatons (500.000.000 toneladas de TNT).

Sessão Leitura: Nós e as radiações

Em pequenas doses, a exposição à radiação não oferece riscos à saúde: o corpo tem tempo suficiente para substituir as células que eventualmente tenham sido alteradas ou destruídas. Em doses extremas, é fatal: o desastre nuclear de Chernobyl, na Ucrânia, em 1986, o mais grave da história, matou 30 pessoas em apenas um mês e foi associado a 1.800 notificações de câncer de tireoide. O Japão atravessa (em 2013) a pior crise nuclear desde o acidente na usina soviética. O governo divulgou que pelo menos 20 pessoas foram expostas à radiação que escapou da usina Fukushima, mas não detalhou as circunstâncias ou a gravidade dos casos. Chamada ionizante, a radiação emitida pelo combustível das usinas nucleares (em geral urânio ou plutônio) tem a propriedade de alterar a carga elétrica dos elementos das células humanas. A extensão dos danos à saúde depende da dose e do tempo de exposição e até da região do corpo atingida. Os pulsos, por exemplo, são mais resistentes à radiação. A medula óssea, ao contrário, é o órgão mais sensível. Na literatura médica, o câncer é um dos problemas mais associados à radiação. Isso porque a radioatividade pode alterar o 'relógio biológico' das células, fazendo com que cresçam desordenadamente, formando tumores. Os tumores induzidos pela radiação não aparecem antes de 10 anos a contar das doses recebidas. Em caso de leucemia, o intervalo cai para dois anos. Esse período entre a exposição e o aparecimento do câncer é chamado 'período latente'.

Os cientistas ainda não têm dados precisos para determinar o risco de câncer associado a uma dada

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exposição à radiação. Mas existem estimativas. Sabe-se que baixas dosagens não estão relacionadas ao câncer, daí por que são normalmente seguros exames médicos como tomografia, raio-X e mamografia,

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segundo a Health Physics Society (HPS), uma organização americana especializada nos efeitos da radiação no corpo humano. Mas a partir de uma certa dosagem, a associação entre radiação e câncer aparece.

De acordo com estimativa da Sociedade Americana do Câncer, em um grupo de 100 pessoas, 42 irão desenvolver câncer ao longo da vida. Se o grupo for exposto a uma dose acumulada de 10 milisieverts, durante uma tomografia computadorizada, por exemplo, as mesmas 42 desenvolverão a doença. Mas, para uma dose acumulada de 50 milisieverts, 43 pessoas teriam câncer. A partir deste patamar, o risco aumenta 0,17% a cada 10 milisieverts de radiação.( O Sievert (Sv) é a unidade usada para dar uma avaliação do impacto da radiação ionizante sobre os seres humanos.1 É a unidade do Sistema Internacional de Unidades da dose equivalente e dose eficaz, e que leva em conta os efeitos biológicos em tecidos vivos, produzidos pela radiação absorvida. Dessa forma, a dose equivalente é obtida através dados e absorvida multiplicada por dois fatores ponderantes apropriados adimensionais. O efeito da radiação ionizante depende principalmente da energia fisicamente recebida por cada unidade de massa, portanto, o Sievert tem a mesma unidade que o Gray, unidade de dose absorvida, o joule por quilograma (J/kg). No entanto, o efeito específico dessa energia é refletida por dois coeficientes, um refletindo a eficácia biológica de diferentes tipos de radiações e o outro o impacto biológico sobre um determinado órgão.)

Muito do que se sabe sobre os efeitos da radiação ionizante na saúde humana se deve à radioterapia, técnica aplicada no combate ao câncer que submete o paciente a doses controladas de radiação. ―Na radioterapia, dividimos uma grande dose em várias sessões‖, explica Artur Malzyner, oncologista do Hospital Albert Einstein. Pacientes com câncer de pulmão, por exemplo, recebem doses que se acumulam entre 2.000 e 3.000 milisieverts. Depois de 18 a 20 aplicações em regiões específicas do pulmão, a dose se completa em 50.000 milisieverts. Um ser humano pode morrer em poucas horas se seu corpo inteiro for exposto à 50.000 milisieverts. Mas, Melzyner esclarece, como as doses são localizadas, ―apenas a região onde está o tumor é atingida‖.

De acordo com Malzyner, o primeiro sintoma causado pelo envenenamento por radiação é a náusea. ―É o efeito clínico mais comum‖, diz Malzyner. Se a dose aumentar, a radiação começa a atingir outros tecidos humanos, em particular a medula óssea, responsável pela formação das células sanguíneas. ―Em 30 dias a pessoa se torna anêmica e incapaz de se defender contra doenças‖, diz o oncologista. (Disponivel em: <hppt//: http://veja.abril.com.br/noticia/saude/os-efeitos-da-radioatividade-no-corpo-humano>)

Sessão Leitura: O acidente nuclear de Chernobyl

O maior acidente nuclear aconteceu na usina Chernobyl, construída na cidade de Pripyat, na Ucrânia. No

dia 26 de abril de 1986, técnicos tentaram fazer um teste na usina e acabaram provocando uma reação em

cadeia que terminou com a explosão do reator nuclear. Até hoje não se sabe ao certo se o problema foi

causado por erro humano, por uma falha de projeto do reator ou pela soma das duas coisas. Na época, a

Ucrânia fazia parte da União Soviética, que tinha um governo fechado para o resto do mundo, o que

dificultou a divulgação de mais detalhes sobre o acidente. Mas a dimensão da tragédia foi tão grande que

estações de monitoramento na Suécia e na Finlândia captaram níveis anormais de radioatividade no ar e

deram o alerta mundial. Depois descobriu-se que o Núcleo do reator parou de ser resfriado durante troca da

rede de energia da usina. Alguns fatos sobre o incidente:

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1. O problema em Chernobyl começou durante um teste de rotina, em que técnicos queriam simular um

apagão na rede elétrica principal da usina e o acionamento de uma rede de energia de emergência, movida

a óleo diesel.

2. Por falha no projeto ou por erro humano, o sistema de resfriamento do núcleo do reator - onde acontecem

as fissões atômicas - parou de funcionar quando a rede elétrica foi desligada. Isso gerou um

superaquecimento do núcleo, que atingiu temperaturas acima dos 2 000 C°

3. O calor absurdo gerou uma explosão de vapor tão violenta que destruiu o teto do reator - que pesava

mais de mil toneladas! O incêndio após a explosão lançou grandes quantidades de material radioativo do

núcleo na atmosfera.

4. A tragédia estava feita: Bombeiros ficaram expostos a uma radiação até 200 vezes maior que o nível

letal. Após a usina explodir, o corpo de bombeiros de Pripyat, cidade onde fica Chernobyl, foi acionado, Os

bombeiros chegaram à usina sem o preparo adequado para enfrentar a situação e acabaram expostos a

doses de radiação da ordem de 200 roentgen por hora - uma dose de 500 roentgen em 5 horas é letal

5. A população de Pripyat foi avisada de que precisava deixar a área em três dias. Para reduzir as bagagens

e aumentar a velocidade da evacuação da cidade, as autoridades informaram que a retirada seria

temporária. Por isso até hoje estão em Pripyat pertences pessoais dos habitantes

6. Após dias sem o fogo na usina ser controlado, entraram em ação helicópteros para conter a radiação.

Eles despejaram no reator grandes quantidades de chumbo, areia e outros materiais químicos para

bloquear a saída da radiação. Só com os helicópteros o incêndio foi apagado

7. A última medida emergencial foi a remoção dos escombros radioativos. Após eles serem retirados do

centro do reator destruído, um casulo protetor, feito de concreto, foi construído para isolar o reator do

ambiente. O casulo recebeu o apropriado nome de "sarcófago"...

Pripyat e região

Área de contaminação extrema. A falta de informações liberadas pela ex-União Soviética dificultam as

estimativas, mas especialistas acreditam que milhares de moradores desta região tenham morrido nos anos

seguintes ao acidente

Raio de 400 km

Em níveis variados, a radiação contaminou lagos, rios, reservatórios e afetou a reprodução de animais.

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Entre os residentes de outras regiões da Ucrânia, de Belarus e da Rússia foram reportados muitos casos de

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câncer de tireóide em crianças

Raio de 800 km

Os ventos nos primeiros dias levaram a nuvem radioativa mais para o norte. Nesta distância, a

contaminação começou a perder força, mas ainda foram atingidos rebanhos de gado - que tiveram queda

na produção de leite - e plantações de grãos

Raio de 1200 km

Regiões de exposição mínima, mas onde foi detectado algum nível de radioatividade no ar. Eventuais

efeitos de uma contaminação são difíceis de ser medidos, porque o nível de radioatividade atingido

raramente afeta o ser humano e o meio ambiente.

Exercicios de radiação

1) (Unirio-1999) O 201Tl é um isótopo radioativo usado na forma de TlCl (cloreto de tálio), para diagnóstico do funcionamento do coração. Sua meia vida é de 73h (3 dias). Certo hospital possui 20g deste isótopo. Sua massa, em gramas, após 9 dias, será igual a: A) 1,25 B) 2,5 C) 3,3 D) 5,0 E) 7,5

2) (Vunesp-2005) Em 1896, o cientista francês Henri Becquerel guardou uma amostra de óxido de urânio em uma gaveta que continha placas fotográficas. Ele ficou surpreso ao constatar que o composto de urânio havia escurecido as placas fotográficas. Becquerel percebeu que algum tipo de radiação havia sido emitida pelo composto de urânio e chamou esses raios de radiatividade. Os núcleos radiativos comumente emitem três tipos de radiação: partículas ; partículas e raios . Essas três radiações são, respectivamente, A) elétrons, fótons e nêutrons. B) nêutrons, elétrons e fótons. C) núcleos de hélio, elétrons e fótons. D) núcleos de hélio, fótons e elétrons. E) fótons, núcleos de hélio e elétrons

3) (PUC -SP-2000) O fenômeno da radioatividade foi descrito pela primeira vez no final do século passado, sendo largamente estudado no início do século XX. Aplicações desse fenômeno vão desde o diagnóstico e combate de doenças, até a obtenção de energia ou a fabricação de artefatos bélicos. Duas emissões radioativas típicas podem ser representadas pelas equações: 238U →234Th + α 234Th →234Pa + β A radiação α é o núcleo do átomo de hélio, possuindo 2 prótons e 2 nêutrons, que se desprende do núcleo do átomo radioativo. A radiação β é um elétron, proveniente da quebra de um nêutron, formando também um próton, que permanece no núcleo. A equação que representa o decaimento radioativo do isótopo

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238U até o isótopo estável 206Pb é:

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a) 238U → 206Pb + α + β b) 238U → 206Pb + 8α+ 4β c) 238U → 206Pb + 8α+ 6β d) 238U → 206Pb + 5α+ 5β e) 238U → 206Pb + 6α+ 6β

4) (PUC -PR-2003) Um elemento radioativo com Z = 53 e A = 131 emite partículas alfa e beta, perdendo 75 % de sua atividade em 32 dias. Detemine o tempo de meia-vida deste radioisótopo. A) 8 dias B) 16 dias C) 5 dias D) 4 dias E) 2 dias

5) Em 1908, Ernest Rutherford recebeu o Prêmio Nobel de Química pelo seu trabalho para determinar a massa e a carga elétrica das partículas alfa, beta e gama, que são emitidas pelos núcleos dos átomos de certos elementos radioativos.Analise as afirmativas abaixo, considerando que e e me sejam, respectivamente, a carga e a massa de repouso do elétron.

I - A partícula alfa tem carga elétrica +4e, e sua massa de repouso é aproximadamente 7340me. II - A partícula beta pode ter carga elétrica +e ou e, e sua massa de repouso é igual à do próton, ou seja, aproximadamente 1840me. III - A partícula gama é um fóton de radiação eletromagnética, não possui carga elétrica e sua massa é nula.

Assinale a alternativa correta:

a) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. b) Somente a afirmativa III é verdadeira. c) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. d) Somente a afirmativa II é verdadeira. e) Somente a afirmativa I é verdadeira.

6) Quando a massa de nuvens de gás e poeira de uma nebulosa se adensa, a temperatura aumenta, atingindo milhões de graus Celsius. Então, átomos de hidrogênio se fundem, gerando gás hélio, com liberação de quantidades fantásticas de energia. A fornalha está acesa. Nasce uma estrela. Uma das equações que representa esse fenômeno é:

A respeito da reação nuclear dada, é correto afirmar que:

A) é uma reação de fissão nuclear. B) é uma reação de fusão nuclear. C) é uma reação endotérmica. D) é um fenômeno físico. E) há liberação de prótons.

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7) Em 1938, O. Hahne F. Strassmann, ao detectarem bário numa amostra de urânio 238 bombardeada com nêutrons,descobriram a fissão nuclear induzida por nêutrons. Acolisão de um nêutron com um núcleo de um isótopo, comoo U 235, com sua conseqüente absorção, inicia uma violentavibração, e o núcleo é impelido a se dividir, fissionar. Coma fissão cada núcleo de U 235 produz dois ou maisnêutrons, propiciando uma reação em cadeia. (Adaptado de: OHANIAN, H. C. Modern physic. New York:Prentice Hall inc. 1995, 2 ed. p. 386.)

Texto 2 A reação em cadeia do U 235deu um banho de radiaçãomortífera no centro da cidade: Cerca de dez quilômetrosquadrados de Hiroshima ficaram torrados. Noventa porcento dos prédios da cidade foram destruídos.Os médicos que ainda estavam vivos não tinham idéia dotipo de arma que havia sido empregada. Mesmo quando seanunciou que uma bomba atômica fora lançada, eles não tinham noção do mal que ela pode fazer ao corpo humano nem dos seus sintomas posteriores. Era uma revolução daciência e na guerra. (Adaptado de: SMITH, P. D. Os homens do fim do mundo. São Paulo: Companhia das Letras, 2008. p. 359-360.) Considere as afirmativas a seguir: I. Um dos principais fatores que provocou a transformação na arquitetura do poder no mundo, pós 1945, foi a invenção e utilização da bomba atômica. II. A descoberta da fusão do isótopo U 235 tornou obsoleto e inútil o emprego das Forças Armadas convencionais nas guerras posteriores a 1945. III. A energia liberada a partir da fusão nuclear foi empregada como fonte de abastecimento das novas indústrias surgidas no pós II Guerra. IV. A fissão do isótopo de U 235, a partir de uma reação em cadeia liberando uma energia sem precedentes na história, é uma narrativa, em termos da Física, do evento ocorrido emHiroshima em agosto de 1945.

Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

8) (UFSCar-2002) Físicos da Califórnia relataram em 1999 que, por uma fração de segundo, haviam produzido o elemento mais pesado já obtido, com número atômico 118. Em 2001, eles comunicaram, por meio de uma nota a uma revista científica, que tudo não havia passado de um engano. Esse novo elemento teria sido obtido pela fusão nuclear de núcleos de 86Kr e 208Pb, com a liberação de uma partícula. O número de nêutrons desse ―novo elemento‖ e a partícula emitida após a fusão seriam, respectivamente, a) 175, nêutron. b) 175, próton. c) 176, beta. d) 176, nêutron. e) 176, próton.

9) (UNIFESP-2007) O flúor-18 é um radioisótopo produzido num acelerador cíclotron. Associado à deoxiglucose, esse radioisótopo revela, pela emissão de pósitrons, as áreas do organismo com metabolismo intenso de glicose, como o cérebro, o coração e os tumores ainda em estágio muito inicial. Quando um átomo de flúor-18 emite um pósitron, o átomo resultante será um isótopo do elemento químico a) cloro. b) flúor. c) neônio. d) oxigênio. e) nitrogênio.

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10) (Mack-2008) O acidente com o césio-137 em Goiânia, no dia 13 de setembro de 1987, foi o maior acidente radioativo do Brasil e o maior do mundo ocorrido em área urbana. A cápsula de cloreto de césio (CsCl), que ocasionou o acidente, fazia parte de um equipamento hospitalar usado para radioterapia que utilizava o césio-137 para irradiação de tumores ou de materiais sangüíneos. Nessa cápsula, havia aproximadamente 19g do cloreto decésio-137 (t1/2 = 30 anos), um pó branco parecido com o sal de cozinha, mas que, no escuro, brilha com umacoloração azul. Admita que a massa total de cloreto de césio, contida na cápsula tenha sido recuperada durante os trabalhos de descontaminação e armazenada no depósito de rejeitos radioativos do acidente, na cidade de Abadia de Goiás. Dessa forma, o tempo necessário para que restem 6,25% da quantidade de cloreto de césio contida na cápsula, e a massa de cloreto de césio- 137 presente no lixo radioativo, após sessenta anos do acidente, são, respectivamente: a) 150 anos e 2,37g. b) 120 anos e 6,25g. c) 150 anos e 9,50g. d) 120 anos e 9,50g. e) 120 anos e 4,75g.

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Capitulo 2: Um pouquinho da nova Física Neste capítulo não se preocupe em decorar fórmulas matemáticas,o essencial é que você entenda e reflita sobre os assuntos mencionados,os quais apesar de serem vistos bem superficialmente são de grande importancia.Veremos aqui somente uma parte tão pequena tal qual um grão de areia,quando comparada a infinidade de tópicos da física moderna,E em especial neste capitulo não teremos exercicios por envolverem cálculos desnecessarios ao nosso curso.

Efeito Fotoelétrico

Já se perguntou como ocorre o funcionamento das portas de shoppings que se abrem sozinhas,ou como um sistema de iluminação pode acender e apagar sozinho, Ou mesmo como sistemas de alarme ligam e desligam automaticamente? Magia? Aliens? Não,é a nossa boa e velha física! Esse processo se dá atráves do efeito fotoeletrico explicado a seguir.

Os elétrons que giram à volta do núcleo atômico são aí mantidos por forças de atração. Se a estes for fornecida energia suficiente, eles abandonarão as suas órbitas. O efeito fotoelétrico implica que, normalmente sobre metais, se faça incidir um feixe de radiação com energia superior à energia de remoção dos elétrons do metal, provocando a sua saída das órbitas: sem energia cinética (se a energia da radiação for igual à energia de remoção) ou com energia cinética, se a energia da radiação exceder a energia de remoção do elétrons.

A grande dúvida que se tinha a respeito do efeito fotoelétrico era que quanto mais se diminuía a intensidade do feixe de luz o efeito ia desaparecendo e a respeito da frequência da fonte luminosa também intrigava muito os cientistas, pois ao reduzir a frequência da fonte abaixo de um certo valor o efeito desaparecia (chamado de frequência de corte), ou seja, para frequências abaixo deste valor independentemente de qualquer que fosse a intensidade, não implicava na saída de nenhum único elétron que fosse da placa metálica.

Mais tarde Einstein com a teoria dos fótons explicou que, a intensidade de luz é proporcional ao número de fótons e que como consequência determina o número de elétrons a serem arrancados da superfície da placa metálica e, quanto maior a frequência maior é a energia adquirida pelos elétrons assim eles saem da placa e abaixo da frequência de corte, os elétrons não recebem nenhum tipo de energia, assim não saem da placa. A explicação satisfatória para esse efeito foi dada em 1905, e em 1921 deu ao cientista alemão o prêmio Nobel de Física.

Assim:

Energia do fóton = Energia necessária para remover um elétron + Energia cinética do elétron emitido

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Relatividade

No estudo da mecânica foi visto que a velocidade é uma grandeza relativa,ou seja seu valor depende de um referencial inercial do qual está sendo medido.veremos que massa,comprimento e tempo também são grandezas relativas.

Use a imaginação: Um passageiro olha para fora da janela e vê outro trem,nos trilos ao lado se movendo,ora ele está consciente somente do movimento relativo entre seu trem e o outro,não podendo dizer qual deles está em movimento.Ou seja ele pode estar em repouso em relação ao solo e o outro trem se movendo,ou ele pode estar se movendo em relação ao solo e o outro trem em repouso.temos então o primeiro postulado da relatividade.

1ª – Postulado da Relatividade: as leis da Física são as mesmas em todos os sistemas de referência inercial. 2ª – Postulado da Constância da Velocidade da Luz: a velocidade da luz no vácuo tem o mesmo valor para qualquer referencial inercial, ou seja,aproximadamente c = 300 000 km/s.

O segundo fala que A velocidade a que as ondas de luz se propagam no vácuo é independente tanto do movimento da fonte de onda quanto do referencial inercial do observador, de modo que a velocidade da luz emitida por uma fonte em alta velocidade é a mesma que a de outra fonte estacionária. No entanto, a frequência da luz (que define a cor) e a energia pode depender de movimento da fonte relativo ao observador, devido ao efeito Doppler relativístico. Todos os observadores que medem a velocidade da luz no vácuo chegam ao mesmo resultado.

Um instrumento muito comum na atualidade utiliza mecanismos advindos da relatividade para determinar com alta precisão a posição na Terra, esse é o chamado GPS. Encontrado em celulares de última geração, esse instrumento depende de 24 satélites ao redor da Terra para a determinação correta da posição, mas se não fosse a relatividade, todas as medidas estariam erradas. Os cálculos e correções relativísticos são necessários em consequência da velocidade dos satélites, aproximadamente 14 mil km/h. Essa velocidade é realmente pequena se comparada com a velocidade da luz, mas mesmo assim os cálculos são necessários.

Sessão Leitura: Um pouco de história da física

Houve épocas na história da física que alguns cientistas chegaram a acreditar que ela estava pronta, que não havia mais nada a ser descoberto. Mas justamente nesses períodos ela sofreu suas maiores transformações. Estas foram tão radicais que modificaram o nosso jeito de olhar o mundo.

Um exemplo é o advento da física moderna, ou seja, da parte da física que começou a ser desenvolvida no início do século XX, período em que ela já era uma ciência consagrada. Teve como seus precussores dois dos maiores físicos desse século — Max Planck e Albert Einstein — que iniciaram o estudo da física quântica e da teoria da relatividade, respectivamente. São ramos da física que fizeram a humanidade passar a se perguntar, por exemplo, se é possível o universo ter se formado de uma explosão; se é possível o tempo passar de forma diferente em lugares diferentes — questões que praticamente não eram nem imaginados no século XIX.

A física é, portanto, uma ciência em pleno desenvolvimento. A ciência e o mundo à nossa volta se modificam com as descobertas e os avanços tecnológicos delas resultantes

Para fazer parte desse mundo de descobertas, não é preciso ser uma "mulher-maravilha" nem um "super- homem". Apenas uma pessoa que goste de descobrir e desvendar os mistérios da natureza sob os óculos da lógica. Essa pessoa pode ser você.

A Física é a Ciência Fundamental do universo, ela analisa e responde muitas questões que nos colocamos a todo momento. Por isso, você que é curioso a respeito das coisas com as quais convive, encontrará na

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Física muitas respostas para suas indagações.

Os conceitos e as leis da Física ajudam a explicar a maioria dos fenômenos naturais e a entender o funcionamento das máquinas e dos equipamentos que utilizamos diariamente, seja uma simples lente de aumento, um abridor de latas ou uma vassoura, seja uma complexa usina nuclear, um tomógrafo computadorizado ou um microscópio eletrônico.

Devo instalar um chuveiro elétrico ou a gás? Usar lâmpadas incandescentes ou fluorescentes? Comprar um televisor de LCD ou de plasma? Os conhecimentos adquiridos ao estudar Física podem capacitá-lo a fazer escolhas melhores e a tomar decisões mais acertadas quando diante de diferentes opções.

GABARITO

Termomometria 1-B 2-E 3-B 4-A 5-D 6-C 7-B 8-B 9-D 10-C Dilatação 1-A 2-A 3-B 4-E 5-A 6-B 7-B 8-E 9-C 10-D Calorimetria 1-C 2-A 3-E 4-C 5-C 6-C 7-D 8-B 9-C 10-C Condução 1-D 2-C 3-D 4-D 5-D 6-B 7-D 8-E 9-C 10-D Gases 1-C 2-D 3-A 4-B 5-B 6-C 7-E 8-B 9-A 10-A Termodinâmica 1-E 2-E 3-B 4-D 5-A 6-D 7-D 8-C 9-D 10-A Fluidoestatica-1 1-B 2-D 3-C 4-D 5-B 6-E 7-D 8-C 9-D 10-D Fluidoestatica-2 1-D 2-E 3-C 4-B 5-B 6-A 7-B 8-B 9-B 10-B Gravitação 1-C 2-B 3-B 4-B 5-C 6-A 7-A 8-B 9-B 10-B Leis de kepler 1- B 2-

VFFVV 3-A 4-A 5-D 6-B 7-B 8-D 9-D 10-D

Radioatividade 1-B 2-C 3-C 4-B 5-B 6-B 7-B 8-A 9-D 10-E

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As questões abaixo foram retiradas do ENEM no período 1998-2008:

1) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques não fossem subterrâneos: I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais massa por litro de combustível. II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro. III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estariaresolvido. Destas considerações, somente: (A) I é correta. (B) II é correta. (C) III é correta. (D) I e II são corretas. (E) II e III são corretas.

2)O alumínio se funde a 666C° e é obtido à custa de energia elétrica, por eletrólise – transformação realizada a partir do óxido de alumínio a cerca de 1 000oC. A produção brasileira de alumínio, no ano de 1985, foi da ordem de 550 000 toneladas, tendo sido consumidos cerca de 20kWh de energia elétrica por quilograma do metal. Nesse mesmo ano, estimou-se a produção de resíduos sólidos urbanos brasileiros formados por metais ferrosos e não-ferrosos em 3 700 t/dia, das quais 1,5% estima-se corresponder ao alumínio. ([Dados adaptados de] FIGUEIREDO, P. J. M. A sociedade do lixo: resíduos, a questão energética e a crise ambiental. Piracicaba: UNIMEP, 1994) Suponha que uma residência tenha objetos de alumínio em uso cuja massa total seja de 10kg (panelas, janelas, latas etc.). O consumo de energia elétrica mensal dessa residência é de 100kWh. Sendo assim, na produção desses objetos utilizou-se uma quantidade de energia elétrica que poderia abastecer essa residência por um período de: (A) 1 mês. (B) 2 meses. (C) 3 meses. (D) 4 meses. (E) 5 meses.

3) (...) Depois de longas investigações, convenci-me por fim de que o Sol é uma estrela fixa rodeada de planetas que giram em volta dela e de que ela é o centro e a chama. Que, além dos planetas principais, há outros de segunda ordem que circulam primeiro como satélites em redor dos planetas principais e com estes em redor do Sol. (...) Não duvido de que os matemáticos sejam da minha opinião, se quiserem dar-se ao trabalho de tomar conhecimento, não superficialmente mas duma maneira aprofundada, das demonstrações que darei nesta obra. Se alguns homens ligeiros e ignorantes quiserem cometer contra mim o abuso de invocar alguns passos da Escritura (sagrada), a que torçam o sentido, desprezarei os seus ataques: as verdades matemáticas não devem ser julgadas senão por matemáticos. (COPÉRNICO, N. De Revolutionibus orbium caelestium.) Aqueles que se entregam à prática sem ciência são como o navegador que embarca em um navio sem leme nem bússola.Sempre a prática deve fundamentar-se em boa teoria. Antes de fazer de um caso uma regra geral, experimente-o duas ou três vezes e verifique se as experiências produzem os mesmos efeitos. Nenhuma investigação humana pode se considerar verdadeira ciência se não passa por demonstrações matemáticas.

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(VINCI, Leonardo da. Carnets.) O aspecto a ser ressaltado em ambos os textos para exemplificar o racionalismo moderno é

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(A) a fé como guia das descobertas. (B) o senso crítico para se chegar a Deus. (C) a limitação da ciência pelos princípios bíblicos. (D) a importância da experiência e da observação. (E) o princípio da autoridade e da tradição.

4) A panela de pressão permite que os alimentos sejam cozidos em água muito mais rapidamente do que em panelasconvencionais. Sua tampa possui uma borracha de vedação que não deixa o vapor escapar, a não ser através de um orifício central sobre o qual assenta um peso que controla a pressão. Quando em uso, desenvolve-se uma pressão elevada no seuinterior. Para a sua operação segura, é necessário observar a limpeza do orifício central e a existência de uma válvula desegurança, normalmente situada na tampa.O esquema da panela de pressão e um diagrama de fase da água são apresentados abaixo.

A vantagem do uso de panela de pressão é a rapidez para o cozimento de alimentos e isto se deve (A) à pressão no seu interior, que é igual à pressão externa. (B) à temperatura de seu interior, que está acima da temperatura de ebulição da água no local. (C) à quantidade de calor adicional que é transferida à panela. (D) à quantidade de vapor que está sendo liberada pela válvula. (E) à espessura da sua parede, que é maior que a das panelas comuns.

5) Se, por economia, abaixarmos o fogo sob uma panela de pressão logo que se inicia a saída de vapor pela válvula, de forma simplesmente a manter a fervura, o tempo de cozimento (A) será maior porque a panela ―esfria‖. (B) será menor, pois diminui a perda de água. (C) será maior, pois a pressão diminui. (D) será maior, pois a evaporação diminui. (E) não será alterado, pois a temperatura não varia.

6) A construção de grandes projetos hidroelétricos também deve ser analisada do ponto de vista do regime das águas e de seuciclo na região. Em relação ao ciclo da água, pode-se argumentar que a construção de grandes represas: (A) não causa impactos na região, uma vez que a quantidade total de água da Terra permanece constante. (B) não causa impactos na região, uma vez que a água que alimenta a represa prossegue depois rio abaixo com a mesmavazão e velocidade. (C) aumenta a velocidade dos rios, acelerando o ciclo da água na região. (D) aumenta a evaporação na região da represa, acompanhada também por um aumento local da umidade relativa do ar. (E) diminui a quantidade de água disponível para a realização do ciclo da água.

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7) No diagrama estão representadas as duas modalidades mais comuns de usinas elétricas, as hidroelétricas e astermoelétricas. No Brasil, a construção de usinas hidroelétricas deve ser incentivada porque essas: I. utilizam fontes renováveis, o que não ocorre com as termoelétricas que utilizam fontes que necessitam de bilhões de anos para serem reabastecidas. II. apresentam impacto ambiental nulo, pelo represamento das águas no curso normal dos rios. III. aumentam o índice pluviométrico da região de seca do Nordeste, pelo represamento de águas. Das três afirmações acima, somente (A) I está correta. (B) II está correta. (C) III está correta. (D) I e II estão corretas. (E) II e III estão corretas.

8) Ainda hoje, é muito comum as pessoas utilizarem vasilhames de barro (moringas ou potes de cerâmic não

esmaltada) para conservar água a uma temperatura menor do que a do ambiente. Isso ocorre porque:

(A) o barro isola a água do ambiente, mantendo-a sempre a umatemperatura menor que a dele, como se fosse isopor.

(B) o barro tem poder de ―gelar‖ a água pela sua composição química. Na reação, a água perde calor.

(C) o barro é poroso, permitindo que a água passe através dele. Parte dessa água evapora, tomando calor da moringa e

do restante da água, que são assim resfriadas.

(D) o barro é poroso, permitindo que a água se deposite na parte de fora da moringa. A água de fora sempre está a uma

temperatura maior que a de dentro.

(E) a moringa é uma espécie de geladeira natural, liberando substâncias higroscópicas que diminuem naturalmente a

temperatura da água.

9) Com base em projecoes realizadas por especialistas, preve-se, para o fim do seculo XXI, aumento de temperatura media, no planeta, entre 1,4 oC e 5,8 oC. Como consequencia desse aquecimento, possivelmente o clima sera mais quente e mais umido bem como ocorrerao mais enchentes em algumas areas e secas cronicas emoutras. O aquecimento tambem provocara o desaparecimento de algumas geleiras, o que acarretara o aumento do nivel dos oceanos e a inundacao de certas areas litoraneas.As mudancas climaticas previstas para o fim do seculo XXI :

(A) provocarao a reducao das taxas de evaporacao e decondensacao do ciclo da agua. (B) poderao interferir nos processos do ciclo da agua que envolvem mudancas de estado fisico. (C) promoverao o aumento da disponibilidade de alimentodas especies marinhas. (D) induzirao o aumento dos mananciais, o quesolucionara os problemas de falta de agua no planeta. (E) causarao o aumento do volume de todos os cursos deagua, o que minimizara os efeitos da poluicao aquatica.

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10) A adaptação dos integrantes da seleção brasileira de futebol à altitude de La Paz foi muito comentada em 1995, por ocasião de um torneio, como pode ser lido no texto abaixo. ―A seleção brasileira embarca hoje para La Paz, capital da Bolívia,situada a 3.700 metros de altitude, onde disputará o torneio Interamérica. A adaptação deverá ocorrer em um prazo de 10 dias,aproximadamente. O organismo humano, em altitudes elevadas,necessita desse tempo para se adaptar, evitando-se, assim, risco de um colapso circulatório.‖ (Adaptado da revista Placar, edição fev.1995) A adaptação da equipe foi necessária principalmente porque a atmosfera de La Paz, quando comparada à das cidades brasileiras, apresenta: (A) menor pressão e menor concentração de oxigênio. (B) maior pressão e maior quantidade de oxigênio. (C) maior pressão e maior concentração de gás carbônico. (D) menor pressão e maior temperatura. (E) maior pressão e menor temperatura.

GABARITO DAS QUESTÕES DO ENEM

1-E 2-B 3-D 4-B 5-E 6-D 7-A 8-C 9-B 10-A