ENSINO SECUNDÁRIO MARGARIDA MARCÃO NUNO LINO

10.º ANOENSINO SECUNDÁRIO

MARGARIDA MARCÃONUNO LINO

RICARDO PINTO

FÍSICA E Q

UÍMICA A

PTFQ10_20191874_TEXTO_P001_027_3P.indd 1 04/11/2019 11:15

ÍNDIC

EÍN

DIC

E

I S B N 9 7 8 - 9 8 9 - 7 6 7 - 5 2 7 - 0

1 MASSA E TAMANHO DOS ÁTOMOS Ordens de grandeza e escalas de comprimento 6 Dimensões à escala atómica 6 Exercícios resolvidos 7 Massa isotópica e massa atómica relativa média 9 Exercícios resolvidos 10 Quantidade de matéria e massa molar 11 Fração molar e fração mássica 11 Exercícios resolvidos 11 Organizo ideias 15 Exercícios propostos 16 No laboratório: Segurança no laboratório 20 Material e equipamento de laboratório 22 Medição em Química 23 AL Volume e número de moléculas de uma

gota de água 26

2 ENERGIA DOS ELETRÕES NOS ÁTOMOS Espetros contínuos e descontínuos 28 Exercícios resolvidos 30 Modelo atómico de Bohr 31 Quantização de energia e transições eletrónicas 32 Espetro do átomo de hidrogénio 32 Exercícios resolvidos 33 Energia de remoção eletrónica 39 Exercícios resolvidos 39 Modelo quântico do átomo 41 Exercícios resolvidos 42 Configuração eletrónica dos átomos 43 Exercícios resolvidos 43 Organizo ideias 45 Exercícios propostos 46 No laboratório: AL Teste de chama 56 Teste de avaliação 1 57

3 TABELA PERIÓDICA Evolução histórica da Tabela Periódica 61 Exercícios resolvidos 62 Estrutura da Tabela Periódica: grupos,

períodos e blocos 62 Elementos representativos e de transição.

Famílias de metais e de não metais 63 Exercícios resolvidos 64 Propriedades periódicas dos elementos

representativos 65 Exercícios resolvidos 67 Organizo ideias 70 Exercícios propostos 71 No laboratório: AL Densidade relativa de metais 78

1 LIGAÇÃO QUÍMICA Tipos de ligações químicas 82 Ligação covalente 83 Exercícios resolvidos 85 Geometria molecular 86 Exercícios resolvidos 88 Polaridade das moléculas 90 Exercícios resolvidos 91 Estruturas de moléculas orgânicas

e biológicas 92 Exercícios resolvidos 94 Ligações intermoleculares 95 Exercícios resolvidos 96 Organio ideias 98 Exercícios propostos 99 Teste de avaliação 2 107

2 GASES E DISPERSÕES Lei de Avogadro, volume molar e massa

volúmica 111 Exercícios resolvidos 112 Soluções, coloides e suspensões 114 Exercícios resolvidos 114 Composição quantitativa de soluções 117 Exercícios resolvidos 118 Organizo ideias 120 Exercícios propostos 121 No laboratório: AL Soluções a partir de solutos sólidos 129 AL Diluição de soluções 130

3 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS Energia de ligação e reações químicas 132 Exercícios resolvidos 133 Reações fotoquímicas na atmosfera 136 Exercícios resolvidos 138 Organizo ideias 141 Exercícios propostos 142 No laboratório: AL Reações fotoquímicas 152 Teste de avaliação 3 154

1Elementos químicos e sua organização 2

Propriedades e transformações da matéria

2


3 Energia e sua conservação

1 ENERGIA E MOVIMENTOS Energia cinética e energia potencial.

Energia interna 160 Sistema mecânico. Modelo do centro

de massa (partícula material) 160 Teorema da energia cinética 162 Exercícios resolvidos 163 Forças conservativas e não conservativas.

O peso como força conservativa. 166 Trabalho realizado pelo peso e variação da energia potencial gravítica 166

Exercícios resolvidos 168 Energia mecânica e conservação da energia

mecânica 170 Exercícios resolvidos 172 Organizo ideias 176 Exercícios propostos 177 No laboratório: AL Movimento num plano inclinado: variação

de energia cinética e distância percorrida 187 AL Movimento vertical de queda e de ressalto

de uma bola 188 Teste de avaliação 4 191

2 ENERGIA E FENÓMENOS ELÉTRICOS Grandezas elétricas 195 Corrente elétrica contínua e corrente

elétrica alternada 197 Resistência de condutores filiformes.

Resistividade 197 Exercícios resolvidos 198 Efeito Joule 201 Exercícios resolvidos 203 Organizo ideias 208 Exercícios propostos 209 No laboratório: AL Características de uma pilha 217 Teste de avaliação 5 218

3 ENERGIA, FENÓMENOS TÉRMICOS E RADIAÇÃO Sistema, fronteira e vizinhança.

Sistema isolado. 221 Sistema termodinâmico 221 Exercícios resolvidos 222

Temperatura. Equilíbrio térmico. Escalas de temperatura 223

Exercícios resolvidos 225 Radiação e irradiância 227 Exercícios resolvidos 228 Condução e convecção 231 Condução térmica e condutividade térmica 231 Capacidade térmica mássica 232 Variação de entalpia de fusão e de

vaporização 232 Exercícios resolvidos 233 Primeira Lei da Termodinâmica: transferências

de energia e conservação de energia 236 Segunda Lei da Termodinâmica: degradação

da energia e rendimento 237 Exercícios resolvidos 237 Organizo ideias 239 Exercícios propostos 240 No laboratório: AL Radiação e potência elétrica

de um painel fotovoltaico 253 AL Capacidade térmica mássica 254 Teste de avaliação 6 257

Prova global 1 261Prova global 2 265

Formulário de Química 270Formulário de Física 271Tabela Periódica 272

Proposta de soluções 273

Provas Globais

ÍNDIC

EÍN

DIC

E

3


O Q

UE

DEV

O S

ABER

O Q

UE

DEV

O S

ABER

SUBD

OM

ÍNIO

RESUMO TEÓRICO

Massa e tamanho dos átomos1

Ordens de grandeza e escalas de comprimentoNa Natureza existem estruturas muito diferentes com características distintas, nomeadamente em relação ao tamanho.

10 –10 10 –6 10 7 10 9 10 211

Serhumano

Terra

Sol

ViaLáctea

Núcleode Urânio

Cromossoma X

Tamanho(metros)

Figura 1 Ordens de grandeza de diferentes estruturas.

A ordem de grandeza permite comparar facilmente tamanhos muito diferentes. Considerando um número em notação científica, N × 10n , sendo 1 ≤ N < 10 , a sua ordem de gran-deza é a potência de base 10 mais próxima desse número.Do mundo macro ao mundo micro é necessário utilizar unidades adequadas.

O parsec, a unidade astronómica e o ano-luz são unidades utilizadas ao nível do estudo do Universo. No mundo microscópico, à escala atómica, utilizam-se unidades como o micrómetro (10–6 m), o nanómetro (10–9 m) e o picómetro (10–12 m).

Dimensões à escala atómicaA nanotecnologia abrange tecnologias em que a matéria é manipulada à escala atómica e molecular. A utilização de microscópios de alta resolução possibilita a observação a nível atómico, o que permite o desenvolvimento de estruturas estáveis de átomos utilizadas na criação de novos ma-teriais ou componentes. A nanotecnologia tem uma vasta aplicação em áreas como a medicina, a eletrónica, a física, a biologia, a química e a engenharia dos materiais.

O átomo é constituído pelo núcleo, onde existem protões e neutrões, e pela nuvem eletrónica, onde existem eletrões. O átomo é eletricamente neutro.

6


O Q

UE

DEV

O S

ABER

RESUMO TEÓRICOQUÍMICA1 | Massa e tamanho dos átomos

Partícula Massa relativa Carga relativa

Protão 1 + 1

Neutrão 1 0

Eletrão 1 _____ 1840

- 1

– –

–

Eletrão

Protão

Núcleo

Neutrão

Figura 2 Estrutura atómica.

Um elemento químico é caracterizado pelo número atómico (Z), mas pode apresentar diferentes números de massa (A). Número

de massa

Símboloquímico

Númeroatómico

• Número de protões = número atómico (no átomo, é igual ao número de eletrões)

• Número de neutrões = número de massa – número atómico

Os isótopos de um mesmo elemento químico apresentam o mesmo número atómico mas dife-rente número de massa porque o número de neutrões é diferente.

O hidrogénio, por exemplo, apresenta três isótopos:

H3

1H2

1H1

11

p11

p11

p10

n

10

n

10

n

1

Figura 3 Isótopos de hidrogénio: prótio, deutério e trítio.

VEJ

O C

OM

O S

E FA

Z1. Indique a constituição dos átomos a seguir apresentados:

2 4 He 37

87 Rb 83 209 Bi

2. O carbono apresenta três isótopos, de entre os quais o de maior número de massa é radioativo. Estes podem ser representados po r:

6 12 C 6

13 C 6 14 C

Justifique o facto de serem isótopos com base na constituição de cada um destes átomos.

3. O 17 35 Cℓ é um dos isótopos do cloro.

3.1. Indique a constituição deste isótopo.

3.2. Represente um possível isótopo do cloro com mais 15 neutrões no seu núcleo.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

7


EXERCÍCIOS RESOLVIDOSVEJ

O C

OM

O S

E FA

Z 7.1. Determina-se a massa molecular relativa do metano: Mr(CH4) = Ar(C) + 4 Ar(H) = 12,01 + 4 × 1,01 = 16,05

A massa molar do CH4 é, então, 16,05 g mol-1.

Determina-se a quantidade de matéria de moléculas: n(CH4) = m ( CH 4 )

_ M ( CH 4 )

= 6420 _ 16,05

= 400,0 mol

7.2. N(CH4) = n(CH4) × NA = 400,0 × 6,02 × 1023 = 2,41 × 1026 moléculas

7.3. Cada molécula contém apenas um átomo de carbono: N(C) = N(CH4) = 2,41 × 102 6 átomos

7.4. Cada molécula contém quatro átomos de hidrogénio N(H) = 4 × N(CH4) = 4 × 2,41 × 1026 = 9,64 × 1026 átomos

7.5. Somando todos os átomos: N(átomos) = N(C) + N(H) = 2,41 × 1026 + 9,64 × 1026 = 1,21 × 1027 átomos

8.1. m(C3H8) = 0,75 × m(amostra) = 0,75 × 23 = 17,25 kg

8.2. m(C4H10) = 0,25 × m(amostra) = 0,25 × 23 = 5,75 kg

Determinam-se as massas moleculares relativas do propano e do butano: Mr(C3H8) = 3 Ar(C) + 8 Ar(H) = 3 × 12,01 + 8 × 1,01 = 44,11

Mr(C4H10) = 4 Ar(C) + 10 Ar(H) = 4 × 12,01 + 10 × 1,01 = 58,14

As massas molares serão: M(C3H8) = 44,11 g mol–1 M(C4H10) = 58,14 g mol–1

Determinam-se as quantidades de matéria dos dois gases:

n(C3H8) = m ( C 3 H 8 )

_ M ( C 3 H 8 )

= 17,25 × 10 3

_ 44,11

= 391,1 mol

n(C4H10) = m ( C 4 H 10 )

_ M ( C 4 H 10 )

= 5,75 × 10 3

_ 58,14

= 98,90 mol

A fração molar do butano determina-se por:

χ ( C 4 H 10 ) = n ( C 4 H 10 )

________________ n ( C 4 H 10 ) + n ( C 3 H 8 )

= 98,90 ____________

391,1 + 98,90 = 0, 20

8.3. A quantidade de matéria de carbono é: n(C) = 3 n(C3H8) + 4 n(C4H10) = 3 × 391,1 + 4 × 98,90 = 1568,9 mol

A massa de carbono é: m(C) = n(C) × M(C) = 1568,9 × 12,01 = 18 843 g

A fração mássica de carbono é dada por: 18 843 _ 23 000

= 0,82

9. Determina-se a massa molecular relativa do H2O: Mr(H2O) = Ar(O) + 2 Ar(H) = 16,00 + 2 × 1,01 = 18,02

A massa molar do H2O é então 18,02 g mol-1.

Determina-se a quantidade de matéria de moléculas de água:

n(H2O) = m ( H 2 O)

_ M ( H 2 O)

= 100 _ 18,02

= 5,55 mol

A fração molar do permanganato de potássio determina-se por:

χ ( KMnO 4 ) = n ( KMnO 4 )

_________________ n ( KMnO 4 ) + n ( H 2 O)

= 0, 0050 ____________

0,0050 + 5,55 = 0, 00090

DOMÍNIO 1 | ELEMENTOS QUÍMICOS E SUA ORGANIZAÇÃO

14


QUÍMICA1 | Massa e tamanho dos átomos

ORG

AN

IZO

IDEI

AS

15

Ordem de grandeza

Potência de base 10 mais próxima

Protões

Massa

Fração mássica

Isótopos

Carga positiva

Massa isotópica

Neutrões

Quantidade de matéria

Fração molar

Eletrões

Carga nula

Abundância relativa dos

isótopos

Massa atómica relativa

Massa molecular relativa

Carga negativa

Moléculas N.º atómico

Massa molar

Núcleo

quando ligados formam

caracterizam-se pelo

determinam

relaciona

com diferente número de massa

dimensão são constituídos por

ÁTOMOS

Nuvem eletrónica


22

NO

LABO

RATÓ

RIO

NO LABORATÓRIO

Material e equipamento de laboratório

Noz Garra

Argola

Suporte universal

Pipeta volumétrica

Pipeta graduada

Bureta

Funil

Vidro de relógio

Pinça metálica ou tenaz

Conta-gotas ou pipeta de

Pasteur

Almofariz e pilão (ou mão)

Bico de Bunsen

Garrafa de esguicho

Pompete

Gobelé ou copo de precipitação

Tripé e lamparina

Proveta Tubos de ensaio em suporte

Ampola de decantação ou funil de separação

Vareta de vidro

0

1

2

3

4

5

ºC

Termómetro

Tina de vidro

Placa de aquecimento

Manta de aquecimento

Balança digital

Espátula

Balão de fundo redondo

Balão de Erlenmeyerou matraz

Balão volumétrico

22

DOMÍNIO 1 | ELEMENTOS QUÍMICOS E SUA ORGANIZAÇÃO


23

QUÍMICA1 | Massa e tamanho dos átomos

NO

LABO

RATÓ

RIO

NO LABORATÓRIO

Medição em Química

A medida de uma grandeza determina-se pela medição, ou seja, determina-se pela comparação do valor da grandeza com a unidade padrão dessa grandeza.

Medição direta: compara-se diretamente a grandeza que se pretende medir com a unidade pa-drão recorrendo a instrumentos adequados.

Ex.: temperatura, massa, tempo, etc.

Medição indireta: determina-se por relações matemáticas entre grandezas medidas diretamente.

Ex.: concentração, densidade, área, etc.

Notação científica

Os resultados das medições exprimem-se em notação científica, cuja fórmula geral é N × 10n , em que 1 ⩽ N < 10 e n é um número inteiro positivo ou negativo.

Ordem de grandeza

A ordem de grandeza de um número expresso em notação científica é a potência de base 10 mais próxima desse número.

3,6 × 105 m ⇒ ordem de grandeza 105 m

4,4 × 10- 3 m ⇒ ordem de grandeza 10- 3 m

8,2 × 103 m ⇒ ordem de grandeza 104 m

6,4 × 10- 5 m ⇒ ordem de grandeza 10- 4 m

Algarismos significativos

Numa leitura num instrumento graduado, todos os alga-rismos exatos (a preto na figura ao lado) e o algarismo estimado (a vermelho na figura ao lado) têm significado e designam-se por algarismos significativos.

Para contagem dos algarismos significativos utilizam-se as seguintes regras:

• Cada algarismo, exceto o zero, conta sempre como um algarismo significativo.

• O zero localizado entre algarismos diferentes de zero é significativo (ex.: 205 tem três algarismos significativos).

• Os zeros localizados à esquerda do primeiro algarismo diferente de zero não são signifi-cativos (ex.: 0,0032 tem dois algarismos significativos).

• Os zeros localizados à direita da vírgula e a seguir a algarismos diferentes de zero são significativos (ex.: 5,020 tem quatro algarismos significativos).

Arredondamentos

Para se obedecer às regras dos algarismos significativos por vezes é necessário proceder-se a alguns arredondamentos.

• 1.° Escolher qual(ais) o(s) algarismo(s) a eliminar para se proceder ao arredon da mento.

• 2.° Se o primeiro algarismo a eliminar for:

– Inferior a cinco: o algarismo anterior mantém-se. (ex.: 2,7245 m, arredondando às décimas, fica 2,7 m);

– Superior a cinco: o algarismo anterior aumenta uma unidade. (ex.: 8,767 m, arredondando às centésimas, fica 8,77 m);

MODOS DE EXPRIMIR UMA MEDIDA

0

1,07 cm 2,10 cm

1 2 3 4

23


EXERCÍCIOS PROPOSTOSAG

ORA F

AÇO

EU

128

DOMÍNIO 2 | PROPRIEDADES E TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA

36. O aumento exagerado do teor de CO2 atmosférico e a destruição da camada de ozono são problemas graves, interligados, e resultantes, principalmente, da atividade humana.

A composição aproximada de ozono na atmosfera é 0,04 ppmV.

36.1. Selecione a alternativa que corresponde à quantidade de matéria de ozono existente em 1,00 dm3 de ar, em condições PTN.

(A) n = 0,04 __________

22,4 × 10 − 6 mol (B) n =

0,04 × 10 − 6 __________

22,4 mol

(C) n = 22,4 × 10 6

_________ 0,04

mol (D) n = 0,04 × 10 6

_________ 22,4

mol

36.2. Indique em que condições o dióxido de carbono pode ser considerado poluente, referindo duas fontes de emissão deste gás.

37. Numa aula laboratorial um grupo de alunos preparou uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCℓ) e, de seguida, decidiu determinar o ponto de ebulição da mistura.

37.1. Calcule a massa de sal necessária para preparar 250 cm3 de solução com concentração 0,1 mol dm- 3.

37.2. Calcule o volume necessário, da solução anterior, para preparar 500 cm3 de uma solução com concentração 4,00 × 10- 3 mol dm-3.

38. Em 500,0 dm3 de uma amostra de ar existem 2,11 × 1024 moléculas de nitrogénio (N2), em condi-ções PTN. Verifique se o ar é troposférico.

39. Considere 2,50 dm3 de uma amostra de ar seco, em condições PTN, que contém 78,05% (V/V) de nitrogénio (N2). Determine a massa de nitrogénio existente nessa amostra.

40. Num laboratório, um grupo de alunos pretende preparar 100,00 mL de uma solução aquosa de tiossulfato de sódio penta-hidratado, Na2S2O3.5H2O (M = 248,22 g mol-1), de con-centração 0,0600 mol dm-3.

40.1. Calcule a massa de tiossulfato de sódio penta-hidratado que é necessário medir para preparar a referida solução.

40.2. Admitindo que a densidade da solução é 1,03 g cm-3, cal-cule a fração molar do soluto.

40.3. Exprima a concentração da solução em percentagem más-sica de soluto.

40.4. Pretende-se preparar 250,00 mL de uma solução diluída a partir da solução preparada inicial-mente, com fator de diluição 10.

Calcule o volume da solução inicial a medir.

41. Pretende-se preparar, com rigor, 250,00 cm3 de uma solução aquosa de tiossulfato de sódio (Na2S2O3), de concentração 0,03 mol dm-3, a partir do soluto sólido.

Calcule a massa de tiossulfato de sódio que foi necessário medir de modo a preparar a solução pretendida.


129

QUÍMICA2 | Gases e dispersões

NO

LABO

RATÓ

RIO

NO LABORATÓRIO

AL SOLUÇÕES A PARTIR DE SOLUTOS SÓLIDOS

EXERCÍCIO RESOLVIDOUm grupo de alunos realizou uma atividade laborato-rial em que o objetivo seria a preparação rigorosa de 250,00 cm3 de uma solução de sulfato de cobre(II) ani-dro, CuSO4. Para tal, mediu a massa sólida tal como se apresenta na figura seguinte:

1. Apresente o resultado da medição atendendo à incerteza absoluta de leitura e ao número de al-garismos significativos.

2. O alcance da balança é, em unidades SI:

(A) 600,00 g (B) 0,60000 kg (C) 600,00 kg (D) 0,60000 g

3. Determine a concentração da solução preparada pelos alunos.

4. Estabeleça a sequência correta de etapas a efetuar pelos alunos:

(A) Adição de água destilada à solução contida no balão.

(B) Ajuste do volume pelo traço de referência.

(C) Dissolução do soluto em água destilada.

(D) Transferência da mistura para um balão volumétrico.

(E) Medição da massa de soluto.

(F) Homogeneização da solução.

Resolução

1. m = (2,00 ± 0,01) g

2. Opção (B).

De acordo com a balança acima, o alcance será de 600,00 g. É necessário converter para unidade SI mantendo o mesmo número de algarismos significativos.

3. Determinação da massa molar do soluto:

M(CuSO4) = Ar(Cu) + Ar(S) + 4 Ar(O) = 63,55 + 32,06 + 4 × 16,00 = 159,61 g mol-1

Determinação da quantidade de matéria de soluto:

n(CuSO4) = m ( CuSO 4 )

_ M ( CuSO 4 )

= 2,00 _

159,61 = 0,0125 mol

Determinação da concentração molar da solução:

c(CuSO4) = n ( CuSO 4 )

_ V (solução)

= 0,0125

_ 0,250

= 0,0501 mol dm-3

4. E – C – D – A – B – F

PTFQ10-09129


ORG

AN

IZO

IDEI

AS

Energia

Trabalho

Conservativa

Dissipativa

Macroscópica Microscópica

Não conservativa

Energiadissipada

Energiamecânica

Energiainterna

Energia útil

Rendimento

Sistemaconservativo

Nãodissipativa

Energiamecânicaconstante

Energiamecânicadiminui

Energiamecânicaaumenta

Deslocamento Força

Lei da conservação

Energiacinética

Energiapotencial

Energiatotal

Elétrica

Nuclear

Elástica

Gravítica

Química

Magnética

depende

manifestada comotransferida como

soma

obedece

determinam

correspondeà soma da

176

DOMÍNIO 3 | ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃO


AG

ORA F

AÇO

EU

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta.

1. Um corpo inicia o seu movimento ao longo de uma superfície horizontal perfeitamente lisa, por ação de uma força horizontal e constante, F

→ , de intensidade 20 N, percorrendo 10 m.

1.1. Represente todas as forças que atuam sobre o corpo.

1.2. Selecione a opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços, de modo a obter uma afirmação correta.

“O trabalho da reação normal é porque esta força faz um ângulo de com o deslocamento.”

(A) … nulo … 0º (B) … nulo … 90º

(C) … potente … 0º (D) … resistente … 180º

1.3. Indique qual a força que contribui para um aumento da energia cinética do corpo.

1.4. Determine o trabalho realizado pela força F →

no percurso considerado.

1.5. Analise a ação de cada uma das forças que atuam sobre o corpo na energia mecânica do sistema corpo + Terra.

1.6. Preveja a alteração no trabalho realizado pela força F →

, se o deslocamento duplicar, mantendo-se constantes todas as outras variáveis. Justifique.

1.7. Determine o módulo do deslocamento que o corpo deverá efetuar para que, ao aumentar o ân-gulo entre este e a força para 60°, o seu trabalho não se altere.

2. Um corpo inicia o movimento sobre uma superfície horizontal ru-gosa, por ação de uma força constante, F

→ , tal como se indica na

figura. Admita que a força F

→ apresenta uma intensidade de 25 N, existe

uma força de atrito suposta constante com intensidade igual a 10 N e o corpo sofre um deslocamento de módulo 6 m.

2.1. A componente eficaz da força F →

pode ser determinada por:

(A) 25 sen (50º) (B) 25 cos (50º) (C) 25 sen (40º) (D) 25 tg (40º)

2.2. O ângulo existente entre a componente eficaz da força F →

e o deslocamento é:

(A) 40º (B) 90º (C) 0º (D) 50º

2.3. Classifique, justificando e sem recorrer a cálculos, o trabalho realizado pela força de atrito.

2.4. Determine o trabalho realizado por todas as forças que atuam sobre o corpo.

3. Um corpo de massa 500 g é abandonado em A e desce um plano inclinado, por ação da sua força gravítica, tal como se mostra na figura seguinte.

30º B

h

A

Considere que a altura de A relativamente ao solo é de 2,0 m e que existe uma força de atrito constante entre a superfície e o corpo de módulo 0,5 N.

F

50º

PTFQ10-12177

FÍSICA1 | Energia e movimentos


8 m

30º

EXERCÍCIOS PROPOSTOSAG

ORA F

AÇO

EU 27.6. Após ser descarregada do camião a encomenda é transpor-

tada por um funcionário da empresa através de um carri-nho. Considere que o carrinho é deslocado por ação de uma força F

→ constante aplicada obliquamente sobre o carrinho

fazendo um ângulo de 60º com a vertical, conforme se esque-

matiza na figura.

Considere desprezáveis as forças de atrito.

Das afirmações que se seguem, relativas à situação descrita, selecione a única correta.

(A) A intensidade da força eficaz é igual à intensidade da força F →

.

(B) O trabalho realizado pela força F →

é sempre o mesmo, independente do deslocamento do carrinho.

(C) O trabalho realizado pela força eficaz é igual ao trabalho realizado pela força F →

.

(D) A energia transferida para o carrinho não depende do ângulo de aplicação da força.

27.7. Suponha que, durante a descarga da encomenda, se utilizava uma outra rampa, com o mesmo comprimento e igual inclinação, na qual o atrito entre o plano e a superfície da encomenda não era desprezável.

Indique, justificando, se o módulo da velocidade com que a encomenda atinge o final da rampa é maior, menor ou igual a 4,0 m s-1.

28. Um elevador é movido por ação de um motor que funciona por combustão de gasóleo. A queima de 1 dm3 de gasóleo liberta 3,5 × 107 J de energia, apresentando este um rendimento de 25%. Determine o número máximo de pessoas, com uma massa média de 70 kg, que podem ser trans-portadas no elevador numa ascensão de 20 m, com velocidade constante. Considere que a massa do elevador é de 800 kg e que este consumiu 50 cm3 de combustível.

29. O caudal de água necessário para acionar cada turbina da central hidroelétrica de Alqueva é de cerca de 700 m3 s-1. Admita que a massa volúmica da água é de 1,00 kg dm-3. Este caudal cai de uma altura de 115 m promovendo a rota-ção da turbina.

Sabendo que cada turbina gera 7,0 × 105 kW determine:

29.1. a potência dissipada por cada turbina.

29.2. o rendimento associado ao processo.

30. Um caixote de massa 50 kg é puxado por um rapaz, com o auxílio de uma corda, a uma velocidade constante, ao longo de uma rampa que faz um ângulo de 30º com a horizontal.

30.1. Sabendo que a potência muscular desenvolvida pelo rapaz é de 800 W e considerando desprezáveis todas as forças dissi-pativas, determine qual o intervalo de tempo necessário para que o caixote atinja o topo da rampa.

30.2. Se o caixote fosse elevado na vertical, nas mesmas condições da alínea anterior e demorando o mesmo intervalo de tempo, a potência muscular desenvolvida pelo rapaz deveria ser maior, menor ou não sofreria alteração? Justifique.

F

186



187

FÍSICA1 | Energia e movimentos

NO

LABO

RATÓ

RIO

NO LABORATÓRIO

AL MOVIMENTO NUM PLANO INCLINADO: VARIAÇÃO DE ENERGIA CINÉTICA E DISTÂNCIA PERCORRIDA

EXERCÍCIO RESOLVIDO Numa atividade laboratorial, um grupo de alunos decidiu averiguar o efeito da força de atrito (suposta constante) na descida de um corpo num plano inclinado. Para tal, abando-naram um carrinho de madeira, com massa 125 g, de várias posições, numa calha, e mediram, com um sensor, o tempo de passagem de uma tira colocada no carrinho quando este passou no ponto A. A tira apresenta uma largura de 6,0 mm

e as medições encontram-se na tabela seguinte.

1. A partir da representação gráfica da energia cinética no ponto A em função da distância percorrida, d, de-termine a intensidade da força de atrito que atua sobre o corpo.

2. Justifique o facto de a energia mecânica do carrinho não se manter constante durante a descida da rampa.

3. Na ausência de atrito, que alterações se deveriam efetuar no plano inclinado para que o corpo chegasse ao ponto A com uma velocidade de módulo 246,6 cm s-1 após percorrer 80,02 cm?

Resolução

1. A resultante das forças que atuam sobre o corpo é a soma da força gravítica, da reação nor-mal e da força de atrito, pelo que, como a componente normal da força gravítica anula com a reação normal, temos: F R = F g,ef − F a = F g sen α − F a

Pela Lei da variação da energia cinética: W → F m = ΔEc

| F R | d cos α = E c,f − E c,i

Como o ângulo entre a resultante das forças e o deslocamento é nulo, tal como a energia cinética inicial, temos: | F R | d = E c,f

E c,f = | F g sen α - F a | d

A representação gráfica da energia cinética em função do módulo do deslocamento traduz uma reta em que o declive corresponde a | F g sen α − F a | .

Fazendo uma regressão linear na calculadora gráfica, obtemos a seguinte equação da reta:

y = 4,834 × 10 − 3 x − 4,308 × 10 − 5

tg α = 42,14

_ 72,99

⇔ α = tg–1 ( 42,14

_ 72,99

) = 30°

Deste modo:

F g sen α − F a = 4,834 × 10 − 3 ⇔ m g sen α − F a = 4,834 × 10 − 3

0,125 × 10 × sen (30°) − F a = 4,834 × 10 − 3 ⇔ F a = 4,834 × 10 − 3

___________________ 0,125 × 10 × sen (30°)

= 0,620 N

α

42,14 cm

72,99 cm

A

vA / m s-1 Ec / J d / m

0,2466 0,003801 0,8002

0,2307 0,003326 0,6893

0,2135 0,002849 0,5930

0,1949 0,002374 0,5107

0,1744 0,001901 0,3992

d / cm Δt / s

80,02 0,0243

68,93 0,0260

59,30 0,0281

51,07 0,0308

39,92 0,0344

187


256

NO

LABO

RATÓ

RIO

NO LABORATÓRIO

Executaram então o procedimento experimental seguinte:

• Mediram a massa do bloco calorimétrico, numa balança digital;

• Colocaram o bloco calorimétrico sobre um suporte isolador;

• Inseriram a resistência e o termómetro analógico (com menor divisão de escala de uma dé-cima de grau) nas cavidades existentes no bloco calorimétrico;

• Com a pipeta, deitaram algumas gotas de glicerina nos orifícios onde se encontram a resistên-cia e o termómetro;

• Registaram a temperatura indicada no termómetro;

• Ligaram o interruptor e acionaram o cronómetro. Registaram a diferença de potencial lida no voltímetro e a corrente elétrica lida no amperímetro;

• De 30 em 30 segundos, e durante 4 minutos, mediram a temperatura do bloco calorimétrico;

• Verificaram os valores apresentados no voltímetro e no amperímetro e constataram que não houve qualquer alteração nestes durante a experiência.

Na tabela estão registados os resultados obtidos pelos alunos.

Os alunos traçaram o gráfico da energia fornecida ao bloco calorimétrico em função do produto da massa pela variação de temperatura E = f (m Δθ). Efetuaram a respetiva regres-são linear e obtiveram o seguinte traçado:

00 2 4 6 8 10 12 14

14 000

12 000

10 000

8000

6000

4000

2000

m Δt (kg ºC)

E (J)

1. Qual o nome do instrumento ligado em paralelo no circuito montado?

2. Selecione a opção que indica corretamente a incerteza de leitura do termómetro e a sensi-bilidade da balança, respetivamente.

(A) ± 0,05 ºC, 0,1 g (B) ± 0,10 ºC, 0,05 g

(C) ± 0,05 ºC, 0,05 g (D) ± 0,10 ºC, 0,1 g

3. Os alunos colocaram o bloco calorimétrico sobre um suporte isolador para minimizar a transferência de energia sob a forma de:

(A) calor entre o bloco e a vizinhança. (B) trabalho entre o bloco e a vizinhança.

(C) radiação entre o bloco e a vizinhança. (D) calor entre o bloco e o termómetro.

4. Admita que o bloco calorimétrico é constituído exclusivamente por alumínio e que a ca-pacidade térmica mássica deste metal é 913 J kg-1 ºC-1. Recorrendo à equação da reta obtida pelos alunos, determine o erro relativo associado a esta medição experimental.

t (s) t (°C) m (g) U (V) I (A)

0,0 17,50

500,0 12,0 4,0

30,0 20,02

60,0 23,23

90,0 26,34

120,0 29,44

150,0 32,33

180,0 35,42

210,0 38,51

240,0 40,61

256



ESTO

U P

REP

ARADO

(A)?• Gases e dispersões

• Energia e fenómenos elétricos

• Transformações químicas

• Energia, fenómenos térmicos e radiação

• Energia e movimentos

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (enunciado, na tabela de constantes e Tabela Periódica).

Grupo I

Leia atentamente o seguinte texto:

Vista a partir do Space Shuttle, isto é, da órbita terrestre, a atmosfera parece-nos como uma ligeira neblina que recobre o planeta. Com efeito, se compararmos a sua espessura (cerca de 12 km, na parte da atmosfera mais densa) com o diâmetro da Terra (12 640 km), apercebemo--nos de como é fina esta bolha de ar na qual respiramos 25 vezes por minuto e que nos mantém vivos.

Mas quais os gases que compõem a atmosfera terrestre?

O nitrogénio é o que está presente em maior quantidade, constituindo 78%, enquanto o oxigénio representa 21%. Existem, contudo, outros gases, como o dióxido de carbono, o ozono e o vapor de água.

No entanto, nas últimas décadas a constituição da atmosfera tem sofrido alterações como resultado da atividade humana, que muito tem contribuído para a poluição atmosférica e para o aquecimento global.

Adaptado de: Pinna Lorenzo, Enciclopédia Pedagógica Universal, vol. 8, “O clima”, Hiperlivro

1. Das afirmações seguintes, selecione a afirmação correta.

(A) No seu conjunto, os componentes vestigiais constituem cerca de 10% em volume da atmosfera.

(B) O oxigénio é o componente maioritário da atmosfera terrestre.

(C) Os componentes vestigiais da atmosfera não são fundamentais para a vida.

(D) Quando a velocidade de lançamento de gases para a atmosfera é superior à velocidade de retirada dos mesmos, estes tornam-se poluentes.

2. De acordo com a afirmação do texto: “(…) a constituição da atmosfera tem sofrido alterações como resultado da atividade humana (…)” que liberta para a atmosfera óxidos de carbono e compostos orgânicos voláteis (CH4, CFC, CHCℓ3 e C2H6), é possível afirmar que:

(A) a atividade vulcânica faz parte das causas antropogénicas de poluição atmosférica.

(B) a poluição atmosférica tem a sua origem tanto em causas naturais como antropogénicas.

(C) os CFC são os principais responsáveis pelo aumento do efeito de estufa.

(D) as alterações da atmosfera devido a causas naturais não constituem uma forma de poluição.

TESTE DE AVALIAÇÃO 6

PTFQ10-17257


PROVA GLOBAL 1ES

TOU P

REP

ARADO

(A)? Grupo V

Um carrinho de massa 200 g foi largado do ponto B de uma calha polida constituída por três par-tes: rampa AC, com inclinação de 20º em relação à horizontal, plano horizontal CD e rampa DE, com inclinação de 30º em relação à horizontal. O deslocamento do carrinho de B até C é 1,50 m.

As forças de atrito são desprezáveis em todo o percurso. Tome como referência para a energia potencial gravítica do sistema carrinho + Terra o nível do

plano horizontal.

hB

AB

C D

E

20º

1,50 m

30º

1. No trajeto de B para C, o trabalho realizado pelo peso é determinado por:

(A) 0,200 × 10 × 1,50 × cos (180°) J (B) 0,200 × 10 × 1,50 × cos (90°−20°) J

(C) 0,200 × 10 × 1,50 × cos (20°) J (D) 0,200 × 10 × 1,50 × cos (90°+20°) J

2. O carrinho atinge o ponto C com uma velocidade de módulo vc. Após o carrinho ter percorrido 0,75 m, ou seja, quando está a meio do percurso BC, o módulo da velocidade é:

(A) v c __ 2 (B)

v c __ 2 2

(C) v c ___

√ _ 2 (D)

v c _____ 0,200

3. Preveja, justificando, se a altura máxima atingida pelo carrinho na rampa DE é maior, menor ou igual a hB.

Grupo VI

Observe o esquema do circuito elétrico da figura, cuja fonte de tensão é uma pilha.

R2R1 = 5,0 Ω

V1 V2

V3

A

X Y

A força eletromotriz da pilha intercalada no circuito é 9,0 V e a sua resistência interna é 2,0 Ω. Com o interruptor fechado o circuito é atravessado por uma corrente elétrica de 600 mA.

1. Utilizando os pontos X e Y identifique o sentido convencional da corrente elétrica.

2. Determine o valor da resistência elétrica R2.

3. Calcule a energia dissipada por efeito Joule na resistência elétrica R1 durante 3 minutos. Apre-sente o resultado em unidades SI.

FIMCOTAÇÕES

GRUPO I GRUPO II GRUPO III GRUPO IV GRUPO V GRUPO VITOTAL1. 2. 3. 4. 5.1. 5.2. 6. 7. 8. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 1. 2. 3.1. 3.2. 4. 1. 2. 3. 1. 2. 3.

5 5 10 10 5 5 5 5 5 5 15 5 10 5 5 5 15 5 5 5 15 5 5 15 5 10 10

55 25 25 45 25 25 200

264


ESTO

U P

REP

ARADO

(A)?

PROVA GLOBAL 2

• Massa e tamanho dos átomos

• Energia dos eletrões nos átomos

• Tabela Periódica

• Ligação química

• Gases e dispersões

• Transformações químicas

• Energia e movimentos

• Energia e fenómenos elétricos

• Energia, fenómenos térmicos e radiação

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (enunciado, tabela de constantes e Tabela Periódica).

Grupo I

O peróxido de hidrogénio, H2O2, é um composto que, à temperatura ambiente, se apresenta sob a forma de um líquido incolor, viscoso (com uma densidade de 1,476 g cm–3) e atua como um forte agente oxidante. A sua fórmula estereoquímica é a seguinte.

Em solução aquosa, é conhecido como água oxigenada sendo vulgarmente comercializada em soluções a 10% (V/V).

1. A composição em ppmV do peróxido de hidrogénio na água oxigenada é:

(A) 1,0 × 106 ppmV (B) 1,0 × 105 ppmV

(C) 5,0 × 102 ppmV (D) 5,0 × 108 ppmV

2. Qual das expressões seguintes permite calcular o volume de água oxigenada que contem 5 g de H2O2?

(A) 5 ___________ 1,476 × 0,10

cm3 (B) 1,476 × 0,10

___________ 5 cm3

(C) 5 × 1,476

________ 0,10

cm3 (D) 5 _________ 1,476 × 10

cm3

3. Determine a concentração molar da água oxigenada acima referida.

4. Identifique, justificando, que tipo de ligação se pode estabelecer entre a água e o peróxido de hidrogénio que justifique a elevada miscibilidade entre estas duas substâncias.

5. Os símbolos de segurança servem para alertar o utilizador sobre os perigos dos produtos a serem utilizados, ajudando a prevenir acidentes. Um dos símbolos presentes no rótulo da água oxigenada é o seguinte:

Este símbolo indica que a solução é:

(A) corrosiva (B) prejudicial para o meio ambiente

(C) combustível (D) nociva

6. Indique o quociente entre as ordens de grandeza dos comprimentos das ligações H–O e O–O na molécula H2O2.

O OH

H

101,9º

145,8 pm

98,8 pm

(120 minutos)

265

FÍSICA E QUÍMICA A 10.º ANOPROVAS GLOBAIS


Documents

ENSINO SECUNDÁRIO MARGARIDA MARCÃO NUNO LINO