Física - UFPA 2005
Leia atentamente o texto a seguir.
João Batista, nascido e criado às margens do rio Tuandeua, viveu uma infância típica de ribeirinho amazônida. A simplicidade da vida não embotou sua curiosidade pelos fenômenos naturais. Ao contrário, com a ajuda de pessoas como Seu Genésio, mestre construtor de embarcações, João deu asas às suas inquietações, avançou nos estudos e, mais tarde, formou-se professor de Ciências.
As questões a seguir apresentam situações em que a Física se faz necessária para explicar alguns fenômenos vivenciados por João Batista.
25. Na escola ribeirinha em que João estudou, uma das tarefas mais difíceis para a professora era manter os alunos na sala, quando uma grande embarcação se aproximava. Os pequenos estudantes precipitavam-se em suas canoas para “pegar” o banzeiro - onda que se propaga na superfície da água, devido a perturbações produzidas pela embarcação em movimento. No ritmo do banzeiro, as canoas subiam e desciam enquanto a onda se propagava.
A respeito do banzeiro, é correto afirmar que
(A) se propaga por vibrações de partículas que se movimenta na mesma direção de propagação da onda.
(B) uma diferença entre os banzeiros produzidos por grandes e por pequenas embarcações é a amplitude da onda.
(C) em pontos próximos à embarcação, a energia do banzeiro é menor do que em pontos mais distantes.
(D) suas velocidades não dependem das propriedades físicas do meio no qual se propagam.
(E) para um banzeiro com determinada velocidade, quanto maior a freqüência da onda, maior o comprimento de onda.
Resposta: Alternativa B. A amplitude da onda (banzeiro) está relacionada com a altura da onda que depende da parte submersa do a embarcação (calado).
26. Seu Genésio sempre dizia que a madeira boa para fabricar barcos é aquela que afunda na água. Essa afirmação deixava João Batista intrigado: - Se a madeira afundasse, como o barco poderia flutuar? Buscando explicações, João encontrou as seguintes afirmações, todas corretas:
I - A madeira flutuará se sua densidade for menor que a da água.
II - A densidade da madeira varia com a temperatura.
III - A diferença de pressão entre o topo e a base do barco provoca o empuxo que o faz flutuar.
IV - A densidade da água aumenta, depois diminui, ao ser aquecida de 0 ºC a 20 ºC.
V - Na condição de flutuação, o peso do barco e o empuxo que ele recebe da água têm a mesma intensidade.
Assinale a alternativa que contém apenas as afirmações que explicam a flutuação do barco.
(A) I e II.
(B) II e III.
(C) I e III.
(D) II e IV.
(E) III e V.
Resposta: Alternativa E
(I) Não. A madeira flutuará se a sua densidade for menor que a densidade da água mas essa não é a explicação para a afirmação de seu Genésio. Para que o barco flutue precisa deslocar uma quantidade de liquido (principio de Arquimedes). Quanto maior o volume deslocado de liquido pela embarcação maior o empuxo, a força que o empurra para cima. Dessa forma é fácil entender o fato de um barco de toneladas de metal poder flutuar.
(II) Não. O fato da densidade da madeira variar com a temperatura não está relacionada a flutuação do barco.
(III) Explica. O empuxo é uma foça que empurra o barco para cima equilibrando-se ao peso do barco (E = P)
(IV) Não. A dilatação anômala da água explica o fato da dilatação irregular da entre as temperatura 0ºC e 4 ºC, mas não explica a flutuação do barco.
(V) Explica. Esta é a condição de equilíbrio.
27. Não era novidade para ninguém que a velocidade de escoamento do rio mudava ao longo de seu curso. Para projetar uma ponte sobre determinado trecho do rio Tuandeua, uma equipe de técnicos fez algumas medidas e João ficou sabendo que a área transversal ao rio, naquele trecho, media 500 m² e a velocidade média da água na vazante era de 1 m/s. Como já sabia que em frente a sua casa a velocidade média na vazante era 2 m/s, fazendo aproximações para uma situação ideal, conclui-se que a área transversal do rio, em frente à casa de João, é igual a
(A) 250 m².
(B) 300 m².
(C) 500 m².
(D) 750 m².
(E) 1000 m².
Resposta: Alternativa A. A quantidade de água do rio que flui em um trecho é a mesma em qualquer outro, inclusive no trecho seguinte. A quantidade se conserva, portanto a vazão é a mesma, como a vazão é dada por
φ = A x V,
então:
A1 = 500 m² (trecho mais largo) e V1 = m/s
A2 = ? e V2 = 2 m/s (maior velocidade,a área diminui)
φ2 = φ1,
A2 x V2 = A1 x V1,
A2 x 2 = 500,
A2 = 250 m².
Apesar da vida ribeirinha, João não ficou alheio aos avanços tecnológicos, nem às informações atualizadas que hoje chegam a qualquer lugar, via satélite, por meio de parabólicas. As questões de 28 a 30 referem-se a esse contexto.
28. Em um forno microondas João colocou um vasilhame com 1,5 kg de água a 20 ºC. Mantendo o forno ligado por 10 minutos, a temperatura da água aumentou para 80 ºC. A representação gráfica do desempenho do forno indicada pelo calor fornecido (calorias) em função do tempo (segundos) é mais bem representado pela linha:
(Considere que toda a energia produzida pelo forno foi absorvida pela água na forma de calor e que o calor específico da água = 1 cal/g.ºC)
(A) A
(B) B
(C) C
(D) D
(E) E
Resposta: Alternativa D
m = 1,5 kg = 1500 g,
c = cal/gºC,
∆T = 80 - 20 = 60 ºC.
Q = m x c x ∆t ,
Q = 1500 x 1 x 60
Q = 90.000 cal
Esta quantidade de calor é absorvida pela água em 10 min (isto é, 600 s). Por meio do gráfico verificaremos que em 10 s teremos
90000 cal -----------------------------600 s
x --------------------------------- 10 s
x = (90000 x 10)/600
x = 1500 cal
29. Em um documentário de TV, João tomou conhecimento que a pressão atmosférica diminui com a altitude. Por essa razão o interior das aeronaves é mantido em certo nível de pressurização para conforto dos passageiros. O gráfico abaixo mostra a variação da pressão do ar externo com a altura acima do nível do mar. Sabendo que, durante um vôo, é mantida uma diferença de 0,4 atmosfera entre as pressões interna e externa à aeronave, pela análise do gráfico, conclui-se que a pressão interna a 8.000 metros de altitude, em atmosfera, é igual a
(A) 0,2
(B) 0,4
(C) 0,6
(D) 0,8
(E) 1,0
Resposta: Alternativa D.
Analisando o gráfico, concluímos que para uma altitude de 8.000 m a pressão é p = 0,4 atm, como ∆p = 0,4 atm (segundo o texto) temos:
H = 8000 m
P(externa) = 0,4 atm
∆p = 0,4atm
∆p = P(interna) - P(externa)
0,4 = P(interna) - 0,4
P(interna) = 0,8atm
30. Em seus livros de Física, João descobriu que o trabalho realizado por uma máquina térmica industrial está relacionado com a pressão, volume e temperatura do gás utilizado pela máquina. A figura abaixo representa um ciclo de trabalho de um gás ideal.
A partir da análise do gráfico, julgue as seguintes afirmações:
I - A temperatura do gás no ponto C é 3 vezes a sua temperatura no ponto A.
II - O trabalho realizado pelo gás ao longo de um ciclo foi de 105 Joule.
III - Ao longo do ciclo ABCDA, a variação da energia interna do gás foi positiva.
IV - A temperatura do gás permaneceu constante durante todo o ciclo ABCDA.
V - O ciclo ABCDA é constituído por duas transformações isobáricas e duas adiabáticas.
Assinale a alternativa que contém apenas afirmações corretas
(A) I e III.
(B) II e IV.
(C) I e II.
(D) II e V.
(E) III e IV.
Resposta: Alternativa C
(I) - VERDADEIRA - Precisamos analisar apenas o produto p.v, pois para uma transformação gasosa esse produto é diretamente proporcional à temperatura.
No ponto C:
Pc = 3 x 10^5 N/m²
Vc = 2 m³
O produto Pc.Vc = 3 x 10^5 x 2.
Pc.Vc = 6 x 10^5
No ponto A:
Pa = 2 x 10^5 N/m²
Va = 1 m³
Pa.Va = 2 x 10^5 x 1
Pa.Va = 2 x 10^5
O produto Pc.Vc é 3 vezes maior que Pa.Va, então a temperatura também.
(II) - VERDADEIRA - O trabalho é igual a área interna do gráfico:
T = A = b x h = (2 - 1) x (3 x 10^5 - 2 x 10^5) = 1. 10^5 J
(III) - FALSA - Na transformação o gás volta ao mesmo ponto. A variação da energia interna depende do estado final e inicial. Como os estados final e inicial coincidem, então a variação da energia interna é igual a zero.
(IV) - FALSA, pois a temperatura é proporcional ao produto p.v e este produto não se mantém constante durante todo processo, a temperatura também varia.
(V) - FALSA, pois AB e CD são isovolumétricas e BC e DA são isobáricas.
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