Refração Geral - Notas de aulafisicasp.com.br/wp-content/uploads/2015/03/Listas_todos_os... · sobre uma placa de vidro de faces planas e paralelas, sofrendo reflexões e refrações

Lista de Física – Professor Caio Gomes

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Refração – Geral 1. (Ufrgs 2015) Na figura abaixo, um raio luminoso i, propagando-se no ar, incide radialmente sobe placa semicircular de vidro.

Assinale a alternativa que melhor representa a trajetória dos raios 1r e 2r refratados,

respectivamente, no vidro e no ar.

a)

b)

c)

d)

e) 2. (Unesp 2015) A figura representa ondas chegando a uma praia. Observa-se que, à medida que se aproximam da areia, as cristas vão mudando de direção, tendendo a ficar paralelas à orla. Isso ocorre devido ao fato de que a parte da onda que atinge a região mais rasa do mar tem sua velocidade de propagação diminuída, enquanto a parte que se propaga na região mais profunda permanece com a mesma velocidade até alcançar a região mais rasa, alinhando-se com a primeira parte.


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O que foi descrito no texto e na figura caracteriza um fenômeno ondulatório chamado a) reflexão. b) difração. c) refração. d) interferência. e) polarização. 3. (Unesp 2015) Dois raios luminosos monocromáticos, um azul e um vermelho, propagam-se no ar, paralelos entre si, e incidem sobre uma esfera maciça de vidro transparente de centro C

e de índice de refração 3, nos pontos A e V. Após atravessarem a esfera, os raios

emergem pelo ponto P, de modo que o ângulo entre eles é igual a 60 .

Considerando que o índice de refração absoluto do ar seja igual a 1, que 3

sen602

que

1sen30 ,

2 o ângulo α indicado na figura é igual a

a) 90 . b) 165 . c) 120 . d) 135 . e) 150 . 4. (FMP 2014)


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A figura acima ilustra um raio monocromático que se propaga no ar e incide sobre uma lâmina de faces paralelas, delgada e de espessura d com ângulo de incidência igual a 60 . O raio sofre refração, se propaga no interior da lâmina e, em seguida, volta a se propagar no ar. Se o índice de refração do ar é 1, então o índice de refração do material da lâmina é

a) 6

3

b) 6

2

c) 2

2

d) 6 e) 3 5. (Fuvest 2011) Um objeto decorativo consiste de um bloco de vidro transparente, de índice de refração igual a 1,4, com a forma de um paralelepípedo, que tem, em seu interior, uma bolha, aproximadamente esférica, preenchida com um líquido, também transparente, de índice de refração n. A figura a seguir mostra um perfil do objeto.

Nessas condições, quando a luz visível incide perpendicularmente em uma das faces do bloco e atravessa a bolha, o objeto se comporta, aproximadamente, como a) uma lente divergente, somente se n > 1,4. b) uma lente convergente, somente se n > 1,4. c) uma lente convergente, para qualquer valor de n. d) uma lente divergente, para qualquer valor de n. e) se a bolha não existisse, para qualquer valor de n. 6. (Ufms 2006) Um raio de luz monocromática passa de um meio 1 para um meio 2 e desse para um meio 3, conforme indicado na figura.


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Com relação à velocidade de propagação da luz nesses três meios, assinale a alternativa correta. a) v1 > v2 > v3 b) v3 > v1 > v2 c) v2 > v3 > v1 d) v1 > v3 > v2 e) v3 > v2 > v1 7. (Ufscar 2005) Um canhão de luz foi montado no fundo de um laguinho artificial. Quando o lago se encontra vazio, o feixe produzido corresponde ao representado na figura.

Quando cheio de água, uma vez que o índice de refração da luz na água é maior que no ar, o esquema que melhor representa o caminho a ser seguido pelo feixe de luz é

8. (Uece 2010) A figura a seguir mostra um prisma feito de um material, cujo índice de refração é 1,5, localizado na frente de um espelho plano vertical, em um meio onde o índice de refração é igual a 1. Um raio de luz horizontal incide no prisma.


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Sabendo que sen(6o) 0,104 e sen(9o) = 0,157, o ângulo de reflexão no espelho é de a) 2o. b) 3o. c) 4o. d) 6o. 9. (Ufg 2014) Em muitos materiais transparentes, o índice de refração n do material varia em função do comprimento de onda λ da luz incidente, de acordo com o gráfico a seguir.

Parâmetros reconhecidos D

i

ar

vermelho

violeta

sen

n

n

n

θ

C=velocidade da luz no vácuo

Considere um feixe estreito de luz branca incidindo do ar, com ângulo de incidência i,θ sobre

um material transparente de espessura D, conforme a figura a seguir.


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Considerando o exposto, determine, em função dos parâmetros conhecidos: a) o seno do ângulo de refração da cor visível que, dentro do material, sofrerá o maior desvio

em relação ao feixe incidente; b) a cor visível que terá a maior velocidade de propagação dentro do material e o tempo que

ela levará para atravessá-lo.

Dioptro Plano 1. (Enem 2012) Alguns povos indígenas ainda preservam suas tradições realizando a pesca com lanças, demonstrando uma notável habilidade. Para fisgar um peixe em um lago com águas tranquilas o índio deve mirar abaixo da posição em que enxerga o peixe. Ele deve proceder dessa forma porque os raios de luz a) refletidos pelo peixe não descrevem uma trajetória retilínea no interior da água. b) emitidos pelos olhos do índio desviam sua trajetória quando passam do ar para a água. c) espalhados pelo peixe são refletidos pela superfície da água. d) emitidos pelos olhos do índio são espalhados pela superfície da água. e) refletidos pelo peixe desviam sua trajetória quando passam da água para o ar. 2. (Ufpa 2011) Os índios amazônicos comumente pescam com arco e flecha. Já na Ásia e na Austrália, o peixe arqueiro captura insetos, os quais ele derruba sobre a água, acertando-os com jatos disparados de sua boca. Em ambos os casos a presa e o caçador encontram-se em meios diferentes. As figuras abaixo mostram qual é a posição da imagem da presa, conforme vista pelo caçador, em cada situação.

Identifique, em cada caso, em qual dos pontos mostrados, o caçador deve fazer pontaria para maximizar suas chances de acertar a presa. a) Homem em A; peixe arqueiro em 1 b) Homem em A; peixe arqueiro em 3 c) Homem em B; peixe arqueiro em 2 d) Homem em C; peixe arqueiro em 1 e) Homem em C; peixe arqueiro em 3 3. (Ita 2005) Um pescador deixa cair uma lanterna acesa em um lago a 10,0 m de profundidade. No fundo do lago, a lanterna emite um feixe luminoso formando um pequeno ângulo è com a vertical (veja figura).


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Considere: tg è ≈ sen è ≈ è e o índice de refração da água n = 1,33. Então, a profundidade

aparente h vista pelo pescador é igual a a) 2,5 m b) 5,0 m c) 7,5 m d) 8,0 m e) 9,0 m 4. (Ufrgs 2005) Na figura a seguir, um feixe de luz monocromática I, proveniente do ar, incide sobre uma placa de vidro de faces planas e paralelas, sofrendo reflexões e refrações em ambas as faces da placa.

Na figura, iθ representa o ângulo formado pela direção do feixe incidente com a normal à superfície no ponto A, e rθ representa o ângulo formado pela direção da parte refratada desse feixe com a normal no mesmo ponto A.

Pode-se afirmar que os ângulos ,α β e γ definidos na figura são, pela ordem, iguais a

a) i, rθ θ e i.θ b) i, iθ θ e r.θ c) r, iθ θ e r.θ d) r, rθ θ e i.θ e) r, iθ θ e i.θ 5. (Unicamp 2003) Uma moeda encontra-se exatamente no centro do fundo de uma caneca. Despreze a espessura da moeda. Considere a altura da caneca igual a 4 diâmetros da moeda, d(M), e o diâmetro da caneca igual a 3 d(M).


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a) Um observador está a uma distância de 9 d(M) da borda da caneca. Em que altura mínima, acima do topo da caneca, o olho do observador deve estar para ver a moeda toda?

b) Com a caneca cheia de água, qual a nova altura mínima do olho do observador para continuar a enxergar a moeda toda?

n(água) = 1,3. 6. (Uece 1996) Uma folha de papel, com um texto impresso, está protegida por uma espessa placa de vidro. O índice de refração do ar é 1,0 e o do vidro 1,5. Se a placa tiver 3 cm de espessura, a distância do topo da placa à imagem de uma letra do texto, quando observada na vertical, é:

a) 1 cm b) 2 cm c) 3 cm d) 4 cm 7. (Espcex (Aman) 2014) Uma fonte luminosa está fixada no fundo de uma piscina de profundidade igual a 1,33 m. Uma pessoa na borda da piscina observa um feixe luminoso monocromático, emitido pela fonte, que forma um pequeno ângulo α com a normal da superfície da água, e que, depois de refratado, forma um pequeno ângulo β com a normal da superfície da água, conforme o

desenho.


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A profundidade aparente “h” da fonte luminosa vista pela pessoa é de: Dados: sendo os ângulos α e β pequenos, considere tg senα α e tg sen .β β

índice de refração da água: nágua=1,33 índice de refração do ar: nar=1 a) 0,80 m b) 1,00 m c) 1,10 m d) 1,20 m e) 1,33 m 8. (Ufpr 1995) Na figura a seguir, um observador no ponto A, olhando para o ponto B na superfície do líquido, vê a imagem do ponto D nela refletida superposta à imagem do ponto C. Considerando o índice de refração do líquido igual a 1,20 e o do ar igual a 1,00, determine o valor de h.

Reflexão Interna Total 1. (Cefet MG 2014) No vácuo, um determinado meio material isotrópico e transparente com índice de refração absoluto igual a 2 apresentará a condição de reflexão total para um raio de luz com ângulo limite de incidência igual a _______, propagando-se do ______________________ para o ______________________ . Os termos que preenchem, corretamente, as lacunas são a) 30°, material, vácuo. b) 30°, vácuo, material. c) 60°, material, vácuo. d) 60°, vácuo, material.


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e) 90°, vácuo, material. 2. (Enem PPL 2014) As miragens existem e podem induzir à percepção de que há água onde não existe. Elas são a manifestação de um fenômeno óptico que ocorre na atmosfera.

Disponível em: www.invivo.fiocruz.br. Acesso em: 29 fev. 2012.

Esse fenômeno óptico é consequência da a) refração da luz nas camadas de ar próximas do chão quente. b) reflexão da luz ao incidir no solo quente. c) reflexão difusa da luz na superfície rugosa. d) dispersão da luz nas camadas de ar próximas do chão quente. e) difração da luz nas camadas de ar próximas do chão quente. 3. (Unesp 2006) Um prisma de vidro imerso em água, com a face AB perpendicular à face BC, e a face AC com uma inclinação de 45° em relação a AB, é utilizado para desviar um feixe de luz monocromático. O feixe penetra perpendicularmente à face AB, incidindo na face AC com ângulo de incidência de 45°. O ângulo limite para a ocorrência de reflexão total na face AC é 60°.

Considerando que o índice de refração do vidro é maior que o da água, a trajetória que melhor representa o raio emergente é a) I. b) IV. c) II. d) V. e) III. 4. (Unifesp 2009) Dois raios de luz, um vermelho (v) e outro azul (a), incidem perpendicularmente em pontos diferentes da face AB de um prisma transparente imerso no ar. No interior do prisma, o ângulo limite de incidência na face AC é 44° para o raio azul e 46° para o vermelho. A figura que mostra corretamente as trajetórias desses dois raios é:


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5. (Ufmg 2013) Ariete deseja estudar o fenômeno da dispersão da luz branca, ou seja, a sua decomposição em várias cores devido à dependência do índice de refração do material com a frequência. Para isso, ela utiliza um prisma de vidro cuja seção reta tem a forma de um triângulo retângulo isósceles. O índice de refração desse vidro é n 1,50 para a luz branca e varia em torno desse valor para as várias cores do espectro visível. Ela envia um feixe de luz branca em uma direção perpendicular a uma das superfícies do prisma que formam o ângulo reto, como mostrado na figura.

(Dados: sen 45 cos 45 0,707.)

a) COMPLETE, na figura, a trajetória do feixe até sair do prisma. b) EXPLIQUE, detalhando seu raciocínio, o que acontece com esse feixe na superfície oposta

ao ângulo reto. c) Ariete observa a dispersão da luz branca nesse experimento? JUSTIFIQUE sua resposta. 6. (Fuvest 2012)


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Uma fibra ótica é um guia de luz, flexível e transparente, cilíndrico, feito de sílica ou polímero, de diâmetro não muito maior que o de um fio de cabelo, usado para transmitir sinais luminosos a grandes distâncias, com baixas perdas de intensidade. A fibra ótica é constituída de um núcleo, por onde a luz se propaga e de um revestimento, como esquematizado na figura acima (corte longitudinal). Sendo o índice de refração do núcleo 1,60 e o do revestimento, 1,45, o menor valor do ângulo de incidência do feixe luminoso, para que toda a luz incidente permaneça no núcleo, é, aproximadamente,

Note e adote (graus) sen cos

25 0,42 0,91 30 0,50 0,87 45 0,71 0,71 50 0,77 0,64 55 0,82 0,57 60 0,87 0,50 65 0,91 0,42

1 1 2 2n sen n sen

a) 45º. b) 50º. c) 55º. d) 60º. e) 65º. 7. (Ufscar 2004) O prisma da figura está colocado no ar e o material de que é feito tem um

índice de refração igual a 2 . Os ângulos A são iguais a 30°. Considere dois raios de luz incidentes perpendiculares à face maior.

a) Calcule o ângulo com que os raios emergem do prisma.

b) Qual deve ser o índice de refração do material do prisma para que haja reflexão total nas faces OA? 8. (Unesp 2013) Uma haste luminosa de 2,5 m de comprimento está presa verticalmente a uma boia opaca circular de 2,26 m de raio, que flutua nas águas paradas e transparentes de


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uma piscina, como mostra a figura. Devido à presença da boia e ao fenômeno da reflexão total da luz, apenas uma parte da haste pode ser vista por observadores que estejam fora da água.

Considere que o índice de refração do ar seja 1,0, o da água da piscina 4

,3

sen 48,6° = 0,75 e

tg 48,6° = 1,13. Um observador que esteja fora da água poderá ver, no máximo, uma porcentagem do comprimento da haste igual a a) 70%. b) 60%. c) 50%. d) 20%. e) 40%. 9. (Espcex (Aman) 2015) Uma fibra óptica é um filamento flexível, transparente e cilíndrico, que possui uma estrutura simples composta por um núcleo de vidro, por onde a luz se propaga, e uma casca de vidro, ambos com índices de refração diferentes. Um feixe de luz monocromático, que se propaga no interior do núcleo, sofre reflexão total na superfície de separação entre o núcleo e a casca segundo um ângulo de incidência á, conforme representado no desenho abaixo (corte longitudinal da fibra).

Com relação à reflexão total mencionada acima, são feitas as afirmativas abaixo. I. O feixe luminoso propaga-se do meio menos refringente para o meio mais refringente. II. Para que ela ocorra, o ângulo de incidência α deve ser inferior ao ângulo limite da superfície

de separação entre o núcleo e a casca. III. O ângulo limite da superfície de separação entre o núcleo e a casca depende do índice de

refração do núcleo e da casca. IV. O feixe luminoso não sofre refração na superfície de separação entre o núcleo e a casca. Dentre as afirmativas acima, as únicas corretas são: a) I e II b) III e IV c) II e III


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d) I e IV e) I e III 10. (Ufg 2010) Um raio de luz monocromático incide perpendicularmente na face A de um prisma e sofre reflexões internas totais com toda luz emergindo pela face C, como ilustra a figura a seguir. Considerando o exposto e sabendo que o meio externo é o ar ( n a r = 1 ) , calcule o índice de refração mínimo do prisma.

Lentes Esféricas 1. (Unesp 2014) Para observar uma pequena folha em detalhes, um estudante utiliza uma lente esférica convergente funcionando como lupa. Mantendo a lente na posição vertical e parada a 3 cm da folha, ele vê uma imagem virtual ampliada 2,5 vezes.

Considerando válidas as condições de nitidez de Gauss, a distância focal, em cm, da lente utilizada pelo estudante é igual a a) 5. b) 2. c) 6. d) 4. e) 3. 2. (Unifesp 2008) Considere as situações seguintes.

I. Você vê a imagem ampliada do seu rosto, conjugada por um espelho esférico.

II. Um motorista vê a imagem reduzida de um carro atrás do seu, conjugada pelo espelho retrovisor direito.

III. Uma aluna projeta, por meio de uma lente, a imagem do lustre do teto da sala de aula sobre o tampo da sua carteira.


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A respeito dessas imagens, em relação aos dispositivos ópticos referidos, pode-se afirmar que a) as três são virtuais. b) I e II são virtuais; III é real. c) I é virtual; II e III são reais. d) I é real; II e III são virtuais. e) as três são reais. 3. (Unesp 2005) Considere as cinco posições de uma lente convergente, apresentadas na figura.

A única posição em que essa lente, se tiver a distância focal adequada, poderia formar a imagem real I do objeto O, indicados na figura, é a identificada pelo número a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5. 4. (Pucsp 2008) Na figura a seguir, em relação ao instrumento óptico utilizado e às características da imagem nele formada, é possível afirmar que é uma imagem

a) real, formada por uma lente divergente, com o objeto (livro) colocado entre o foco objeto e a

lente. b) virtual, formada por uma lente convergente, com o objeto (livro) colocado entre o foco objeto

e a lente. c) virtual, formada por uma lente divergente, com o objeto (livro) colocado entre o foco objeto e

a lente. d) real, formada por uma lente convergente, com o objeto (livro) colocado entre o foco objeto e

o ponto anti-principal objeto da lente.


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e) virtual, formada por uma lente convergente, com o objeto (livro) colocado sobre o foco objeto da lente.

5. (Unesp 2010) Escolhido como o Ano Internacional da Astronomia, 2009 marcou os 400 anos do telescópio desenvolvido pelo físico e astrônomo italiano Galileu Galilei. Tal instrumento óptico é constituído de duas lentes: uma convergente (objetiva) e outra divergente (ocular). A tabela indica o perfil de 4 lentes I, II, III e IV que um aluno dispõe para montar um telescópio como o de Galileu.

Lente I II III IV

Perfil Bi-convexa Plano-côncava Convexo-côncava Plano-convexa

Para que o telescópio montado pelo aluno represente adequadamente um telescópio semelhante ao desenvolvido por Galileu, ele deve utilizar a lente. a) I como objetiva e a lente II como ocular. b) II como objetiva e a lente I como ocular. c) I como objetiva e a lente IV como ocular. d) III como objetiva e a lente I como ocular. e) III como objetiva e a lente IV como ocular 6. (Unesp 2009) O Landsat 7 é um satélite de sensoriamento remoto que orbita a 700 km da superfície da Terra. Suponha que a menor área da superfície que pode ser fotografada por esse satélite é de 30 m 30 m , correspondente a um pixel, elemento unitário da imagem conjugada no sensor óptico da sua câmara fotográfica. A lente dessa câmara tem distância focal f = 5,0 cm. Supondo que os pixels sejam quadrados, qual o comprimento dos lados de cada quadrado? 7. (Unesp 2009) Desde maio de 2008 o IBAMA recebe imagens do ALOS, um satélite japonês de sensoriamento remoto que orbita a cerca de 700 km da superfície da Terra. Suponha que o sistema óptico desse satélite conjugue imagens nítidas no seu sensor quando este se localiza 4,0 cm atrás da lente (objetiva) e seja capaz de fotografar áreas quadradas do solo com, no

mínimo, 2900 m , correspondente a um pixel (elemento unitário de imagem) do sensor óptico da câmara. Qual a distância focal dessa lente e a área de cada pixel sobre a qual a imagem da superfície da Terra é conjugada? 8. (Unesp 2006) Um projetor rudimentar, confeccionado com uma lente convergente, tem o objetivo de formar uma imagem real e aumentada de um slide. Quando esse slide é colocado bem próximo do foco da lente e fortemente iluminado, produz-se uma imagem real, que pode ser projetada em uma tela, como ilustrado na figura.

A distância focal é de 5 cm e o slide é colocado a 6 cm da lente. A imagem projetada é real e direita. Calcule

a) a posição, em relação à lente, onde se deve colocar a tela, para se ter uma boa imagem.


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b) a ampliação lateral (aumento linear transversal). 9. (Unicamp 2013) Um objeto é disposto em frente a uma lente convergente, conforme a figura abaixo. Os focos principais da lente são indicados com a letra F. Pode-se afirmar que a imagem formada pela lente

a) é real, invertida e mede 4 cm. b) é virtual, direta e fica a 6 cm da lente. c) é real, direta e mede 2 cm. d) é real, invertida e fica a 3 cm da lente. 10. (Uff 2005) Um objeto luminoso de 2,0 cm de altura se encontra a uma distância de 60 cm de uma lente convergente. A lente forma uma imagem, perfeitamente focalizada e com o mesmo tamanho do objeto, sobre uma tela situada a uma distância desconhecida.

a) Com o auxílio do traçado de pelo menos dois raios luminosos provenientes do objeto, no esquema a seguir, esboce sua imagem e descreva a natureza (real ou virtual) e a orientação (direita ou invertida) da imagem.

b) Determine a distância focal da lente e a distância que ela se encontra da tela.

c) Suponha que um objeto opaco cubra a metade superior da lente. Que alterações ocorrerão no tamanho e na luminosidade da imagem formada na tela? (aumento, diminuição, ou nenhuma alteração) 11. (Fuvest 2014) Um estudante construiu um microscópio ótico digital usando uma webcam, da qual ele removeu a lente original. Ele preparou um tubo adaptador e fixou uma lente convergente, de distância focal f = 50 mm, a uma distância d = 175 mm do sensor de imagem da webcam, como visto na figura abaixo.


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No manual da webcam, ele descobriu que seu sensor de imagem tem dimensão total útil de

26 6 mm , com 500 500 pixels. Com estas informações, determine

a) as dimensões do espaço ocupado por cada pixel; b) a distância L entre a lente e um objeto, para que este fique focalizado no sensor; c) o diâmetro máximo D que uma pequena esfera pode ter, para que esteja integralmente

dentro do campo visual do microscópio, quando focalizada.

Note e adote: Pixel é a menor componente de uma imagem digital. Para todos os cálculos, desconsidere a espessura da lente.

12. (Fuvest 2009) Na montagem de uma exposição, um decorador propôs a projeção, através de uma lente pendurada em um suporte fixo, da imagem de duas bandeirinhas luminosas, B1 e B2, sobre uma tela. Em sua primeira tentativa, no entanto, apenas a imagem de B1 pôde ser vista na tela (primeira montagem). Para viabilizar, então, sua proposta, o decorador deslocou a lente para baixo, obtendo, assim, as imagens das duas bandeirinhas sobre a tela (segunda montagem).

As bandeirinhas encontram-se reproduzidas na folha de respostas, assim como, em linhas tracejadas, a posição da lente e a imagem obtida na primeira montagem. Para visualizar as imagens que passam a ser observadas na segunda montagem, utilizando o esquema a seguir:


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a) Determine, a partir da imagem correspondente à primeira montagem (em linha tracejada), a posição do foco da lente, identificando-a na figura pela letra F.

b) Construa a imagem completa que a bandeirinha B2 projeta sobre a tela, na segunda montagem, traçando as linhas de construção necessárias e indicando as imagens de C e D, por C' e D', respectivamente.

c) Construa a imagem completa que a bandeirinha B1 projeta sobre a tela, na segunda montagem, traçando as linhas de construção necessárias e indicando as imagens de A e B, por A' e B', respectivamente.


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Dilatação Térmica 1. (Unesp 2015) Dois copos de vidro iguais, em equilíbrio térmico com a temperatura ambiente, foram guardados, um dentro do outro, conforme mostra a figura. Uma pessoa, ao tentar desencaixá-los, não obteve sucesso. Para separá-los, resolveu colocar em prática seus conhecimentos da física térmica.

De acordo com a física térmica, o único procedimento capaz de separá-los é: a) mergulhar o copo B em água em equilíbrio térmico com cubos de gelo e encher o copo A

com água à temperatura ambiente. b) colocar água quente (superior à temperatura ambiente) no copo A. c) mergulhar o copo B em água gelada (inferior à temperatura ambiente) e deixar o copo A

sem líquido. d) encher o copo A com água quente (superior à temperatura ambiente) e mergulhar o copo B

em água gelada (inferior à temperatura ambiente). e) encher o copo A com água gelada (inferior à temperatura ambiente) e mergulhar o copo B

em água quente (superior à temperatura ambiente). 2. (Ufrj 2008) Um incêndio ocorreu no lado direito de um dos andares intermediários de um edifício construído com estrutura metálica, como ilustra a figura 1. Em consequência do incêndio, que ficou restrito ao lado direito, o edifício sofreu uma deformação, como ilustra a figura 2.

Com base em conhecimentos de termologia, explique por que o edifício entorta para a esquerda e não para a direita. 3. (Ufmg 2006) João, chefe de uma oficina mecânica, precisa encaixar um eixo de aço em um anel de latão, como mostrado nesta figura:


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À temperatura ambiente, o diâmetro do eixo é maior que o do orifício do anel.

Sabe-se que o coeficiente de dilatação térmica do latão é maior que o do aço.

Diante disso, são sugeridos a João alguns procedimentos, descritos nas alternativas a seguir, para encaixar o eixo no anel.

Assinale a alternativa que apresenta um procedimento que NÃO permite esse encaixe. a) Resfriar apenas o eixo. b) Aquecer apenas o anel. c) Resfriar o eixo e o anel. d) Aquecer o eixo e o anel. 4. (Enem PPL 2012)

O quadro oferece os coeficientes de dilatação linear de alguns metais e ligas metálicas:

Substância Aço Alumínio Bronze Chumbo Níquel Platão Ouro Platina Prata Cobre Coeficiente

de dilatação

linear 5 110 C

1,2 2,4 1,8 2,9 1,3 1,8 1,4 0,9 2,4 1,7

GREF. Física 2; calor e ondas. São Paulo: Edusp, 1993. Para permitir a ocorrência do fato observado na tirinha, a partir do menor aquecimento do conjunto, o parafuso e a porca devem ser feitos, respectivamente, de a) aço e níquel b) alumínio e chumbo. c) platina e chumbo. d) ouro e Iatão. e) cobre e bronze. 5. (Pucrs 2014) O piso de concreto de um corredor de ônibus é constituído de secções de 20m separadas por juntas de dilatação. Sabe-se que o coeficiente de dilatação linear do concreto é


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6 112 10 C , e que a variação de temperatura no local pode chegar a 50°C entre o inverno e

o verão. Nessas condições, a variação máxima de comprimento, em metros, de uma dessas secções, devido à dilatação térmica, é a) 21,0 10

b) 21,2 10

c) 42,4 10

d) 44,8 10

e) 46,0 10 6. (Fuvest 2014) Uma lâmina bimetálica de bronze e ferro, na temperatura ambiente, é fixada por uma de suas extremidades, como visto na figura abaixo.

Nessa situação, a lâmina está plana e horizontal. A seguir, ela é aquecida por uma chama de gás. Após algum tempo de aquecimento, a forma assumida pela lâmina será mais adequadamente representada pela figura: Note e adote:

O coeficiente de dilatação térmica linear do ferro é 5 11,2 10 C .

O coeficiente de dilatação térmica linear do bronze é 5 11,8 10 C .

Após o aquecimento, a temperatura da lâmina é uniforme.

a)

b)

c)

d)

e) 7. (Pucrj 2007) Uma chapa quadrada, feita de um material encontrado no planeta Marte, tem área A = 100,0 cm2 a uma temperatura de 100 °C. A uma temperatura de 0,0 °C, qual será a área da chapa em cm2? Considere que o coeficiente de expansão linear do material é á = 2,0 × 10-3/ °C. a) 74,0 b) 64,0 c) 54,0 d) 44,0 e) 34,0 8. (Pucrs 2015) Num laboratório, um grupo de alunos registrou o comprimento L de uma barra metálica, à medida que sua temperatura T aumentava, obtendo o gráfico abaixo:


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Pela análise do gráfico, o valor do coeficiente de dilatação do metal é a) 5 11,05 10 C

b) 5 11,14 10 C

c) 5 11,18 10 C

d) 5 11,22 10 C

e) 5 11,25 10 C 9. (Ufg 2014) Uma longa ponte foi construída e instalada com blocos de concreto de 5 m de comprimento a uma temperatura de 20°C em uma região na qual a temperatura varia ao longo do ano entre 10°C e 40°C. O concreto destes blocos tem coeficiente de dilatação linear de 10-

5°C-1. Nessas condições, qual distância em cm deve ser resguardada entre os blocos na instalação para que, no dia mais quente do verão, a separação entre eles seja de 1 cm? a) 1,01 b) 1,10 c) 1,20 d) 2,00 e) 2,02 10. (G1 - ifce 2012) Um bloco em forma de cubo possui volume de 400 cm3 a 0°C e 400,6 cm3 a 100°C. O coeficiente de dilatação linear do material que constitui o bloco, em unidades °C-1, vale a) 4x10-5. b) 3x10-6. c) 2x10-6. d) 1,5x10-5. e) 5x10-6. 11. (Mackenzie 2010) Uma chapa metálica de área 1 m2, ao sofrer certo aquecimento, dilata de 0,36 mm2. Com a mesma variação de temperatura, um cubo de mesmo material, com volume inicial de 1 dm3, dilatará a) 0,72 mm3 b) 0,54 mm3 c) 0,36 mm3 d) 0,27 mm3 e) 0,18 mm3 12. (Unesp 2010) Nos últimos anos temos sido alertados sobre o aquecimento global. Estima-se que, mantendo-se as atuais taxas de aquecimento do planeta, haverá uma elevação do nível do mar causada, inclusive, pela expansão térmica, causando inundação em algumas regiões costeiras. Supondo, hipoteticamente, os oceanos como sistemas fechados e considerando que o coeficiente de dilatação volumétrica da água é aproximadamente 2 x 10–4 ºC–1 e que a profundidade média dos oceanos é de 4 km, um aquecimento global de 1 ºC elevaria o nível do mar, devido à expansão térmica, em, aproximadamente, a) 0,3 m.


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b) 0,5 m. c) 0,8 m. d) 1,1 m. e) 1,7 m. 13. (Fuvest 2012)

Para ilustrar a dilatação dos corpos, um grupo de estudantes apresenta, em uma feira de ciências, o instrumento esquematizado na figura acima. Nessa montagem, uma barra de alumínio com 30cm de comprimento está apoiada sobre dois suportes, tendo uma extremidade presa ao ponto inferior do ponteiro indicador e a outra encostada num anteparo fixo. O ponteiro pode girar livremente em torno do ponto O, sendo que o comprimento de sua parte superior é 10cm e, o da inferior, 2cm. Se a barra de alumínio, inicialmente à temperatura de 25 ºC, for aquecida a 225 ºC, o deslocamento da extremidade superior do ponteiro será, aproximadamente, de Note e adote: Coeficiente de dilatação linear do alumínio: 5 12 10 ºC a) 1 mm. b) 3 mm. c) 6 mm. d) 12 mm. e) 30 mm. Transmissão de Calor 1. (Unesp 2013) Por que o deserto do Atacama é tão seco? 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 ______________. As lacunas são, correta e respectivamente, preenchidas por 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


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2. (Enem PPL 2013)

Quais são os processos de propagação de calor relacionados à fala de cada personagem? a) Convecção e condução. b) Convecção e irradiação. c) Condução e convecção. d) Irradiação e convecção. e) Irradiação e condução. 3. (Enem PPL 2012) Em dias com baixas temperaturas, as pessoas utilizam casacos ou blusas de lã com o intuito de minimizar a sensação de frio. Fisicamente, esta sensação ocorre pelo fato de o corpo humano liberar calor, que é a energia transferida de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles. A utilização de vestimenta de lã diminui a sensação de frio, porque a) possui a propriedade de gerar calor. b) é constituída de material denso, o que não permite a entrada do ar frio. c) diminui a taxa de transferência de calor do corpo humano para o meio externo. d) tem como principal característica a absorção de calor, facilitando o equilíbrio térmico. e) está em contato direto com o corpo humano, facilitando a transferência de calor por

condução. 4. (Enem PPL 2012) Um aquecedor solar consiste essencialmente em uma serpentina de metal, a ser exposta ao sol, por meio da qual flui água a ser aquecida. A parte inferior da serpentina é soldada a uma chapa metálica, que é o coletor solar. A forma da serpentina tem a finalidade de aumentar a área de contato com o coletor e com a própria radiação solar sem aumentar muito o tamanho do aquecedor. O metal, sendo bom condutor, transmite e energia da radiação solar absorvida para as paredes internas e, daí, por condução, para a água. A superfície deve ser recoberta com um material, denominado material seletivo quente, para que absorva o máximo de radiação solar e emita o mínimo de radiação infravermelha. Os quadros relacionam propriedades de alguns metais/ligas metálicas utilizados na confecção de aquecedores solares:

Material metálico Condutividade térmica (W/m K)

Zinco 116,0 Aço 52,9

cobre 411,0

Material seletivo quente

Razão entre a absorbância de radiação solar e a emitância de radiação

infravermelha A. Óxido e sulfeto de

níquel e zinco aplicados sobre zinco

8,45

B. Óxido e sulfeto de níquel e zinco sobre ferro galvanizado

7,42


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Os aquecedores solares mais eficientes e, portanto, mais atrativos do ponto de vista econômico, devem ser construídos utilizando como material metálico e material seletivo quente, respectivamente, a) aço e material seletivo quente A. b) aço e material seletivo quente B. c) cobre e material seletivo quente C. d) zinco e material seletivo quente B. e) cobre e material seletivo quente A. 5. (G1 - ifsc 2012) O frasco de Dewar é um recipiente construído com o propósito de conservar a temperatura das substâncias que ali forem colocadas, sejam elas quentes ou frias. O frasco consiste em um recipiente de paredes duplas espelhadas, com vácuo entre elas e de uma tampa feita de material isolante. A garrafa térmica que temos em casa é um frasco de Dewar. O objetivo da garrafa térmica é evitar ao máximo qualquer processo de transmissão de calor entre a substância e o meio externo.

É CORRETO afirmar que os processos de transmissão de calor são: a) indução, condução e emissão. b) indução, convecção e irradiação. c) condução, convecção e irradiação. d) condução, emissão e irradiação. e) emissão, convecção e indução. 6. (Enem 2007) O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar.

C. Óxido de cobre em alumínio anodizado

7,72

ACIOLI, J. L. Fontes de energia. Brasília: UnB,1994. Adaptado.


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A. Hinrichs e M. Kleinbach. Energia e meio ambiente. São Paulo: Thompson, 3a ed., 2004, p.

529 (com adaptações).

Nesse sistema de aquecimento, a) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas

de energia. b) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica

utilizada para o aquecimento. c) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. d) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no

interior da caixa. 7. (Unesp 2009) As constantes termodinâmicas da madeira são muito variáveis e dependem

de inúmeros fatores. No caso da condutividade térmica mk , um valor aceitável é

mk 0,15 W / m.ºC , para madeiras com cerca de 12% de umidade. Uma porta dessa

madeira, de espessura 2d 3,0 10 m e área 2S 2,0 m , separa dois ambientes a temperaturas de 20 ºC e 30 ºC. Qual o intervalo de tempo necessário para que 300 J de calor atravessem essa porta, de um ambiente para outro, supondo que, durante a transferência de calor, as temperaturas dos ambientes não se alterem?

Expressão do fluxo de calor, em unidades do SI: Q S T

t d

Δ Δ

Δ , onde tΔ é o tempo e TΔ é a

variação de temperatura. Calor Sensível, Latente e Sistema Termicamente Isolado 1. (Unesp 2014) O gráfico representa, aproximadamente, como varia a temperatura ambiente no período de um dia, em determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa região a maior parte da superfície do solo é coberta por areia e a umidade relativa do ar é baixíssima.


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A grande amplitude térmica diária observada no gráfico pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que a) a água líquida apresenta calor específico menor do que o da areia sólida e, assim, devido a

maior presença de areia do que de água na região, a retenção de calor no ambiente torna-se difícil, causando a drástica queda de temperatura na madrugada.

b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela esquenta rapidamente quando ganha calor e esfria rapidamente quando perde. A baixa umidade do ar não retém o calor perdido pela areia quando ela esfria, explicando a queda de temperatura na madrugada.

c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o que contribui para uma maior retenção de energia térmica na região.

d) o calor se propaga facilmente na região por condução, uma vez que o ar seco é um excelente condutor de calor. Dessa forma, a energia retida pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente à noite, causando a queda de temperatura.

e) da grande massa de areia existente na região do Saara apresenta grande mobilidade, causando a dissipação do calor absorvido durante o dia e a drástica queda de temperatura à noite.

2. (Uerj 2015) Um corpo de massa igual a 500g, aquecido por uma fonte térmica cuja potência

é constante e igual a 100cal / min, absorve integralmente toda a energia fornecida por essa

fonte. Observe no gráfico a variação de temperatura do corpo em função do tempo.

Calcule o calor específico da substância da qual o corpo é composto, bem como a capacidade térmica desse corpo. 3. (Unesp 2015) A energia contida nos alimentos Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto.


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INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g

Quantidade por porção Valor energético 90 kcal

Carboidratos 4,2 g

Proteínas 3 g

Gorduras totais 7,3 g

Gorduras saturadas 1,5 g

Gordura trans 0 g

Fibra alimentar 1g

Sódio 45 g

www.brcaju.com.br Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de

água, submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 C para 87 C.

Sabendo que o calor específico da água líquida é igual a 1cal (g C) e que apenas 60% da

energia liberada na combustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m, em gramas, de água aquecida era igual a a) 10000. b) 5000. c) 12500. d) 7500. e) 2500. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em abril de 2010, erupções vulcânicas na Islândia paralisaram aeroportos em vários países da Europa. Além do risco da falta de visibilidade, as cinzas dos vulcões podem afetar os motores dos aviões, pois contêm materiais que se fixam nas pás de saída, causando problemas no funcionamento do motor a jato. 4. (Unicamp 2011) Considere que o calor específico de um material presente nas cinzas seja c = 0,8 J/g0C . Supondo que esse material entra na turbina a −200C, a energia cedida a uma massa m = 5g do material para que ele atinja uma temperatura de 8800C é igual a a) 220 J. b) 1000 J. c) 4600 J. d) 3600 J. 5. (Uerj 2015) Para aquecer 1L de água contida em um recipiente de capacidade térmica

desprezível, uma pessoa dispõe de um aquecedor elétrico portátil cuja potência é de 1273W,

quando submetido a uma tensão de 127V. Considere que toda a energia fornecida pelo aquecedor seja absorvida pela água. Nessas condições, calcule a variação de temperatura da água após o aquecedor inserido no recipiente ficar ligado por 165 segundos. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente do tamanho da Terra.


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6. (Unicamp 2015) Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de iT 2.700 C. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa

24M 6,0 10 kg constituída de um material com calor específico c 0,5 kJ / (kg C). A

quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de fT 700 C é igual a

a) 2724,0 10 kJ.

b) 276,0 10 kJ.

c) 278,1 10 kJ.

d) 272,1 10 kJ. 7. (Unesp 2013) Determinada substância pura encontra-se inicialmente, quando t = 0 s, no estado sólido, a 20 °C, e recebe calor a uma taxa constante. O gráfico representa apenas parte da curva de aquecimento dessa substância, pois, devido a um defeito de impressão, ele foi interrompido no instante 40 s, durante a fusão da substância, e voltou a ser desenhado a partir de certo instante posterior ao término da fusão, quando a substância encontrava-se totalmente no estado líquido.

Sabendo-se que a massa da substância é de 100 g e que seu calor específico na fase sólida é igual a 0,03 cal/(g.°C), calcule a quantidade de calor necessária para aquecê-la desde 20 °C até a temperatura em que se inicia sua fusão, e determine o instante em que se encerra a fusão da substância. 8. (Unesp 2011) Uma bolsa térmica com 500 g de água à temperatura inicial de 60 ºC é empregada para tratamento da dor nas costas de um paciente. Transcorrido um certo tempo desde o início do tratamento, a temperatura da água contida na bolsa é de 40 ºC. Considerando que o calor específico da água é 1 cal/(g.ºC), e supondo que 60% do calor cedido pela água foi absorvido pelo corpo do paciente, a quantidade de calorias recebidas pelo paciente no tratamento foi igual a a) 2 000. b) 4 000. c) 6 000. d) 8 000. e) 10 000. 9. (Ueg 2015) A mudança do estado físico de determinada substância pode ser avaliada em função da variação da temperatura em relação ao tempo, conforme o gráfico a seguir. Considere que a 0 C o composto encontra-se no estado sólido.


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No gráfico, encontra-se a substância no estado líquido nos pontos a) I, II e IV b) III, IV e V c) II, III e IV d) I, III e V 10. (Uerj 2014) A energia consumida por uma pessoa adulta em um dia é igual a 2 400 kcal. Determine a massa de gelo a 0°C que pode ser totalmente liquefeita pela quantidade de energia consumida em um dia por um adulto. Em seguida, calcule a energia necessária para elevar a temperatura dessa massa de água até 30°C. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: O gráfico representa, em um processo isobárico, a variação em função do tempo da temperatura de uma amostra de um elemento puro cuja massa é de 1,0 kg, observada durante

9 minutos.

A amostra está no estado sólido a 0 ºC no instante t 0 e é aquecida por uma fonte de calor

que lhe transmite energia a uma taxa de 32,0 10 J / min, supondo que não haja perda de

calor. 11. (Ufrgs 2014) A partir dos dados do gráfico, pode-se afirmar que esse elemento apresenta uma temperatura de fusão e um calor específico no estado líquido que são, respectivamente, a) 70 ºC e 180 J / (kg K). b) 70 ºC e 200 J / (kg K). c) 70 ºC e 150 J / (kg K). d) 40 ºC e 180 J / (kg K). e) 40 ºC e 200 J / (kg K).


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12. (Uftm 2011) Dona Joana é cozinheira e precisa de água a 80 ºC para sua receita. Como não tem um termômetro, decide misturar água fria, que obtém de seu filtro, a 25 ºC, com água fervente. Só não sabe em que proporção deve fazer a mistura. Resolve, então, pedir ajuda a seu filho, um excelente aluno em física. Após alguns cálculos, em que levou em conta o fato de morarem no litoral, e em que desprezou todas as possíveis perdas de calor, ele orienta sua mãe a misturar um copo de 200 mL de água do filtro com uma quantidade de água fervente, em mL, igual a a) 800. b) 750. c) 625. d) 600. e) 550. 13. (Ufmg 2012) Um copo com 200 g de água está inicialmente a 25 ºC. Carolina coloca 50 g de gelo, a 0 ºC, nesse copo. Após algum tempo, todo o gelo derrete e toda água no copo está à mesma temperatura. a) Considerando o sistema água e gelo isolado, calcule a temperatura no instante em que esse

sistema chega ao equilíbrio térmico. b) Considerando-se, agora, o sistema isolado como água, gelo e copo, o valor obtido para a

temperatura do sistema será menor, igual ou maior ao valor obtido no item anterior? Justifique sua resposta.

14. (Enem 2013) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70°C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30°C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25°C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal? a) 0,111. b) 0,125. c) 0,357. d) 0,428. e) 0,833. 15. (Ufpr 2010) Uma montanhista utiliza em suas escaladas uma caneca com massa igual a 100 g e feita de um material com calor específico de 910 J/(kg.ºC). Num certo momento, ela coloca 200 g de chá à temperatura inicial de 80 ºC em sua caneca, que se encontra à temperatura ambiente de 10 ºC. Despreze a troca de calor com o ambiente e considere que o calor específico do chá é igual ao da água, isto é, 1,0 cal/(g.ºC). Determine a temperatura do chá após o sistema ter atingido o equilíbrio térmico. 16. (Fuvest 2013) Em um recipiente termicamente isolado e mantido a pressão constante, são colocados 138 g de etanol líquido. A seguir, o etanol é aquecido e sua temperatura T é medida como função da quantidade de calor Q a ele transferida. A partir do gráfico de TxQ, apresentado na figura abaixo, pode-se determinar o calor específico molar para o estado líquido e o calor latente molar de vaporização do etanol como sendo, respectivamente, próximos de


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Dados: Fórmula do etanol = C2H5OH; Massas molares = C(12g/mol), H(1g/mol), O(16g/mol). a) 0,12 kJ/(mol°C) e 36 kJ/mol. b) 0,12 kJ/(mol°C) e 48 kJ/mol. c) 0,21 kJ/(mol°C) e 36 kJ/mol. d) 0,21 kJ/(mol°C) e 48 kJ/mol. e) 0,35 kJ/(mol°C) e 110 kJ/mol. 17. (Fuvest 2011) Um forno solar simples foi construído com uma caixa de isopor, forrada internamente com papel alumínio e fechada com uma tampa de vidro de 40 cm x 50 cm. Dentro desse forno, foi colocada uma pequena panela contendo 1 xícara de arroz e 300 ml de água à temperatura ambiente de 25 ºC. Suponha que os raios solares incidam perpendicularmente à tampa de vidro e que toda a energia incidente na tampa do forno a atravesse e seja absorvida pela água. Para essas condições, calcule: a) A potência solar total P absorvida pela água. b) A energia E necessária para aquecer o conteúdo da panela até 100 ºC. c) O tempo total T necessário para aquecer o conteúdo da panela até 100 ºC e evaporar 1/3 da

água nessa temperatura (cozer o arroz). NOTE E ADOTE Potência solar incidente na superfície da Terra: 1 kW/m2 Densidade da água: 1 g/cm3 Calor específico da água: 4 J/(g ºC) Calor latente de evaporação da água: 2200 J/g Desconsidere as capacidades caloríficas do arroz e da panela. 18. (Fuvest 2015) O espelho principal de um dos maiores telescópios refletores do mundo, localizado nas Ilhas Canárias, tem 10 m de diâmetro e distância focal de 15 m. Supondo que,

inadvertidamente, o espelho seja apontado diretamente para o Sol, determine: a) o diâmetro D da imagem do Sol;

b) a densidade S de potência no plano da imagem, em 2W / m ;

c) a variação TΔ da temperatura de um disco de alumínio de massa 0,6 kg colocado no plano

da imagem, considerando que ele tenha absorvido toda a energia incidente durante 4 s.

Note e adote:

3π O espelho deve ser considerado esférico.

11Distância Terra Sol 1,5 10 m.


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9Diâmetro do Sol 1,5 10 m.

Calor específico do Al 1J / (g K). Calor específico do Al = 1 J/(g K).

Densidade de potência solar incidindo sobre o espelho principal do telescópio 21kW / m .

O diâmetro do disco de alumínio é igual ao da imagem do Sol. Desconsidere perdas de calor pelo disco de alumínio. 19. (Udesc 2010) Coloca-se 1,50 kg de gelo, à temperatura de 0 ºC, no interior de um forno de micro-ondas de potência 1,0 kW. Sabe-se que geloL 320000J / kg . O tempo de funcionamento

a que se deve programar o forno de micro-ondas para que toda a energia fornecida seja absorvida pelo gelo apenas para fundi-lo é: a) 5,0 min b) 3,0 min c) 1,5 min d) 8,0 min e) 10 min


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Gabarito: Refração – Geral Resposta da questão 1: [A] Ao incidir radialmente sobre uma superfície circular o raio não sofre desvio, independentemente do sentido de propagação. Ao sair para o ar, o raio está passando do meio mais refringente para o menor refringente, afastando-se da normal. Resposta da questão 2: [C] As ondas estão passando do meio 1 (águas profundas) para o meio 2 (águas rasas). Esse é o fenômeno da refração. Resposta da questão 3: [C] A figura mostra as trajetórias dos dois raios no interior da esfera.

Aplicando a lei de Snell no ponto P:

vidro ar3 1

n sen n sen60 3 sen 1 sen 30 .2 2

θ θ θ θ

O triângulo ˆACP é isósceles. Então:

2 180 2 30 180 120 .θ α α α

Resposta da questão 4: [B] A figura mostra os ângulos de incidência e refração:


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Nessa figura:

dtgr 1 r 45 .

d

Aplicando a lei de Snell:

ar L L L L

L

3 2 3n sen i n sen r 1 sen 60 n sen 45 n n

2 2 2

6n .

2

Resposta da questão 5: [B] De acordo com a lei de Snell, quando a luz passa do meio menos para o mais refringente a luz aproxima-se da normal e, quando passa do mais para o menor refringente, a luz afasta-se da normal. As figuras mostram as duas situações propostas na questão: n > 1,4 e n < 1,4. Analisando-as, concluímos que para n > 1,4, o objeto comporta-se com lente convergente.

Resposta da questão 6: [B] Resposta da questão 7: [B] Resposta da questão 8: [B]


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Dados: np = 1,5; nar = 1; sen 6° = 0,104 e sen 9° = 0,157.

A figura a seguir ilustra a situação, mostrando a trajetória do raio até a reflexão no espelho plano.

Na primeira face, a incidência é normal, portanto não há desvio. Para a segunda face, aplicamos a lei de Snell:

np sen i = nar sen r 1,5 sen 6° = 1 sen r 1,5 (0,104) = sen r sen r = 0,157 r = 9º. A partir daí, acompanhando a figura, concluímos que o ângulo de reflexão no espelho plano é 3°. Resposta da questão 9:

a) O índice de refração é uma espécie de medida da resistência que o meio oferece à propagação de uma dada radiação: quanto maior o índice de refração, menor é a velocidade e maior é o desvio sofrido pelo raio. Assim, o raio que sofre maior desvio é o violeta. Aplicando a lei de Snell:

ar iar i violeta r r

violeta

n senn sen n sen sen

n

θθ θ θ

b) A cor de maior velocidade é a de menor índice de refração: a vermelha.

Aplicando novamente a lei de Snell:

ar iar i vermelho r r

vermelho

2iar2

r r rvermelho

n senn sen n sen sen

n

n sencos 1 sen cos 1

n

θθ θ θ

θθ θ θ

A figura abaixo ilustra a situação:


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Nessa figura:

r2r

ar i

vermelho

D D Dcos d d

d cos n sen1

n

θθ

θ

.

A velocidade da cor vermelha no material é:

vermelhavermelha

Cv .

n

Calculando o tempo de travessia:

ar i

vermelho vermelho

vermelha ar ivermelho

vermelho

2 2vermelho vermelho

ar i vermelho ar i

vermelho vermelho

3vermelho

vermelho ar i

D

n sen1

n nd Dt t

Cv Cn senn 1

n

n nD Dt

n sen n n senC C1

n n

nDt

C n n sen

θ

Δ Δθ

Δθ θ

Δθ

.


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Dioptro Plano Resposta da questão 1: [E]

A figura mostra um raio refletido pelo peixe, que atinge o olho do observador. Ao refratar-se da água para o ar, ele sofre desvio em sua trajetória. O observador vê a imagem do peixe acima de sua posição real. Resposta da questão 2: [E]

A luz sempre vai do objeto para o observador. No primeiro caso, o peixe é objeto e o homem é o observador. A luz está passando da água (meio mais refringente) para o ar (meio menos refringente), afastando-se da normal, de acordo com a lei de Snell. Por isso o homem deve fazer pontaria em C. No segundo caso, o inseto é objeto e o peixe arqueiro é o observador. A luz está passando do ar (meio menos refringente) para a água (meio mais refringente), aproximando-se da normal, de acordo com a lei de Snell. Por isso o peixe arqueiro deve fazer pontaria em 3. Resposta da questão 3: [C] Resposta da questão 4: [A]


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- Como a luz atravessa o vidro e retorna ao meio de origem i.α θ

- Como ângulos alternos-internos são congruentes e o ângulo de incidência é igual ao de reflexão r .β θ

- Pelo princípio da reversibilidade, se r i.β θ γ θ Resposta da questão 5: a) h1 = 36d(M)

b) h2 = 27d(M) Resposta da questão 6: [B] Resposta da questão 7: [B] Aplicando a equação do dioptro plano para pequenos ângulos:

obs ari i i

o obj águra

i

n nd d d 1

d n 1,33 n 1,33 1,33

d 1 m.

Resposta da questão 8:

3 m Reflexão Interna Total Resposta da questão 1: [A] Calculando o ângulo limite (L):

vácuo

mat

n 1sen L L 30 .

n 2

A reflexão total somente ocorre quando o sentido de propagação da luz é do meio mais para o menos refringente, ou seja, do material para o vácuo. Resposta da questão 2: [A] A figura ilustra a situação mostrando dois raios de luz recebidos pelo observador. O raio 1 por incidência direta e o raio 2, após reflexão total nas camadas de ar próximas do chão quente.

Resposta da questão 3: [E]


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Resolução

O ângulo de incidência, tanto para o raio azul quanto para o vermelho é 45. Isto significa que o vermelho não ultrapassa o limite, refratando-se, enquanto que o azul ultrapassa o limite e sofre, na face AC, reflexão total.


Considerando o prisma imerso no ar, temos os seguintes dados: nar = 1; n = 1,5; sen 45° = cos 45° = 0,707. a) Na primeira face, a incidência é normal, portanto não há desvio do raio. Na segunda face

ocorre reflexão total, como ilustra a figura.

b) Calculando o ângulo limite (L) para a segunda face:

arn 1sen L sen L 0,67.

n 1,5

A refração na interface de dois meios somente acontece se sen i < sen L. No caso, comparando: sen i = sen 45° = 0,707 e sen L = 0,67. Concluímos que sen i > sen L. Logo, ocorre reflexão total.

c) Como na reflexão não há dispersão da luz, e na refração com incidência normal também não ocorre esse fenômeno, Ariete não observa dispersão da luz nesse experimento. Resposta da questão 6: [E] Basta calcularmos o ângulo limite, que é o ângulo de incidência ( ) no meio mais refringente (núcleo) que provoca uma emergência rasante (90°) no meio menos refringente (revestimento). Dados: nnúcleo = 1,60; nrevest = 1,45. Aplicando a lei de Snell:

resvestnúcleo revest

núcleo

n 1,45n sen n sen90 sen sen 0,91.

n 1,60

Consultando a tabela dada: = 65°. Resposta da questão 7: a) A figura mostra o trajeto seguido pelo raio luminosos.


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Aplicando-se Snell na passagem do material para o ar, vem:

0 0

ar

2n.sen30 n .sen 2 0,5 1sen sen 45

2

b) Determinação do ângulo limite

0

ar

nn.sen30 n .sen n 0,5 1.sen sen

2

Para não haver raio emergente a equação acima não pode ter solução. Portanto:

n

sen 1 n 22

Resposta da questão 8: [D] A figura ilustra o fenômeno ocorrido.

Aplicando a Lei de Snell para o dioptro ar-água:

água ar4 1 3

n seni n sen90 seni 1 1 seni seni .43 4

3

Da tabela dada: i = 48,6° tgi = 1,13. Mas, da figura:

R 2,26 2,26tgi 1,13 h h 2 m.

h h 1,13

Ainda da figura, a parte visível da haste (y) é: y h H y H h 2,5 2 y 0,5 m.

Em valores percentuais:


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(%)

(%)

0,5 50y 100

2,5 2,5

y 20%.

Resposta da questão 9: [B] [I] Incorreta. Para ocorrer reflexão total, a primeira condição é que o sentido de propagação da

luz seja do meio mais refringente para o menos refringente. [II] Incorreta. Para ocorrer reflexão total, a segunda condição é que o ângulo de incidência no

meio mais refringente seja maior que o ângulo limite. [III] Correta. A expressão do ângulo limite (L) é:

menor casca

maior núcleo

n nL arc sen L arc sen .

n n

[IV] Correta. Se ocorre reflexão total, não há refração. Resposta da questão 10:

Calculemos o índice de refração do prisma que provocasse emergência rasante (r = 90°) para o ângulo de incidência de 30° na face B.

Pela Lei de Snell:

np sen30° = nar sen90° np1

2 = (1)(1)

pn1

2np = 2.

Como ocorre reflexão total, np > 2 Lentes Esféricas

Resposta da questão 1: [A] Dados: p = 3 cm; A = 2,5. Da equação do Aumento Linear Transversal:

f fA 2,5

f p f 3

7,52,5 f 7,5 f 1,5 f 7,5 f

1,5

f 5 cm.


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Resposta da questão 2: [B] Resposta da questão 3: [C] Resposta da questão 4: [B] Resposta da questão 5: [A] O telescópio, obviamente, é usado no ar. Assim, lentes de bordas finas (bi-convexa, plano-convexa ou côncavo-convexa) são convergentes e lentes de bordas grossas (bi-côncava, plano-côncava ou convexo-côncava) são divergentes. Resposta da questão 6: Como o quadrado fotografado está muito distante da lente (objeto impróprio), a imagem forma-se no foco. Portanto a distância focal da lente objetiva é f = 5 cm. A imagem do lado desse quadrado é projetada num pixel. Calculemos o lado (L’) de cada pixel.

Dados: 5D 700 km 7 10 m; –2d 4 cm 4 10 m; L 30 m.

L L’

objetiva

Dd

Inte

rbits

®

Semelhança de Triângulos:

26

5

L' d L ' 5 10 L ' 2,14 10 m.

L D 30 7 10

Resposta da questão 7: Como o quadrado fotografado está muito distante da lente (objeto impróprio), a imagem forma-se no foco. Portanto a distância focal da lente objetiva é f = 4 cm.

A área do quadrado fotografado é de 2900 m . Calculemos o lado desse quadrado: 2L 900 L 30 m.

A imagem do lado desse quadrado é projetada num pixel. Calculemos o lado (L’) de cada pixel.

Dados: 5D 700 km 7 10 m; –2d 4 cm 4 10 m; L 30 m.


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Dd

L L’

objetiva

Inte

rbits

®

Semelhança de Triângulos:

26

5

L' d L ' 4 10 L ' 1,71 10 m.

L D 30 7 10

A área A’ de um pixel é então:

22 6 12 2

6 2

A ' L ' 1,71 10 3 10 m

A' 3 10 mm .

Resposta da questão 8: a) 30cm

b) A imagem é ampliada cinco vezes e o aumento

linear é -5 (imagem invertida) Resposta da questão 9: [A] Utilizando a equação de Gauss temos:

f P

1 1 1

P'

Observando a ilustração temos: P 3 cm e f 2 cm

1 1 1 1 1 1 3 2

P' ' 2 3 61 1

P' 6 cmP' 6

2 3 P

Sabendo que P' é positivo, concluímos que a imagem é REAL. Vejamos agora se a imagem é direita ou invertida.

P' 6 cmA

P 3 cm

A 2

Logo, a imagem é duas vezes maior (fator 2) que o tamanho do objeto, porém é invertida (sinal negativo). Observando a imagem apresentada, podemos observar que o objeto tem 2 cm de altura, logo sua imagem será invertida e de tamanho igual a 4 cm. Assim concluímos que a imagem será é REAL, INVERTIDA e de tamanho igual a 4 cm.


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Resposta da questão 10: a) imagem real e invertida

b) 30 cm.

c) tamanho: nenhuma alteração

luminosidade: diminuição Resposta da questão 11:

a) A área do sensor é 2A 6 6 36 mm , e o número de pixels é 4N 500 500 25 10 .

Assim, a área (A1) de cada pixel é:

4 21 14

A 36A A 1,44 10 mm .

N 25 10

b) Dados: f = 50 mm; p’ = d = 175 mm.

Da equação dos pontos conjugados: d f1 1 1 1 1 1 p' f 175 50

p L f p p' p f p ' p ' f d f 125

L 70 mm.

c) Da equação do aumento linear transversal, em módulo:

y ' p' D' d 6 175 420 D

y p D L D 70 175

D 2,4 mm.

Resposta da questão 12: a) Determinação da posição do foco F da lente


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• Um raio luminoso que incide no centro óptico da lente refrata-se sem sofrer desvio.

• Um raio luminoso que incide paralelamente ao eixo óptico, refrata-se passando pelo foco.

b) Utilizando-se raios que incidem no centro óptico da lente, a partir dos pontos C e D, construímos a imagem pedida.

c) Novamente, utilizando-se os raios que incidem no centro óptico da lente, a partir dos pontos A e B, esboçamos a imagem da bandeirinha B1.


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Dilatação Térmica

Resposta da questão 1: [E] Enchendo o copo A com água gelada ele sofre contração e mergulhando o copo B em água quente ele sofre dilatação, criando uma folga entre eles, possibilitando a separação. Resposta da questão 2: Como um metal se dilata quando se aquece, a estrutura metálica do lado direito do prédio passa a ter um comprimento maior do que a estrutura metálica em seu lado esquerdo devido ao aquecimento provocado pelo incêndio que ocorreu no lado direito. Para que a altura do prédio medida em seu lado direito fique maior do que a medida pelo lado esquerdo, o prédio entortará necessariamente para o lado esquerdo, como indicado na figura 2. Resposta da questão 3: [C] Resposta da questão 4: [C] Quanto mais a porca se dilatar e quanto menos o parafuso se dilatar, menor será o aquecimento necessário para o desatarraxamento. Assim, dentre os materiais listados, o material do parafuso deve ser o de menor coeficiente de dilatação e o da porca, o de maior. Portanto, o parafuso deve ser de platina e a porca de chumbo. Resposta da questão 5: [B]

6 20L L 20 12 10 50 L 1,2 10 m.Δ α Δθ Δ

Resposta da questão 6: [D]


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Coeficiente de dilatação linear do bronze é maior que o do ferro, portanto a lâmina de bronze fica com comprimento maior, vergando como mostrado na alternativa [D]. Resposta da questão 7: [B] Resposta da questão 8: [E]

4

00

5 1

L 801 800 1L L T 0,125 10

L T 800 110 100 80.000

1,25 10 C .

ΔΔ αΔ α

Δ

α

Resposta da questão 9: [B]

Dados: 5 10L 5 m; 10 C ; 40 20 20 C.α Δθ

35

0L L 5 10 20 10 m 0,1 cm.

d 1 0,1 d 1,10 cm.

Δ α Δθ


1

0 2 20

6 1

L 400,6 400 6 10L L 3

3 L 3 400 100 0 3 4 10 10

5 10 C .

ΔΔ α Δθ α

Δθ

α

Resposta da questão 11: [B] Dados: A0 = 1 m2 = 106 mm2; A = 0,36 mm2 e V0 = 1 dm3 = 106 mm3.

A = A0 2 T 0,36 = 106 2 T T = 6 6

0,36 0,18

2 10 10.

V = V0 3 T V = 106 3 6

0,18

10 V = 0,54 mm3.

Resposta da questão 12: [C]

Como a água dilata-se em todas as direções, não podemos levar em conta apenas a dilatação na vertical, como se fosse dilatação linear. O enunciado manda considerar os oceanos como sistemas fechados, então a área ocupada pela água (área da base do “recipiente”) se mantém

constante.

Dados: h0 = 4 km = 4 103 m; = 2 10–4 °C-1; = 1 °C.

Da expressão da dilatação dos líquidos:

0 0

3 4

V V A h A

h 4 10 2 10 1 h 0,8 m.


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Resposta da questão 13: [C] Dados: L0 = 30 cm; = 210–6 °C-1; 0 = 25 °C; q = 225 °C; R = 10 cm; r = 2 cm.

Calculando a dilatação (d) da barra:

50d L 30 2 10 225 25 d 0,12 cm d 1,2 mm.

Pela figura abaixo, vemos que o deslocamento da extremidade superior (D) é diretamente proporcional ao da extremidade inferior (d).

D R D 10 12

D d r 1,2 2 2

D 6 mm.

Transmissão de Calor

Resposta da questão 1: [C] Como o ASPS funciona como “tampa”, ele dificulta a convecção e a não formação de nuvens facilita a irradiação. Resposta da questão 2: [E] A propagação da energia do Sol à Terra é por irradiação. As luvas são feitas de materiais isolantes térmicos (lã, couro etc.) dificultando a condução do calor. Resposta da questão 3: [C] A lã é um isolante térmico dificultando o fluxo de calor do corpo humano para o ambiente. Resposta da questão 4: [E] Da simples análise da tabela, devemos escolher o material de maior condutividade térmica e maior razão entre absorbância e emitância. Resposta da questão 5: [C] A propagação do calor pode ocorrer devido a três processos: – Condução: dá-se molécula a molécula. – Convecção: dá-se através das correntes convectivas, que são movimentos de massa fluida

causadas pela diferença de densidades entre as porções do fluido, devido a diferentes temperaturas. Obviamente, não ocorre nos sólidos.


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– Irradiação: dá-se através de ondas eletromagnéticas. É o único processo que ocorre no vácuo. Resposta da questão 6: [B] O vidro deixa a luz passar e consequentemente calor por radiação, mas não deixa o calor passar para fora por condução (estufa). Os tanques pintados de preto absorvem grande quantidade desta energia que é levada à água por condução. Resposta da questão 7: Isolando tΔ na expressão dada e substituindo os valores:

2

m

300 3 10Q dt

k S T 0,15 2 30 20

t 3 s.

Calor Sensível, Latente e Sistema Termicamente Isolado Resposta da questão 1: [B] O calor específico sensível representa uma espécie de "resistência" do material, ou da substância, à variação de temperatura. Assim, devido ao baixo calor específico, a temperatura da areia varia rapidamente quando recebe ou cede calor. Relativamente à areia, a água tem alto calor específico; havendo pouco vapor d’água na atmosfera, não há um regulador térmico para impedir a grande amplitude térmica. Resposta da questão 2: Dados: m 500 g; P 100 cal/min.

Q m c T100 30P t

m c T P t c Qm T 500 50 10P Q P t

t

c 0,15 cal/g °C.

C m c 500 0,15 C 75 cal/°C.

ΔΔ

Δ ΔΔΔ

Δ

Resposta da questão 3: [D] Em 150 g de castanha temos 10 porções. Portanto, da tabela, a energia liberada nessa queima é: E 10 90 900 kcal E 900.000 cal. Como somente 60% dessa energia são usados no aquecimento da água, aplicando a equação do calor sensível, temos:

0,6 E 0,6 900.000Q m c 0,6 E m c m

c 1 87 15

m 7.500 g.

Δθ ΔθΔθ


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Resposta da questão 4: [D] Dados: m = 5 g; c = 0,8 J/g·°C; = [880 – (-20)] = 900 °C. Da equação fundamental da calorimetria: Q = m c = (5) (0,8) (900) Q = 3.600 J. Resposta da questão 5: Dados: P 1.273 W; V 1 L m 1.000 g; t 165 s; c 4,2 J/g °C.Δ

Q m c TP t 1.273 165

m c T P t T Qm c 1.000 4,2P Q P t

t

T 50 °C.

ΔΔ

Δ Δ ΔΔ

Δ

Δ

Resposta da questão 6: [B]

24 27Q M c 6 10 0,5 700 2.700 Q 6 10 kJ.Δθ

Resposta da questão 7: Aplicando a expressão do calor sensível para a fase sólida:

S s S

S

Q m c Q 100 0,03 320 20 3 300

Q 900 cal.

Δθ

Como a potência da fonte é constante e a substância é pura, o gráfico completo (também fora de escala) é o apresentado abaixo.

Usando semelhança de triângulos:

AC BE 128 t 148 128ABC BDE

BC DE 480 320 800 480128 t 20

128 t 10 160 320

t 118 s.

Δ Δ


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Resposta da questão 8: [C]

Q 0,6mc 0,6x500x1x20 6.000calΔ Δθ . Resposta da questão 9: [C] Ao ser submetida ao aquecimento de uma substância pura que esteja no estado sólido, teremos dois pontos em que a temperatura permanece constante à pressão constante. Primeiramente há o aquecimento do sólido até o momento em que alcançado o ponto de fusão onde encontramos duas fases distintas (sólido e líquido) sem que haja alteração da temperatura (região II do gráfico). Ao derreter todo o sólido, resta apenas o líquido que ao absorver mais calor aumenta sua temperatura até que a pressão de vapor atinja a pressão atmosférica (região III), neste ponto estamos diante de mais uma mudança de fase (líquido para vapor) e a temperatura permanece constante até que todo o líquido vaporize (região IV). No gráfico temos líquido quando começa a fusão até o término da vaporização, ou seja, corresponde aos pontos II, III e IV. Resposta da questão 10: Massa de gelo fundida: Dados: Q = 2.400 kcal; Lf = 80 kcal/kg. Da expressão do calor latente:

ff

Q 2 400Q m L m m 30 kg.

L 80

Energia para elevar até 30 °C: Dados: m = 30 kg; c = 1 kcal/kg°C; 30 C.Δθ Da expressão do calor sensível: Q m c Q 30 1 30 Q 900 kcal.Δθ Resposta da questão 11: [E] A temperatura de fusão obtemos por leitura direta do gráfico: Tfusão = 40 °C. No intervalo de 6 min a 9 min ( t 3min)Δ o elemento está no estado líquido. Se a potência da

fonte é P = 2.000 J/min, vamos calcular a quantidade de calor absorvida no aquecimento do líquido de 40 °C e 70 °C ( 30 C 30K)Δθ e aplicar na equação do calor sensível.

Q P t P t 2.000 3 m c P t c 200 J/kg.°C

Q m c m 1 30

c 200 J/kg K.

Δ ΔΔθ Δ

Δθ Δθ

Resposta da questão 12: [E] O somatório dos calores trocados é nulo.

1 2 1 1 2 2 2

2 2

Q Q 0 m c T m c T 0 200 80 25 m 80 100 0

20m 11.000 m 550 g.


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Resposta da questão 13: a) Dados: mágua = 200 g; mgelo = 50 g; mágua/gelo Lgelo = 80 cal/g; cágua = 1 cal/g°C; q0gelo = 0 °C e q0água = 25 °C. Considerando o sistema termicamente isolado, no instante em que é atingido o equilíbrio térmico a temperatura é qe :

gelo água/gelo água

gelo gelo água/gelo água água/gelo água água água

e e

e e

e e

e

Q Q Q 0

m L m c m c 0

50 80 50 1 0 200 1 25 0

4.000 50 200 5.000 0

1.000250 1.000

2504 ºC.

Δθ Δθ

θ θ

θ θ

θ θ

θ

b) Considerando o copo, a temperatura de equilíbrio é maior do que o valor obtido no item anterior, pois o copo também fornecerá calor para a fusão do gelo e para o aquecimento da massa de água resultante do gelo fundido. Vamos ao equacionamento, considerando Ccopo a capacidade térmica do copo e sua temperatura inicial igual à da água que ele contém (25°C).

gelo água/gelo água copo

gelo gelo água/gelo água água/gelo água água água copo copo

' ' 'e e copo e

' ' 'e e copo e copo

copo

Q Q Q Q 0

m L m c m c C 0

50 80 50 1 0 200 1 25 C 25 0

4.000 50 200 5.000 C C 25 0

250 C

Δθ Δθ Δθ

θ θ θ

θ θ θ

copo' '

e ecopo

'e

1.000 25 C1.000

250 C

4 ºC.

θ θ

θ

Resposta da questão 14: [B] Considerando o sistema termicamente isolado, temos:

água1 água2 quente água fria água

Quente Quente

fria fria

Q Q 0 m c 30 70 m c 30 25

m m5 1 0,125.

m 40 8 m

Resposta da questão 15: Dados: m1 = 100 g = 0,1 kg ; c1 = 910 J/kg.°C; T1 = 10 °C; T2 = 80 °C; m2 = 200 g = 0,2 kg; c2 = 1 cal/g.°C = 4.200 J/kg.°C. O sistema é termicamente isolado. Então: Qcaneca + Qchá = 0 m1 c1 (T – T1) + m2 c2 (T – T2) = 0 0,1(910)(T – 10) + 0,2(4.200) (T – 80) 91 T – 910 + 840 T – 67.200 931 T = 68.110 T 73,16 °C. Resposta da questão 16: [A] Dados: Fórmula do etanol = C2H5OH; Massas molares = C(12g/mol), H(1g/mol), O(16g/mol); m = 138 g


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Calculando a massa molar do etanol: M = 2(12) + 5(1) + 16 + 1 = 46 g. O número de mols contido nessa amostra é:

m 148n n 3.

M 36

Analisando o gráfico, notamos que durante o aquecimento a energia absorvida na forma de calor sensível (QS) e a correspondente variação de temperatura () são, respectivamente:

SQ 35 kcal; 78 ( 18) 96 C.

Aplicando a equação do calor sensível na forma molar:

S L L LQ 35

Q n c c c 0,12 kJ / mol C.n 3 96

Ainda do gráfico, a quantidade de calor absorvida durante a vaporização (QV) é:

V

Q 145 35 110 kJ.

Aplicando a equação do calor latente, também na forma molar:

vV V V V

Q 110Q n L L L 36,7 kJ / mol.

n 3

Resposta da questão 17: Dados: A = 40 50 = 2.000 cm2 = 0,2 m2 área de captação. V = 300 mL = 300 cm3 volume de água. 0 = 25 °C temperatura inicial da água. = 100 °C temperatura de ebulição da água. IS = 1 kW/m2 Intensidade solar local. c = 4 J/gC calor específico sensível da água. Lev = 2.200 J/g calor específico latente de evaporação da água. d = 1 g/cm3 densidade da água.

a) 2S S 2

P kWI P I A 1 0,2 m 0,2 kW P 200 W.

A m

b) E = m c E = 300 (4) (100 – 25) E = 9 104 J. c) A massa de água é: m = d V = 1 (300) = 300 g. Para evaporar 1/3 dessa massa de água, a quantidade de energia é:

ev ev

m 300E L 2.200

3 3 Eev = 22 104 J.

A quantidade de energia necessária até 1/3 da massa de água ser evaporada é: Etotal = E + Eev = 9 22 104 = 31 104 J.

Calculando o tempo gasto até o momento considerado:

4

total totalE E 31 10P T

T P 200

T = 1.550 s.


Dados: 9 11f 15 m; D 1,5 10 m; L 1 ,5 10 m. a) O Sol comporta-se como objeto impróprio para o espelho, portanto a imagem forma-se no

foco principal. Assim, p' = 15 m, conforme ilustra a figura.


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Sendo D o diâmetro da imagem, por semelhança de triângulos:

9 11 2Sol

D f D 15 15 D

D L 1,5 10 1,5 10 10

D 0,15 m.

b) Dados: 2E 1D 10 m; S 1 . kW/m

A densidade de potência (S) é a razão entre a potência recebida e a área de captação (A). Pela conservação da energia:

221 1 1 E1

2 2

21E

2 2

6 2

P A S DDPS P A S S S

P A SA 4 4

D S 100 1.000S

D 0,15

S 4,44 10 W/m .

ππ

c) Dados: m 0,6 kg 600 g; t 4 s; c 1 J / g K.Δ

Como todo calor recebido é usado no aquecimento do disco de alumínio, temos:

1 11 1

2

A S tQ P t m c T A S t T

m c

103 1.000 4

4 T 600 1

T 500 K.

ΔΔ Δ Δ Δ

Δ

Δ

Resposta da questão 19: [D]

Q mL mL 1,5 320.000P t 480s 8,0min

t t P 1000


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