CENTRO EDUCACIONAL SIGMA ::

AVALIAÇÃO DISCURSIVA FÍSICA | 3ª SÉRIE :: 1º período | ENSINO MÉDIO | Física_3ªsérie_1ºperíodo pág. 1

QUESTÃO 1 (1,0) Um resistor ôhmico, quando submetido a uma tensão de 40 V, é atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 20 A. Calcule, em unidades SI, o valor da diferença de potencial elétrico que deve ser aplicada aos terminais desse resistor para que a intensidade da corrente elétrica que o atravessa seja de 4 A.

QUESTÃO 2 (1,0)

Para um resistor ôhmico (linear), a determinação da resistência, em laboratório, é realizada a partir da inclinação da reta tensão versus corrente (V × I), ou seja, do coeficiente angular da equação da reta que se ajusta aos resultados experimentais. Para um resistor não ôhmico (não linear), a resistência varia com a corrente elétrica de forma não linear, como representado na figura.

Esse comportamento se deve, em geral, à variação da

resistividade elétrica do material condutor em função da temperatura à qual ele está submetido. Nesse caso, define-se uma resistência elétrica local ou aparente como sendo o coeficiente angular da reta tangente em cada ponto da curva V × I. O gráfico acima ilustra resultados experimentais para um resistor não linear, no qual foram traçadas retas tangentes a fim de se determinar a resistência para dois valores da corrente (2 A e 6 A).

Considerando as informações e o gráfico representado, calcule a razão entre as potências elétricas dissipadas por esse resistor quando ele é percorrido por uma corrente de 6 A e 2 A, respectivamente. Expresse a resposta na ordem solicitada.

QUESTÃO 3 (1,0) Os chuveiros elétricos comuns aquecem água por meio do efeito Joule, ou seja, a capacidade que resistores têm de converter energia elétrica em energia térmica. Considere que um chuveiro com resistência de valor R, suposta constante, seja percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i. Nessa situação, o chuveiro aquece uma massa de água m, de calor específico c, durante um intervalo de tempo Δt. Determine, em função das grandezas mencionadas, uma expressão matemática que forneça corretamente a variação de temperatura Δθ sofrida por essa massa de água no intervalo de tempo mencionado. Apresente todo o raciocínio matemático necessário à obtenção da expressão.

QUESTÃO 4 (1,0) Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, de dimensões desprezíveis, estão eletrizadas com cargas elétricas 5Q, 3Q e –2Q, respectivamente.

Partindo da situação acima respectivamente são realizadas as seguintes ações,

I. Coloca-se a esfera A em contato com a esfera B até que atinjam o equilíbrio eletrostático (desconsidere a presença da esfera C).

II. Após as esferas A e B terem atingido o equilíbrio eletrostático, põe-se a esfera A em contato com a esfera C (desconsidere a presença da esfera B).

III. Após as esferas A e C terem atingido o equilíbrio eletrostático, as esferas A e C são, então, separadas por uma distância de 10 cm (desconsidere a presença da esfera B).

Com base nessas informações, faça o que se pede nos itens a seguir, depois de realizadas todas as ações descritas:

a) a força elétrica trocada entre as esferas A e B, após os contatos descritos, é de atração ou repulsão? (0,3)

b) Calcule, em função de Q, o módulo das cargas elétricas finais das esferas A e C. (0,3)

c) a intensidade da força elétrica trocada pelas esferas A e C, em função da constante eletrostática k do meio e da carga padrão Q. (0,4)

3ªsérie

2.3 FÍSICA 1º período

CENTRO EDUCACIONAL SIGMA ::

AVALIAÇÃO DISCURSIVA FÍSICA | 3ª SÉRIE :: 1º período | ENSINO MÉDIO | Física_3ªsérie_1ºperíodo pág. 2

QUESTÃO 5 (1,0) Num plano vertical, perpendicular ao solo, situam-se três pequenos corpos idênticos, de massas individuais iguais a m e eletrizados com cargas de 1,0 µC cada um. Os corpos C1 e C2 estão fixos no solo, ocupando, respectivamente, dois dos vértices de um triângulo isósceles, conforme mostra a figura.

C1 C2

C3

30cm 30cm

SOLO

120º

O corpo C3, que ocupa o outro vértice do triângulo, está em equilíbrio quando sujeito exclusivamente às forças elétricas e à força peso.

Adotando o campo gravitacional local igual a 10 N/kg e a constante eletrostática do meio como k = 9,0·109 N·m²·C–2, calcule, em unidades do SI, o valor da massa m de C3 para que se mantenha o equilíbrio citado.

QUESTÃO 6 (1,0) Em 2009, foi realizada uma missão de reparos no Telescópio Espacial Hubble, que se encontra em órbita, aproximadamente circular, em torno da Terra a cerca de 600 km de altitude. Isso foi feito para que o equipamento pudesse ainda operar por mais alguns anos. Na ocasião, os astronautas foram vistos em uma condição em que pareciam flutuar do lado de fora do telescópio, levando à ideia equivocada de que estavam sem ação da força gravitacional terrestre.

Com base nessas informações e considerando o raio da Terra, a massa da Terra e a constante universal da gravitação iguais, respectivamente, a 6400 km, 6·1024 kg e 6,7·10–11 N·m²·kg–2, faça o que se pede nos itens a seguir.

a) Calcule, em unidades do SI, o módulo da aceleração da gravidade terrestre a que os astronautas estavam sujeitos durante a missão descrita. (0,5)

b) Calcule, em m²/s², o módulo do quadrado da velocidade orbital do telescópio espacial Hubble em torno da Terra. (0,5)

Atenção Todas as questões devem possuir:

Equação física que será utilizada (na forma literária, ou seja, sem substituição numérica dos valores);

Substituição dos valores (quando for o caso) na equação física;

Resposta numérica (quando for o caso) seguida da unidade de medida;

Exemplo de resolução: Um corpo de massa igual a 8,0 kg está sob ação de uma única força de módulo igual a 16 N. Calcule, em unidades SI, o módulo da aceleração adquirida por esse corpo.

𝐹𝑅 = 𝑚 ∙ 𝑎 equação física 16 = 8,0 ∙ 𝑎 substituição dos valores

𝑎 = 2,0 m/s² resposta (com unidade de medida)

CENTRO EDUCACIONAL SIGMA ::

AVALIAÇÃO DISCURSIVA FÍSICA | 3ª SÉRIE :: 1º período | ENSINO MÉDIO | Física_3ªsérie_1ºperíodo pág. 1

QUESTÃO 1 (1,0)

𝑈1 = 𝑅1 · 𝑖1 e 𝑈2 = 𝑅2 · 𝑖2

Só que 𝑅1 = 𝑅2, o resistor é ôhmico.

𝑈1

𝑖1

=𝑈2

𝑖2

Resolvendo em unidades SI:

𝑈2 =𝑖2 · 𝑈1

𝑖1

𝑈2 =4 · 40

20

𝑈2 = 8 V

QUESTÃO 2 (1,0)

𝑃𝑜𝑡1 = 𝑈1 · 𝑖1 e 𝑃𝑜𝑡2 = 𝑈2 · 𝑖2

Dividindo as equações, obtemos:

𝑃𝑜𝑡1

𝑃𝑜𝑡2

=𝑈1 · 𝑖1

𝑈2 · 𝑖2

Substituindo os valores:

𝑃𝑜𝑡1

𝑃𝑜𝑡2

=210 · 6

160 · 4

𝑃𝑜𝑡1

𝑃𝑜𝑡2

≅ 1,97

QUESTÃO 3 (1,0)

𝑃𝑜𝑡 = 𝑅 · 𝑖2

𝑃𝑜𝑡 =𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟

∆𝑡

𝑅 · 𝑖2 =𝑚 · 𝑐 · ∆𝜃

∆𝑡

Isolando a variação de temperatura (∆𝜃), obtemos:

∆𝜃 =𝑅 · 𝑖2 · ∆𝑡

𝑚 · 𝑐

QUESTÃO 4 (0,3 + 0,3 + 0,4)

a) Repulsão. Rasura anula o item.

b)

1º contato: (A com B)

𝑄𝐴𝐵 =𝑄𝐴 + 𝑄𝐵

2

𝑄𝐴𝐵 =5𝑄 + 3𝑄

2

𝑄𝐴𝐵 = +4𝑄 (as esferas A e B ficam positivas)

2º contato: (A com C)

𝑄𝐴𝐶 =𝑄𝐴𝐵 + 𝑄𝑐

2

3ªsérie

2.3 FÍSICA

1º período 23 de março de 2017

CENTRO EDUCACIONAL SIGMA ::

AVALIAÇÃO DISCURSIVA FÍSICA | 3ª SÉRIE :: 1º período | ENSINO MÉDIO | Física_3ªsérie_1ºperíodo pág. 2

𝑄𝐴𝐶 =4𝑄 − 2𝑄

2

𝑄𝐴𝐶 = +𝑄 (as esferas A e C ficam positivas)

c)

|�⃗�𝐸𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝐴𝐶| = 𝑘 ·

|𝑄𝐴𝐶 | · |𝑄𝐴𝐶 |

𝑑𝐴𝐶2

Substituindo os valores, em unidades SI, obtemos:

|�⃗�𝐸𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝐴𝐶| = 𝑘 ·

|Q| · |Q|

(0,1)2

|�⃗�𝐸𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝐴𝐶| = 100 · 𝑘|𝑄|2

QUESTÃO 5 (1,0)

Para que o corpo C3 esteja em equilíbrio, é necessário que a resultante das forças que atuam sobre ele seja nula.

�⃗�𝑅 = 0⃗⃗ ⟺ �⃗�23 + �⃗�13 + �⃗⃗� = 0⃗⃗

Decompondo os vetores �⃗�23 e �⃗�13 em suas componentes ortogonais, obtemos que:

|�⃗⃗�| = |�⃗�23𝑦| + |�⃗�13𝑦

|

|�⃗⃗�| = |�⃗�23| · sen30° + |�⃗�13| · sen30°

m · |�⃗�| = |�⃗�23| · sen30° + |�⃗�13| · sen30°

Substituindo a expressão da lei de Coulomb, obtemos:

m =

𝑘 · |𝑄|2

𝑑232

· sen30° +𝑘 · |𝑄|2

𝑑132

· sen30°

|�⃗�|

Agora, substituindo os valores, temos:

m =

9 · 109 · |1 · 10−6|2

(0,3)2 · 0,5 +

9 · 109 · |1 · 10−6|2

(0,3)2 · 0,5

10

𝑚 = 0,01 kg

QUESTÃO 6 (1,0)

a) (0,5)

|�⃗�𝑥| =𝐺 · 𝑀

𝑑2

|�⃗�𝑥| =𝐺 · 𝑀

(𝑅 + ℎ)2

Substituindo os valores, em unidades SI, obtemos:

|�⃗�𝑥| =6,7 · 10−11 · 6 · 1024

(6,4 · 106 + 0,6 · 106)2

|�⃗�𝑥| = 5,74 m/s2

b) (0,5)

�⃗�𝑐𝑝 = �⃗�𝐺 (a força gravitacional é a resultante centrípeta)

𝑚 · |�⃗�|2

𝑑=

𝐺 · 𝑀 · 𝑚

𝑑2

|�⃗�|2

𝑑=

𝐺 · 𝑀

𝑑2

|�⃗�|2

(𝑅 + ℎ)= 5,74

|�⃗�|2 = 5,74 · (6,4 · 106 + 0,6 · 106)

|�⃗�|2 = 4,018 · 107 m2/s2