Apostila de-fisica-2º-ano

2ºAno

Prof: Julio Cesar Souza Almeida

CALOR

ONDAS

ÓPTICA

Escola Clóvis Borges Miguel

Prof: Julio Cesar ( JC ) FÍSICA – CALOR, ONDAS E ÓPTICA http://lattes.cnpq.br/1700092960661216

5

273

9

32

5

TkTT FC

ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Relação entre as escalas Celsius e Farenheit. Exercícios

1. No Rio de Janeiro, a temperatura ambiente chegou a atingir, no verão de 1998, o valor de 49o C. Qual seria o valor dessa temperatura, se lida num termômetro na escala Fahrenheit?

2. A temperatura média do corpo humano é 36o C. Determine o valor dessa temperatura na escala Fahrenheit.

3. Lê-se no jornal que a temperatura em certa cidade da Russia atingiu, no inverno, o valor de 14o F. Qual o valor dessa temperatura na escala Celsius?

4. Um termômetro graduado na escala Fahrenheit, acusou, para a temperatura ambiente em um bairro de Belo Horizonte, 77o F. Expresse essa temperatura na escala Celsius.

5. Dois termômetros graduados, um na escala Fahrenheit e outro na escala Celsius, registram o mesmo valor numérico para a temperatura quando mergulhados num líquido. Determine a temperatura desse líquido.

Questões 6. Descreva, resumidamente, como se deve

proceder para graduar um termômetro na escala Celsius.

7. Quando medimos a temperatura de uma pessoa, devemos manter o termômetro em contato com ela durante um certo tempo. Por quê?

8. Desejando-se medir a temperatura de um pequeno inseto, colocou-se um grande número deles em um recipiente. Introduzindo-se entre os insetos um termômetro, verificou-se que, depois de um certo tempo, o termômetro indicava 30o C. A) Para determinar a temperatura de cada inseto seria necessário conhecer

o número deles no recipiente? B) Então, qual era a temperatura de um dos insetos?

9. Cite algumas grandezas que podem ser usadas como grandezas termométricas.

10. O que é um termômetro? Em que se baseia um termômetro?

11. Você acha seguro comparar a temperatura de dois corpos através do tato? Explique sua resposta com um exemplo.

Relação entre as escalas Celsius e Kelvin

Exercícios

1. Um corpo se encontra à temperatura de 27o C. Determine o valor dessa temperatura na escala Kelvin.

2. Um doente está com febre de 42o C. Qual sua temperatura expressa na escala Kelvin?

3. Uma pessoa tirou sua temperatura com um termômetro graduado na escala Kelvin e encontrou 312 K. Qual o valor de sua temperatura na escala Celsius?

4. Um gás solidifica-se na temperatura de 25 K. Qual o valor desse ponto de solidificação na escala Celsius?

5. Uma forma de aumentar a temperatura de um corpo é através do contato com outro que esteja mais quente. Existe outra forma? Dê um exemplo.

Questões 6. O que você entende por "zero absoluto"?

Qual o valor desta temperatura na escala Celsius?

7. Como você poderia medir a temperatura de um lápis, de um grão de areia e de um fio de cabelo?

Exercícios complementares 8. Um líquido está a uma temperatura de 59o

F. Qual é esta temperatura na escala Kelvin?

9. A temperatura de ebulição de uma substância é 88 K. Quanto vale esta temperatura na escala Fahrenheit?


EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1. (G1) A temperatura crítica do corpo humano é

42°C. Em graus Fahrenheit, essa temperatura vale: a) 106,2 b) 107,6 c) 102,6 d) 180,0 e) 104,4 2. (Fei 96) Nas escalas Celsius e Fahrenheit representadas a seguir, estão anotadas as temperaturas de fusão de gelo e ebulição da água à pressão normal. Sabendo-se que o intervalo entre as temperaturas anotadas foram divididas em partes iguais, ao se ler 32°C, quanto marcará a escala Fahrenheit para a mesma temperatura? a) 112,6 °F b) 64,0 °F c) 89,6 °F d) 144,0 °F e) 100,0 °F 3. (Mackenzie ) No dia 1 de janeiro de 1997,

Chicago amanheceu com temperatura de 5°F. Essa temperatura, na escala Celsius corresponde a: a) 8°C b) 2°C c) -5°C d) -10°C e) -15°C 4. (Fatec) À pressão de 1atm, as temperaturas

de ebulição da água e fusão do gelo na escala Fahrenheit são, respectivamente, 212°F e 32°F. A temperatura de um líquido que está a 50°C à pressão de 1atm, é, em °F: a) 162 b) 90 c) 106 d) 82 e) 122 5. (Ita ) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima no inverno anterior foi de 60°C. Qual o valor dessa diferença na escala Fahreheit? a) 108°F b) 60°F c) 140°F d) 33°F e) 92°F

6. (Uel ) A temperatura da cidade de Curitiba, em

um certo dia, sofreu uma variação de 15°C. Na escala Fahrenheit, essa variação corresponde a a) 59 b) 45 c) 27 d) 18 e) 9 7. (Mackenzie ) A temperatura, cuja indicação na

escala Fahrenheit é 5 vezes maior que a da escala Celsius, é: a) 50°C. b) 40°C. c) 30°C. d) 20°C. e) 10°C. 8. (Mackenzie ) Um pesquisador verifica que

uma certa temperatura obtida na escala Kelvin é igual ao correspondente valor na escala Fahrenheit acrescido de 145 unidades. Esta temperatura na escala Celsius é: a) 55°C. b) 60°C. c) 100°C. d) 120°C. e) 248°C. 9. (Uel ) Uma escala de temperatura arbitrária X está relacionada com a escala Celsius, conforme o gráfico a seguir. As temperaturas de fusão do gelo e ebulição da água, sob pressão normal, na escala X são, respectivamente, a) -60 e 250 b) -100 e 200 c) -150 e 350 d) -160 e 400 e) -200 e 300 10. (G1) Um termômetro está graduado numa

escala X tal que 60°X corresponde a 100°C e -40°X corresponde a 0°C. Uma temperatura de 60°C corresponde a que temperatura lida no termômetro de escala X? a) 28°X b) 25°X c) 18°X d) 20°X e) 30°X


11. (Uel) O termômetro construído por um

estudante marca 1°E quando a temperatura é a da fusão do gelo sob pressão normal e marca 96°E no ponto de ebulição da água sob pressão normal. A temperatura lida na escola E coincide com a temperatura Celsius APENAS no valor a) – 20 b) – 10 c) 10 d) 20 e) 40 12. (Cesgranrio) Uma escala termométrica X é

construída de modo que a temperatura de 0°X corresponde a -4°F, e a temperatura de 100°X corresponde a 68°F. Nesta escala X, a temperatura de fusão do gelo vale: a) 10 °X b) 20 °X c) 30 °X d) 40 °X e) 50 °X Gabarito: 1B 2C 3E 4E 5ª 6C 7E 8D 9C 10D 11D 12E

ESTUDO DO CALOR Quantidade de calor Q = m.c. t Q = quantidade de calor (cal ) m = massa (g) c = calor específico ( cal/ g. oC) t = variação da temperatura (oC) t = t - t0

Exercícios 10. Uma peça de ferro de 50 g tem

temperatura de 10o C. Qual é o calor necessário para aquecê-la até 80o C? (calor específico do ferro: c = 0,11 cal/ g. oC )

11. Uma pessoa bebe 500 g de água a 10o C. Admitindo que a temperatura dessa pessoa é de 36o C, qual a quantidade de calor que essa pessoa transfere para a água? O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.

12. Determine a quantidade de calor que 200 g de água deve perder para que sua temperatura diminua de 30o C para 15o C. O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.

13. Um corpo de massa 50 gramas recebe 300 calorias e sua temperatura sobe de 10o C até 30o C. Determine o calor específico da substância que o constitui.

14. Mil gramas de glicerina, de calor específico 0,6 cal/ g. oC, inicialmente a 0o C, recebe 12000 calorias de uma fonte. Determine a temperatura final da glicerina.

15. Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 calorias. Para produzir um aquecimento de 20o C para 50o C em 50 gramas de um líquido, são necessários 15 minutos. Determine o calor específico do líquido.

Questões

16. Por que a água é utilizada para a refrigeração dos motores de automóveis?

17. Sabe-se que os desertos são muito quentes durante o dia e bastante frios à noite. Então, que conclusão você pode tirar a respeito do calor específico da areia?

18. Do ponto de vista microscópico, qual a diferença entre um corpo quente e um frio?

Trocas de calor

"Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si, até estabelecer-se o equilíbrio térmico, é nula a soma das quantidades de calor trocadas por eles." termômetro calorímetro QA + QB = 0 Qrecebido > 0 Qcedido < 0 Exercícios

1. Um corpo de massa 200 g a 50o C, feito de um material desconhecido, é

A B


mergulhado em 50 g de água a 90o C. O equilíbrio térmico se estabelece a 60o C. Sendo 1 cal/g. o C o calor específico da água, e admitindo só haver trocas de calor entre o corpo e a água, determine o calor específico do material desconhecido.

2. Um objeto de massa 80 g a 920o C é colocado dentro de 400 g de água a 20o C. A temperatura de equilíbrio é 30o C, e o objeto e a água trocam calor somente entre si. Calcule o calor específico do objeto. O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.

3. O alumínio tem calor específico 0,20 cal/g. o C e a água 1 cal/g. o C. Um corpo de alumínio, de massa 10 g e à temperatura de 80o C, é colocado em 10 g de água à temperatura de 20o C. Considerando que só há trocas de calor entre o alumínio e a água, determine a temperatura final de equilíbrio térmico.

Questões 4. Diga, com suas palavras, o que você

entende por "estado de equilíbrio térmico".

5. Quando dois corpos são colocados em contato, qual a condição necessária para que haja fluxo de calor entre eles?

Calor latente

"Quando uma substância está mudando de estado, ela absorve ou perde calor sem que sua temperatura varie. A quantidade de calor absorvida ou perdida é chamada calor latente." Q = m.L Q = quantidade de calor (cal) m = massa (g) L = calor latente da substância (cal/g) Exercícios 6. Calcule a quantidade de calor necessária

para transformar 300 g de gelo a 0o C em água a 0o C, sabendo que o calor latente de fusão da água é LF = 80 cal/g.

7. Determine a quantidade de calor que se deve fornecer para transformar 70 g de água a 100o C em vapor de água a 100o

C. Dado: calor latente de vaporização da água LV = 540 cal/g.

8. Uma substância de massa 200 g absorve 5000 cal durante a sua ebulição. Calcule o calor latente de vaporização.

Questões

9. Uma pessoa está cozinhando batatas em uma panela aberta com "fogo baixo". Quando a água entra em ebulição, desejando abreviar o tempo necessário para o cozimento, essa pessoa passa a chama para "fogo alto". Ela conseguirá cozinhar as batatas mais depressa? Explique.

10. Onde se demora mais para cozinhar feijão: numa panela aberta no Rio de Janeiro (nível do mar) ou em La Paz (4.000 m de altitude).

11. Em um certo local, observa-se que a água, em uma panela aberta, entra em ebulição a 80o C. Esse local está abaixo ou acima do nível do mar? Explique.

12. Para cozer um determinado alimento, devemos mergulhá-lo em certa quantidade de água pura e submetê-lo por algum tempo à temperatura de 120o C. Que providência devemos tomar para cozê-lo?

13. Para esfriar um refrigerante, você usaria gelo a 0o C ou água a 0o C?

Mudança de estado Exercícios 1. Qual a quantidade de calor que 50 g de

gelo a -20o C precisam receber para se transformar em água a 40o C? Dado: cgelo = 0,5 cal/g. oC; cágua = 1 cal/g. oC; é LF = 80 cal/g.

2. Têm-se 20 g de gelo a -10o C. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em água a 20o C? Dado: cgelo = 0,5 cal/g. oC; cágua = 1 cal/g. oC; é LF = 80 cal/g.

3. Quanto de calor será necessário para levar 100 g de água a 50o C para vapor d' água a 100o C? LV = 540 cal/g.

4. Que quantidade de calor se exige para que 200 g de gelo a -40o C se transformem em vapor d'água a 100o C? LV = 540 cal/g.


5. O gráfico representa a temperatura de uma amostra de massa 20g de determinada substância, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Pede-se: a) a temperatura de fusão da substância; b) o calor latente de fusão da substância.

t (oC)

60 ..............................................

40 ............ 20 0 20 50 90 Q (cal)

6. O gráfico abaixo representa a temperatura de uma amostra de 100g de determinado metal, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Pede-se: a) a temperatura de fusão do metal; b) o calor latente de fusão do metal.

t (oC)

360 ..............................................

330 ............ 300 0 600 1200 1800 Q (cal)

EXERCÍCIOS COPMPLEMENTARES 1-(Cefet)Sabendo que o calor especifico da água

é igual a 1,0cal/gºC, a quantidade de calor para aquecer 1litro de água de 20 ºC para 36ºC é, em calorias, de: a)16 b)1000 c)16000 d)100000 e)16000000 2-Qual é a quantidade de energia que devemos

usar para aquecer 100 g de água de 15ºC para 45ºC? calor específico sensível da água = 1,0 cal/gºC a) 1 kcal b) 2 kcal c) 3 kcal

d) 4 kcal e) 5 kcal 3 - Um líquido inicialmente a 20ºC recebeu 80

kcal até atingir 60ºC. Sabendo que a massa do líquido é de 400 gdetermine o seu calor específico. a) 0,2 cal/gºC b) 0,3 cal/gºC c) 0,4 cal/gºC d) 0,5 cal/gºC e) 0,6 cal/gºC

4 – (PUC-RS) Uma piscina contém 20.000 litros de água. Sua variação de temperatura durante a noite é de – 5° C. Sabendo que o calor específico da água é de 1cal/g ° C, a energia, em kcal, perdida pela água ao longo da noite, em módulo,

é

a) 1.104

b) 1.105

c) 2.103

d) 9.103

e) 9.107

5-(PUC-RIO) Quanta energia deve ser dada a uma panela de ferro de 300 g para que sua temperatura seja elevada em 100 ºC? Considere o calor específico da panela como c = 450 J/ kg ºC. a) 300J b) 450J c) 750J d) 1750J e) 13500J 6-(PUC-RIO) Quanto calor precisa ser dado a uma placa de vidro de 0,3 kg para aumentar sua temperatura em 80 °C? (Considere o calor específico do vidro como 70 J/kg °C) a) 1060J b) 1567J c) 1680J d) 1867J e) 1976J

7-(PUC-MG) O gráfico abaixo mostra o

aquecimento de um recipiente de alumínio ( c = 0,20 cal/g°C), de massa 600 g, que contém um determinado líquido em equilíbrio térmico. Nesse


caso, é CORRETO dizer que a capacidade

térmica do líquido, em cal/ °C é igual a:

a) 60

b) 70

c) 80

d) 90

e) 100

8-

Num experimento , aquece-se um corpo com o objetivo de determinar sua capacidade térmica. Para tanto, utiliza uma fonte térmica, de potência constante, que fornece 30 calorias por segundo e constrói o gráfico anterior. A capacidade térmica do corpo é: a) 15 cal/°C b) 20 cal/°C c) 30 cal/°C d) 40 cal/°C e) 50 cal/°C 9-(Cefet-2001) Tem-se 200g de gelo de um certo liquido a temperatura de 28ºC. Fornecendo-se 980cal diretamente a esse liquido, sua temperatura sobe para 35ºC. O valor do calor especifico do liquido é: a)1,35cal/gºC b)0,95cal/gºC c)1,0cal/gºC d)1,2cal/gºC e)0,7cal/gºC 10-(FUVEST) Misturam-se 200g de água a 0ºC com 250g de um determinado líquido a 40ºC, obtendo-se o equilíbrio térmico a 20ºC. Adotando

o calor específico da água como sendo igual a 1 cal/g.ºC e desprezando trocas de calor com o ambiente, pergunta-se: Qual o calor específico do líquido em cal/g.ºC? a) 0,25 b) 0,50 c) 0,80 d) 1,00 e) 1,25

11-(FATEC-SP) Em 200g de água a 20ºC (Cág. = 1cal/g.ºC), mergulha-se um bloco metálico de 400g, a 50ºC. O equilíbrio térmico entre esses dois corpos ocorre a 30ºC. O calor específico do metal é, em cal/g.ºC de: a) 0,75

b) 4,0

c) 2,0

d) 0,5

e) 0,25

12-(UFPE) Um litro (1000g) de água, à temperatura de 20ºC é misturado com dois litros (2000g) de água que estavam inicialmente à temperatura de 50ºC. Supondo que as trocas de calor ocorram apenas entre estas massas de água, qual será a sua temperatura de equilíbrio térmico?

a) 30ºC

b) 35ºC

c) 40ºC

d) 43ºC

e) 45ºC

13-(UEL) Misturam-se 120g de um líquido a 100ºC com 40g do mesmo líquido a 20ºC. Supondo que só houve troca de calor entre as duas porções do líquido, a temperatura de equilíbrio térmico, em graus Celsius, é igual a: a) 40

b) 50

c) 60

d) 80

e) 84


14-(Unifor-CE) Um corpo de massa m a 270o C é colocado em um recipiente, onde existe idêntica massa de água a 50o C, obtendo-se uma temperatura de equilíbrio igual a 70o C. Admitindo que somente houve troca de calor entre o corpo e a água, o calor específico do corpo, em cal/goC, é igual a: a) 0,010 b) 0,030 c) 0,054 d) 0,20 e) 0,10 15- (UFAL) O calor de combustão de uma substância é a quantidade de calor que ela fornece por unidade de massa que sofre combustão total. Sabendo-se que o calor de combustão do álcool é de 6400 cal/g pode-se afirmar que a massa mínima de álcool a ser utilizada como combustível para fundir um bloco de gelo de 400 g a 0 oC é, em grama, de: Dado:calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g a) 2 b) 4,0 x 102 c) 1,6 x 10 d) 6,4 x 10 e) 5 16-(ESAL-MG) O gráfico representa a temperatura θ de uma substância de massa 20 g, inicialmente sólida, em função da quantidade de calor recebido Q. Podemos afirmar que a capacidade térmica no estado sólido, o calor latente de fusão e o calor específico no estado líquido dessa substância valem, respectivamente: a) 5 cal/0C; 10 cal; 0,5 cal/g 0C b) 10 cal/0C; 5 cal/g; 1 cal/g 0C c) 4 cal/0C; 2 cal/g; 5 cal/g 0C d) 5 cal/0C; 0,5 cal/g; 10 cal/g 0C e) 10 cal/0C; 5 cal/g; 0,25 cal/g 0C

17(UERJ) Uma bolinha de aço a 120º C é

colocada sobre um pequeno cubo de gelo a 0º C.

Em escala linear, o gráfico que melhor representa a variação, no tempo, das temperaturas da bolinha de aço e do cubo de gelo, até alcançarem

um estado de equilíbrio, é:

18-(PUC-PR) Um bloco de gelo, inicialmente a -10 0C, tem massa de 500 g. Qual a quantidade de calor necessária para transformá-lo em igual quantidade de água, a 20 0C? Dados: cgelo = 0,5 cal/g 0C, cágua = 1,0 cal/g 0C, Lf 80 cal/g. a) 0,05 kcal b) 0,52 kcal c) 5,25 kcal d) 525 kcal e) 52,5 kcal


19-(Cesgranrio-RJ) Que quantidade de calor deve-se retirar de 1,00 kg de água inicialmente e 20 0C. para transformá-lo totalmente em gelo a 0 0C? (Lf gelo = 80 cal/g) a) 20 kcal b) 80 kcal c) 40 kcal d) 100 kcal e) 60 kcal

20. (EFO Alfenas- MG) A quantidade de calor necessária para transformar 50 g de água a 20 oC em vapor de água a 140 oC é: Dados: calor específico da água = 1 cal/goC calor latente de vaporização da água = 540 cal/g calor específico do vapor de água = 0,5 cal/goC a) 27 000 cal b) 32 000 cal c) 1 000 cal d) 4 000 cal e) 64 000 cal

GABARITO: 1C 2C 3D 4B 5E 6C 7C 8A 9E 10C 11A 12C 13D 14E 15E 16E 17D 18E 19D 20B

DILATAÇÃO TÉRMICA

Dilatação linear

L0

t0 L t L L = L - L0 t = t - t0 L = .L0. t

L = Lo (1 + . t )

L = variação no comprimento = coeficiente de dilatação linear (oC-1) t = variação da temperatura (oC)

Exercícios

7. Qual o aumento de comprimento que sofre uma extensão de trilhos de ferro com 1000 m ao passar de 0o C para 40o C, sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 12.10-6 oC-1 ?

8. Um cano de cobre de 4 m a 20o C é aquecido até 80o C. Dado do cobre

igual a 17.10-6 oC-1 , de quanto aumentou o comprimento do cano?

9. O comprimento de um fio de alumínio é de 30 m, a 20o C. Sabendo-se que o fio é aquecido até 60o C e que o coeficiente de dilatação linear do alumínio é de 24.10-6 oC-1, determine a variação no comprimento do fio.

10. Uma barra de ferro tem, a 20o C, um comprimento igual a 300 cm. O coeficiente de dilatação linear do ferro vale 12.10-6 oC-1. Determine o comprimento da barra a 120o C.

11. Um tubo de ferro, = 12.10-6 oC-1, tem

10 m a -20o C. Ele foi aquecido até 80o C. Calcule o comprimento a final do tubo.

12. Uma barra de determinada substância é aquecida de 20o C para 220o C. Seu comprimento à temperatura de 20o C é de 5,000 cm e à temperatura de 220o C é de 5,002 cm. Determine o coeficiente de dilatação linear da substância.

Dilatação superficial

t0 t A = A - A0 A = .A0. t

A = Ao (1 + . t )

= 2

A = variação da superfície = coeficiente de dilatação superficial (oC-1)

t = variação da temperatura (oC)

A0 A


Exercícios

1. Uma chapa de zinco tem área de 8 cm2 a 20oC. Calcule a sua área a 120o C. Dado:

zinco = 52. 10-6 oC-1.

2. Uma chapa de chumbo tem área de 900 cm2 a 10o C. Determine a área de sua superfície a 60o C. O coeficiente de dilatação superficial do chumbo vale 54. 10-6 oC-1.

3. Uma chapa de alumínio, = 48.10-6 oC-1,

tem área de 2 m2 a 10o C. Calcule a variação de sua área entre 10o C e 110o C.

4. A variação da área de uma chapa é 0,04 cm2, quando a temperatura passa de 0o C para 200o C. Se a área inicial da chapa era 100 cm2, determine o coeficiente de dilatação superficial da chapa.

Questões

5. Num bar, dois copos se encaixaram de tal forma que o balconista não consegue retirar um de dentro do outro. Mergulhando o copo de baixo em água quente, os corpos se soltaram. Por quê?

6. Explique por que um copo de vidro comum provavelmente se quebrará se você o encher parcialmente com água fervendo.

7. Ao colocar um fio de cobre entre dois postes, num dia de verão, um eletricista não deve deixá-lo muito esticado. Por quê?

8. Como se pode comprovar a dilatação linear de um sólido?

Dilatação volumétrica t0 t V = V - V0 V = .V0. t

V = Vo (1 + . t )

= 3

V = variação do volume

= coeficiente de dilatação volumétrica (oC-1)

t = variação da temperatura (oC) Exercícios 9. Um petroleiro recebe uma carga 107

barris de petróleo no Golfo Pérsico, a uma temperatura de 50o C. Qual a perda em barris, por efeito de contração térmica, que esta carga apresenta quando á descarregada no Brasil, a uma temperatura de 10o C? Dado: petróleo =

10-3 oC-1. 10. Ao ser aquecido de 10o C para 210o C, o

volume de um corpo sólido aumenta 0,02 cm3. Se o volume do corpo a 10o C era 100 cm3, determine os coeficientes de dilatação volumétrica e linear do material que constitui o corpo.

Questões

11. Um pino deve se ajustar ao orifício de uma placa à temperatura de 20o C. No entanto, verifica-se que o orifício é pequeno para receber o pino. Que procedimentos podem permitir que o pino se ajuste ao orifício?

12. Tendo enchido completamente o tanque de gasolina de seu carro, uma pessoa deixou o automóvel estacionado ao sol. Depois de um certo tempo, verificou que, em virtude da elevação da temperatura, uma certa quantidade de gasolina havia entornado. A) O tanque de gasolina dilatou? B) A quantidade que entornou representa a dilatação real que a gasolina sofreu?

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Dilatação Térmica

1. (Puc-rio) A imprensa tem noticiado as

temperaturas anormalmente altas que vêm ocorrendo no atual verão, no hemisfério norte. Assinale a opção que indica a dilatação (em cm) que um trilho de 100 m sofreria devido a uma variação de temperatura igual a 20 °C, sabendo que o coeficiente linear de dilatação térmica do

trilho vale = 1,2 x 105 por grau Celsius. a) 3,6 b) 2,4

V0

V


c) 1,2 d) 1,2 x 10-3 e) 2,4 x 10-3 2. (Uerj) Em uma casa emprega-se um cano de cobre de 4 m a 20°C para a instalação de água quente.

Dado: = 2,4 x 105 O aumento do comprimento do cano, quando a água que passa por ele estiver a uma temperatura de 60°C, corresponderá, em milímetros, a: 3. (Mackenzie ) Num laboratório situado na

orla marítima paulista, uma haste de ferro de 50cm de comprimento está envolta em gelo fundente. Para a realização de um ensaio técnico, esta barra é colocada num recipiente contendo água em ebulição, até atingir o equilíbrio térmico. A variação de comprimento sofrida pela haste foi de:

(Dado: (Fe) = 1,2.10-5 °C1) a) 12 mm b) 6,0 mm c) 1,2 mm d) 0,60 mm e) 0, 12 mm 4. (Ufes ) Uma barra de metal tem comprimento igual a 10,000m a uma temperatura de 10,0°C e comprimento igual a 10,006m a uma temperatura de 40°C. O coeficiente de dilatação linear do metal é a) 1,5 × 104 °C-1 b) 6,0 × 104 °C-1 c) 2,0 × 105 °C-1

d) 2,0 × 106 °C-1 e) 3,0 × 106 °C-1

5. (Ita ) Você é convidado a projetar uma

ponte metálica, cujo comprimento será de 2,0km. Considerando os efeitos de contração e expansão térmica para temperaturas no intervalo de -40°F a 110°F e o coeficiente de dilatação linear do metal é de 12x106°C1, qual a máxima variação esperada no comprimento da ponte?(O coeficiente de dilatação linear é constante no intervalo de temperatura considerado). a) 9,3 m b) 2,0 m c) 3,0 m d) 0,93 m e) 6,5 m 6. (Cesgranrio ) O comprimento L de uma

barra de latão varia, em função da temperatura š, segundo o gráfico a seguir. Assim, o coeficiente de dilatação linear do latão, no intervalo de 0°C a 100°C, vale: a) 2,0.105/°C b) 5,0.105/°C c) 1,0.104/°C d) 2,0.104/°C e) 5,0.104/°C 7. (Fei ) Duas barras, sendo uma de ferro e

outra de alumínio, de mesmo comprimento l = 1m a 20°C, são unidas e aquecidas até 320°C. Sabe-se que o coeficiente de dilatação linear do ferro é de 12.10-6°C-1 e do alumínio é 22.10-6°C1. Qual é o comprimento final após o aquecimento? a) 2,0108 m b) 2,0202 m c) 2,0360 m d) 2,0120 m e) 2,0102 m


8. (Unesp) Duas lâminas metálicas, a

primeira de latão e a segunda de aço, de mesmo comprimento à temperatura ambiente, são soldadas rigidamente uma à outra, formando uma lâmina bimetálica, conforme a figura a seguir. O coeficiente de dilatação térmica linear do latão é maior que o do aço. A lâmina bimetálica é aquecida a uma temperatura acima da ambiente e depois resfriada até uma temperatura abaixo da ambiente. A figura que melhor representa as formas assumidas pela lâmina bimetálica, quando aquecida (forma à esquerda) e quando resfriada (forma à direita), é 09. (Uel) Uma chapa de zinco, cujo coeficiente de

dilatação linear é 25.10-6°C-1, sofre elevação de 10°C na sua temperatura. Verifica-se que a área da chapa aumenta de 2,0 cm2. Nessas condições, a área inicial da chapa mede, em cm2, a) 2,0.102 b) 8,0.102 c) 4,0.103 d) 2,0.104 e) 8,0.104

10. (Ufes ) Uma placa metálica tem a sua

temperatura elevada uniformemente de 20°C para 30°C. No final do processo, verifica-se que a razão entre as áreas final Af e inicial Ai é Af/Ai=1,001. Com esses dados podemos afirmar que o coeficiente de dilatação linear do material da placa, em °C1, é a) 1 × 10-5 b) 2 × 10-5 c) 3 × 104 d) 4 × 10-5 e) 5 × 10-5

11. (Ita ) Um pequeno tanque,

completamente preenchido com 20,0L de gasolina a 0°F, é logo a seguir transferido para uma garagem mantida à temperatura de

70°F. Sendo =0,0012°C1 o coeficiente de expansão volumétrica da gasolina, a alternativa que melhor expressa o volume de gasolina que vazará em conseqüência do seu aquecimento até a temperatura da garagem é a) 0,507L b) 0,940L c) 1,68L d) 5,07L e) 0,17L 12. (Fgv ) O dono de um posto de gasolina recebeu 4000L de combustível por volta das 12 horas, quando a temperatura era de 35°C. Ao cair da tarde, uma massa polar vinda do Sul baixou a temperatura para 15°C e permaneceu até que toda a gasolina fosse totalmente vendida. Qual foi o prejuízo, em litros de combustível, que o dono do posto sofreu? (Dados: coeficiente de dilatação do combustível é de 1,0. 103 °C1) a) 4L b) 80L c) 40L d) 140L e) 60L 13. (Ufu ) Um frasco de capacidade para 10 litros está completamente cheio de glicerina e encontra-se à temperatura de 10°C. Aquecendo-se o frasco com a glicerina até atingir 90°C, observa-se que 352 ml de glicerina transborda do frasco. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação volumétrica da glicerina é 5,0 × 104°C1, o coeficiente de dilatação linear do frasco é, em °C1. a) 6,0 × 105. b) 2,0 × 105. c) 4,4 × 104. d) 1,5 × 104.


14. (UFES) A uma temperatura ambiente T,

uma placa de granito encontra-se sobre um ressalto e é mantida perfeitamente na horizontal por dois cilindros sólidos, como mostra a figura abaixo. Sobre a placa, é colocada uma esfera em repouso, de tal forma que a menor inclinação a faz rolar. O comprimento do cilindro menor é L e seu

coeficiente de dilatação linear é . O comprimento do cilindro maior é 3L/2 . Sabe-se que essa esfera, para qualquer variação da temperatura ambiente, permanece em repouso. O coeficiente de dilatação linear do cilindro maior é

A) 2/3 B) C) 3/2 D) /3 E) 3 Gabarito

TRANSMISSÃO DE CALOR Condução térmica "A condução térmica consiste numa transferência de energia de vibração entre as moléculas que constituem o sistema." Questões

1. O isopor é formado por finíssimas bolsas de material plástico, contendo ar. Por que o isopor é um bom isolante térmico?

2. Os esquimós constróem seus iglus com blocos de gelo, empilhando-os uns sobre os outros. Se o gelo tem uma temperatura relativamente baixa, como explicar esse seu uso como "material de construção"?

3. Num antigo jingle de uma propaganda, ouvia-se o seguinte diálogo: - Toc, toc, toc, - Quem bate? - É o frio! E no final eram cantados os seguintes versos: "Não adianta bater, eu não deixo você entrar, os cobertores das Casas Pernambucanas é que vão aquecer o meu lar". Que comentário você tem a fazer sobre a veracidade física dessa propaganda?

4. Qual a aplicação prática dos materiais isolantes térmicos?

5. Por que a serragem é melhor isolante térmico que a madeira?

6. Um faquir resolveu fazer uma demonstração de sua arte entrando em um forno muito aquecido. Para que ele sinta a menor sensação de "calor" possível, é preferível que ele vá nu ou envolto em roupa de lã? Por quê?

7. Explique por que, em países de clima frio, costumam-se usar janelas com vidraças duplas. Esse tipo de janela chega a reduzir em até 50% as perdas de calor para o exterior.

8. Num mesmo ambiente, se você tocar um objeto metálico com uma mão e um objeto de madeira com a outra, vai sentir que o primeiro está "mais frio" que o segundo. Como você explica esse fenômeno se os dois objetos estão no mesmo ambiente e, portanto, na mesma temperatura?

9. Por que as panelas, em geral, têm seus cabos metálicos revestidos com madeira ou plástico?

Convecção térmica "A convecção térmica é a propagação que ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores) em virtude de uma diferença de densidades entre partes do sistema." Questões

10. Por que, em uma geladeira, o congelador é colocado na parte superior e não na inferior?

11. Com base na propagação de calor, explique por que, para gelar o chope de um barril, é mais eficiente colocar gelo na parte superior do que colocar o barril sobre uma pedra de gelo.

12. Um aparelho de refrigeração de ar deve ser instalado em local alto ou baixo num escritório? E um aquecedor de ar? Por quê?

Irradiação térmica "A irradiação é a transmissão de por intermédio de ondas eletromagnéticas. Nesse processo, somente a energia se propaga, não sendo necessário nenhum meio material."


Questões 13. Sabemos que o calor pode ser

transferido, de um ponto para outro, por condução, convecção e radiação. Em qual desses processos a transmissão pode ocorrer mesmo que não haja um meio material entre os dois pontos?

14. Os grandes tanques, usados para armazenar gasolina (ou outros combustíveis), costumam ser pintados externamente com tinta prateada. Por quê?

15. Os prédios totalmente envidraçados precisam de muitos aparelhos de ar condicionado? Por quê?

16. Como se dá a propagação do calor do Sol até a Terra se entre esses astros não existe meio material?

17. Desenhe esquematicamente uma garrafa térmica e explique o seu funcionamento.

ESTUDO DOS GASES

gás ... Transformação Isotérmica

"Transformação de um gás sob temperatura constante." P1.V1 = P2.V2 P = pressão do gás V = volume do gás Transformação Isobárica "Transformação a pressão constante."

2

2

1

1

T

V

T

V

T = tc + 273

T = temperatura do gás em graus Kelvin tc = temperatura em graus Celsius Transformação Isométrica

"Transformação a volume constante."

2

2

1

1

T

P

T

P

Lei geral dos gases perfeitos

2

22

1

11

T

V.P

T

V.P

Exercícios 1. Na temperatura de 300 K e sob pressão

de 1 atm, uma massa de gás perfeito ocupa o volume de 10 litros. Calcule a temperatura do gás quando, sob pressão de 2 atm, ocupa o volume de 20 litros.

2. Dentro de um recipiente de volume variável estão inicialmente 20 litros de gás perfeito à temperatura de 200 K e pressão de 2 atm. Qual será a nova pressão, se a temperatura aumentar para 250 K e o volume for reduzido para 10 litros?

3. Um balão de borracha continha 3 litros de gás hélio, à temperatura de 27o C, com pressão de 1,1 atm. Esse balão escapuliu e subiu. À medida que o balão foi subindo, a pressão atmosférica foi diminuindo e, por isso, seu volume foi aumentando. Quando o volume atingiu 4 litros, ele estourou. A temperatura do ar naquela altura era 7o C. Calcule a pressão do gás em seu interior imediatamente antes de estourar.

4. Um gás ocupa o volume de 20 litros à pressão de 2 atmosferas. Qual é o volume desse gás à pressão de 5 atm, na mesma temperatura?

5. Um gás mantido à pressão constante ocupa o volume de 30 litros à temperatura de 300 K. Qual será o seu volume quando a temperatura for 240 K?

6. Num recipiente de volume constante é colocado um gás à temperatura de 400 K e pressão de 75 cmHg. Qual é a pressão à temperatura de 1200 K?

7. Sob pressão de 5 atm e à temperatura de 0o C, um gás ocupa volume de 45 litros. Determine sob que pressão o gás ocupará o volume de 30 litros, se for mantida constante a temperatura.

8. Uma certa massa de gás hélio ocupa, a 27o C, o volume de 2 m3 sob pressão de 3 atm. Se reduzirmos o volume à metade e triplicarmos a pressão, qual será a nova temperatura do gás?

9. Num dia de tempestade, a pressão atmosférica caiu de 760 mmHg para 730


mmHg. Nessas condições, qual o volume final de uma porção de ar que inicialmente ocupava 1 litro? (Suponha que a temperatura não tenha variado)

10. O gráfico representa a isobára para certa quantidade de um gás perfeito. Determine a temperatura TA.

V(m3) 60 ........................... . 40 ............... . . . . . 0 TA 450 K T(k) EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1-(Fuvest) Um congelador doméstico ("freezer") está regulado para manter a temperatura de seu interior a -18°C. Sendo a temperatura ambiente igual a 27°C (ou seja, 300K), o congelador é aberto e, pouco depois, fechado novamente. Suponha que o "freezer" tenha boa vedação e que tenha ficado aberto o tempo necessário para o ar em seu interior ser trocado por ar ambiente. Quando a temperatura do ar no "freezer" voltar a atingir -18°C, a pressão em seu interior será: a) cerca de 150% da pressão atmosférica. b) cerca de 118% da pressão atmosférica. c) igual a pressão atmosférica. d) cerca de 85% da pressão atmosférica. e) cerca de 67% da pressão atmosférica. 2-(Cesgranrio ) Um gás ideal evolui de um estado A para um estado B, de acordo com o gráfico representado a seguir. A temperatura no estado A vale 80K. Logo, sua temperatura no estado B vale: a) 120K.

b) 180K. c) 240K. d) 300K. e) 360K. 3-(Mackenzie ) Um gás perfeito a 27°C apresenta volume de 600cm3 sob pressão de 2,0 atm. Ao aumentarmos a temperatura para 47°C e reduzirmos o volume para 400cm3, a pressão do gás passará para: a) 4,0 atm. b) 3,2 atm. c) 2,4 atm. d) 1,6 atm. e) 0,8 atm. 4-(Mackenzie ) Certa massa de um gás ideal sofre uma transformação na qual a sua temperatura em graus celsius é duplicada, a sua pressão é triplicada e seu volume é reduzido à metade. A temperatura do gás no seu estado inicial era de: a) 127 K b) 227 K c) 273 K d) 546 K e) 818 K 5-(Cesgranrio ) Um gás ideal passa de um estado A para um estado B, conforme indica o esquema a seguir: Chamando de TA e TB as temperaturas do gás nos estados A e B, respectivamente, então: a) TA = TB b) TA = 2TB c) TB = 2TA d) TA = 4TB e) TB = 4TA 6-(Unirio ) Certa massa de gás ideal sofre uma transformação isobárica na qual sua temperatura absoluta é reduzida à metade. Quanto ao volume desse gás, podemos afirmar que irá: a) reduzir-se à quarta parte. b) reduzir-se à metade. c) permanecer constante. d) duplicar.


e) quadruplicar. 7- (Puccamp ) Um gás perfeito é mantido em um cilindro fechado por um pistão. Em um estado A, as suas variáveis são: pA=2,0atm; VA=0,90litros; tA=27°C. Em outro estado B, a temperatura é tB=127°c e a pressão é pB=1,5atm. Nessas condições, o volume VB, em litros, deve ser a) 0,90 b) 1,2 c) 1,6 d) 2,0 e) 2,4 8-(Uel ) Um recipiente rígido de 50 litros contém gás perfeito à pressão de 0,80atm e temperatura de 27°C. Quando a temperatura aumentar para 57°C, a pressão, em atmosferas, aumentará para a) 0, 88 b) 0,92 c) 0, 96 d) 1,0 e) 1,3 9-(Ufrs ) O diagrama abaixo representa a pressão (p) em função da temperatura absoluta (T), para uma amostra de gás ideal. Os pontos A e B indicam dois estados desta amostra. Sendo VA e VB os volumes correspondentes aos estados indicados, podemos afirmar que a razão VB/VA é a) 1/4. b) 1/2. c) 1. d) 2. e) 4. 10-(Puc-rio ) Uma câmara fechada, de paredes rígidas contém ar e está sob pressão atmosférica e à temperatura de 20°C. Para dobrar a pressão na câmara, o ar deve ser esquentado para: a) 546°C b) 586°C c) 40°C d) 293°C e) 313°C

11-(Ufv ) Um gás ideal encontra-se inicialmente a uma temperatura de 150°C e a uma pressão de 1,5 atmosferas. Mantendo-se a pressão constante seu volume será dobrado se sua temperatura aumentar para, aproximada-mente: a) 75°C b) 450°C c) 300°C d) 846°C e) 573°C 12-(PUC-SP) Uma certa massa de gás sofre transformações de acordo com o gráfico. Sendo a temperatura emA de 1.000 K, as temperaturas em B e C valem, em Kelvin, respectivarnente: a) 500 e 250 b) 750 e 500 c) 750 e 250 d) 1 000 e 750 e) 1 000 e 500 13-(UFAL) Na tabela abaixo, I,II e III representam estados de uma mesma amostra de um gás perfeito.

Pressão (Atm)

Volume (L)

Temperatura (K)

I 1,0 3,0 300

II 1,5 3,0 X

III 2,0 y 600

Para completar corretamente a tabela, x e y devem ser substituídos, respectivamente, por: a) 300 e 2,0 b) 450 e 3,0 c) 600 e 4,5 d) 300 e 3,0 e) 450 e 4,5 Gabarito: 1D 2D 3B 4D 5B 6B 7C 8A 9C 10E 11E 12E 13B


TERMODINÂMICA

"A termodinâmica estuda as relações entre o calor trocado e o trabalho realizado numa transformação de um sistema." Trabalho realizado por um gás

gás

= P.V

= trabalho realizado pelo gás

P = pressão exercida pelo gás V = variação do volume V = V2 - V1

Na expansão, Vfinal > Vinicial > 0

(o gás realiza trabalho)

Na compressão, Vfinal < Vinicial < 0

(o gás recebe trabalho do meio exterior) Exercícios

1. Numa transformação sob pressão constante de 800 N/m2, o volume de um gás ideal se altera de 0,020 m3 para 0,060 m3. Determine o trabalho realizado durante a expansão do gás.

2. Um gás ideal , sob pressão constante de 2.105 N/m2, tem seu volume reduzido de 12.10-3 m3 para 8.10-3 m3. Determine o trabalho realizado no processo.

3. Sob pressão constante de 50 N/m2, o volume de um gás varia de 0,07 m3 a 0,09 m3. A) o trabalho foi realizado pelo gás ou sobre o gás pelo meio exterior? B) Quanto vale o trabalho realizado?

Trabalho pela área Propriedade: "O trabalho é numericamente igual a área, num gráfico da pressão em função da variação do volume."

P

= área

V1 V2 V

Exercícios

4. As figuras representam a transformação sofrida por um gás. Determinar o trabalho realizado de A para B em cada processo.

a) P (N/m2) A B 20

0 5 V (m3)

b) P (N/m2) A 30 B 0 6 V (m3) c) P (N/m2) A B 10 ......... 0 2 5 V (m3) Primeiro princípio da termodinâmica Q U

Q = U +

Q = quantidade de calor U = variação da energia interna = trabalho

Q (absorvido) > 0 e Q ( cedido) < 0 (expansão) > 0 e (compressão) < 0 U = Ufinal - Uinicial


Exercícios

1. Num dado processo termodinâmico, certa massa de um gás recebe 260 joules de calor de uma fonte térmica. Verifica-se que nesse processo o gás sofre uma expansão, tendo sido realizado um trabalho de 60 joules. Determine a variação da energia interna.

2. Um gás recebe um trabalho de 150 J e absorve uma quantidade de calor de 320 J. Determine a variação da energia interna do sistema.

3. Um gás passa de um estado a outro trocando energia com o meio. Calcule a variação da energia interna do gás nos seguintes casos: a)o gás recebeu 100 J de calor e realizou um trabalho de 80 J. b) o gás recebeu 100J de calor e o trabalho realizado sobre ele é 80 J. c) o gás cedeu 100 J de calor e o trabalho realizado sobre ele é 80 J.

4. Durante um processo, são realizados 100 J de trabalho sobre um sistema, observando-se um aumento de 50 J em sua energia interna. Determine a quantidade de calor trocada pelo sistema, especificando se foi adicionado ou retirado.

5. São fornecidos 14 J para aquecer certa massa de gás a volume constante. Qual a variação na energia interna do gás?

Segundo princípio da termodinâmica Q1 Q2

= Q1 - Q2

Q1 = quantidade de calor fornecida para a máquina térmica. = trabalho obtido

Q2 = quantidade de calor perdida. Rendimento da máquina térmica

1Q

Exercícios 6. Uma máquina térmica recebe 100 joules

de energia, mas devido às perdas por aquecimento, ela aproveita somente 50 joules. Determine o rendimento dessa máquina.

7. Um motor elétrico recebe 80 J de energia, mas aproveita efetivamente apenas 60 J. Qual é o rendimento do motor?

8. Uma máquina térmica, em cada ciclo, rejeita para a fonte fria 240 joules dos 300 joules que retirou da fonte quente. Determine o trabalho obtido por ciclo nessa máquina e o seu rendimento.

9. O rendimento de uma máquina térmica é 60%. Em cada ciclo dessa máquina, o gás recebe 800 joules da fonte quente. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo; b) a quantidade de calor que, em cada ciclo, é rejeitada para a fonte fria.

10. Uma máquina térmica tem 40% de rendimento. Em cada ciclo, o gás dessa máquina rejeita 120 joules para a fonte fria. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo nessa máquina; b) a quantidade de calor que o gás recebe, do ciclo, da fonte quente.

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 01-(Unesp) A primeira lei da termodinâmica diz

respeito à: a) dilatação térmica b) conservação da massa c) conservação da quantidade de movimento d) conservação da energia e) irreversibilidade do tempo 02-(FAM-SP) Se a energia cinética média das moléculas de um gás aumentar e o volume permanecer constante: a) a pressão do gás aumentará e a sua temperatura permanecerá constante b) a pressão permanecerá constante e a temperatura aumentara c) a pressão e a temperatura aumentarão d) a pressão diminuirá e a temperatura aumentará e) a temperatura diminuirá e a pressão permanecerá constante

Fonte Quente T1

Fonte Fria T2

Máquina

Térmica


03-(UEL-PR) A figura abaixo representa uma transformação cíclica de um gás ideal. O módulo do trabalho realizado nos 2 trechos AB, BC e CA, em joules, é respectivamente de: a) 200, 100, 0 b) 100, 100, 100 c) 0, 300, 100 d) 0, 200, 300 e) 100, 200, 300 04-(ITA-SP) O gráfico a seguir representa um ciclo de um sistema termodinâmico hipotético, num diagrama pressão X volume. O trabalho produzido por esse gás nesse ciclo é de aproximadamente: a) 6,0. 10

5 J

b) 9,0. 105 J

c) 3,0. 106 J

d) 9,0. 106 J

e) 6,0. 106 J

05-(UFSM-RS) Na figura estão representados processos nos quais um sistema termodinâmico passa do estado inicial i ao estado final f. O trabalho realizado pelo sistema é máximo no processo: a) iaf b) ibf c) icf d) idf 06-(UECE) Nas transformações isotérmicas dos gases perfeitos, é incorreto afirmar que: a) Não há variação de temperatura. b) A variação da energia interna do gás é nula. c) Não ocorre troca de calor entre o gás e o ambiente. d) O calor trocado pelo gás com o exterior é igual ao trabalho realizado no mesmo processo. 07-(UFRN) Um sistema termodinâmico realiza um trabalho de 40 kcal quando recebe 30 kcal de calor. Nesse processo, a variação de energia interna desse sistema é de: a) -10 kcaI b) 20 kcal c) zero d) 35 kcal e) 10 kcal 08-(PUC-RS) Um sistema recebe 300 cal de uma fonte térmica, ao mesmo tempo em que realiza um trabalho de 854 J. Sabendo-se que 1 cal é igual a 4,18 J, pode-se afirmar que a energia interna do sistema aumenta: a) 300 J b) 554 J c) 1254 J d) 400 J e) 1154 J 09-(PUC-SP) Um gás perfeito realiza um ciclo de Carnot. A temperatura da fonte fria é de 127

0C e a da

fonte quente é de 427 0C. O rendimento do ciclo é:

a) 3,4% b) 70% c) 43% d) 57% e) 7%

10-(ÉSAL-MG) Uma máquina térmica ideal funciona segundo o ciclo de Carnot. Em cada ciclo, o trabalho útil fornecido pela máquina é de 2.000 J. Sabendo que as temperaturas das fontes quente e fria são respectivamente, 127

0C e 27

0C

podemos dizer que a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria é: a) 6 . 10

3 J

b) 4 . 103 J

c) 7 . 103 J

d) 5 . 103 J

e) zero 11-(UFU-MG) Um gás está confinado em um cilindro provido de um pistão. Ele é aquecido, mas seu volume não é alterado. É possível afirmar que: a) A energia interna do gás não varia. b) O trabalho realizado nesta transformação é nulo. c) O pistão sobe durante o aquecimento. d) A força que o gás exerce sobre o pistão permanece constante. e) A energia cinética média das partículas do gás diminui. 12-(UFRN) As seguintes afirmativas se referem a um gás ideal. I) Sempre que o gás recebe calor, sua temperatura aumenta. II) Se o gás recebe calor e sua energia interna não varia, então seu volume aumenta. III) Se o gás sofre uma transformação isotérmica, tem-se T = Q (T = temperatura e Q = calor). IV) Se o gás sofre uma expansão adiabática, a pressão e a temperatura diminuem. A letra que contém as afirmativas corretas é: a) l e Il b) l e III c) III e IV d) lI e IlI e) ll e IV

13-(Unirio 97) Qual é a variação de energia

interna de um gás ideal sobre o qual é realizado um trabalho de 80J durante uma compressão isotérmica? a) 80J b) 40J c) Zero d) - 40J e) - 80J 14-(Ufrs) Enquanto se expande, um gás recebe o

calor Q=100J e realiza o trabalho W=70J. Ao final do processo, podemos afirmar que a energia interna do gás a) aumentou 170 J. b) aumentou 100 J. c) aumentou 30 J. d) diminuiu 70 J. e) diminuiu 30 J.


15-(Ufes) Um cilindro de parede lateral adiabática

tem sua base em contato com uma fonte térmica e é fechado por um êmbolo adiabático pesando 100N. O êmbolo pode deslizar sem atrito ao longo do cilindro, no interior do qual existe uma certa quantidade de gás ideal. O gás absorve uma quantidade de calor de 40J da fonte térmica e se expande lentamente, fazendo o êmbolo subir até atingir uma distância de 10cm acima da sua posição original. Nesse processo, a energia interna do gás a) diminui 50 J. b) diminui 30 J. c) não se modifica. d) aumenta 30 J. e) aumenta 50 J. 16-(Ufmg) A Primeira Lei da Termodinâmica

estabelece que o aumento U da energia interna

de um sistema é dado por U=Q - W, onde Q

é o calor recebido pelo sistema, e W é o trabalho que esse sistema realiza. Se um gás real sofre uma compressão adiabática, então,

a) Q = U.

b) Q = W.

c) W = 0.

d) Q = 0.

e) U = 0.

17-(Uel) Uma determinada máquina térmica deve

operar em ciclo entre as temperaturas de 27°C e 227°C. Em cada ciclo ela recebe 1000 cal da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por ciclo ao exterior, em calorias, vale a) 1000 b) 600 c) 500 d) 400 e) 200 18-(Uel) Uma máquina térmica de Carnot é

operada entre duas fontes de calor a temperaturas de 400K e 300K. Se, em cada ciclo, o motor recebe 1200 calorias da fonte quente, o calor rejeitado por ciclo à fonte fria, em calorias, vale a) 300 b) 450 c) 600 d) 750 e) 900

19-(Ufscar) Maxwell, notável físico escocês da

segunda metade do século XIX, inconformado com a possibilidade da morte térmica do Universo, conseqüência inevitável da Segunda Lei da Termodinâmica, criou o "demônio de Maxwell", um ser hipotético capaz de violar essa lei. Essa fictícia criatura poderia selecionar as moléculas de um gás que transitassem entre dois compartimentos controlando a abertura que os divide, como ilustra a figura. Por causa dessa manipulação diabólica, as moléculas mais velozes passariam para um compartimento, enquanto as mais lentas passariam para o outro. Se isso fosse possível, a) esse sistema nunca entraria em equilíbrio térmico. b) esse sistema estaria em equilíbrio térmico permanente. c) o princípio da conservação da energia seria violado. d) não haveria troca de calor entre os dois compartimentos. e) haveria troca de calor, mas não haveria troca de energia.

GABARITO

1D 2C 3D 4E 5A 6C 7A 8D 9C 10A 11B 12E 13C 14C 15D 16D 17D 18E 19A.


ÓPTICA GEOMÉTRICA Conceitos

a) Corpo luminoso: são os corpos que emitem luz própria. Exemplo: o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, etc.

b) Corpo iluminado: são os corpos que refletem a luz que recebem a luz de outros corpos. Exemplo: a luz.

c) Corpos opacos: são os corpos que impedem a passagem da luz.

d) Corpos transparentes: são os corpos que se deixam atravessar totalmente pela luz.

e) Corpos translúcidos: são os corpos que se deixam atravessar parcialmente pela luz.

Princípios da Óptica Geométrica 1º) Princípio da propagação retilínea da luz: Num meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta. 2º) Princípio da reversibilidade dos raios de luz: O caminho seguido pela luz independe do sentido de propagação. 3º) Princípio da independência dos raios de luz: Um raio de luz, ao cruzar com outro, não interfere na sua propagação. Exercícios

1. Um prédio projeta no solo uma sombra de 15 m de extensão no mesmo instante em que uma pessoa de 1,80 m projeta uma sombra de 2 m. Determine a altura do prédio

2. Qual a altura de uma árvore que projeta uma sombra de 3 m de comprimento, sabendo-se que nesse mesmo instante uma haste vertical de 2 m projeta uma sombra de 1 m?

3. Num mesmo instante, a sombra projetada de uma pessoa é de 5 m e a de um edifício é de 80 m. Sabendo que a altura da pessoa é 1,80 m, calcule a altura do edifício.

4. Qual o comprimento da sombra projetada por uma árvore de 5 m de altura se, no mesmo instante, um arbusto de 0,2 m de altura projeta uma sombra de 0,05 m?

Questões 5. Verifique se a afirmação abaixo é

verdadeira ou falsa; justifique a sua escolha. "Para podermos enxergar um

objeto, é apenas necessário que ele esteja iluminado."

6. Por que no fundo dos oceanos é sempre escuro, seja dia, seja noite, se a água é transparente?

7. Se uma pessoa vê os olhos de uma outra através de um complicado jogo de espelhos, é possível que a segunda pessoa veja os olhos da primeira?

8. Uma lâmpada acesa é um corpo luminoso ou um corpo iluminado? Por quê?

Câmara escura o i -------- p ---------- ------- p' -----

'p

i

p

o

Exercícios

9. Um objeto luminoso AB, de 5 cm de altura, está a 20 cm de distância de uma câmara escura de profundidade 10 cm. Calcular a altura da imagem formada.

10. Uma pessoa de 1,80 m de altura encontra-se a 2,4 m do orifício de uma câmara escura de 0,2 m de comprimento. Qual a altura da imagem formada?

11. Qual a altura da imagem de um poste de 5 m de altura colocado a 20 m de distância de uma câmara escura cujo comprimento é 0,3 m?

12. Uma câmara escura de orifício apresenta comprimento de 40 cm. De uma árvore de altura 5 m obteve-se, no anteparo, uma imagem de altura 25 cm. Determine a distância da árvore até a câmara.

Questões 13. Por que a câmara escura de orifício

produz imagens de cabeça para baixo, quando observadas por trás do anteparo?

14. Qual a principal limitação da câmara escura para que possa ser utilizada para tirar fotografia? Justifique.


A cor de um corpo

"A cor que um corpo apresenta por reflexão é determinada pelo tipo de luz que ele reflete. Por exemplo, um corpo ao ser iluminado pela luz branca (que contém todas as cores), se apresenta azul, porque reflete a luz azul e absorve as demais. Um corpo iluminado pela luz branca se apresenta branco porque reflete todas as cores. Um corpo negro absorve todas as cores." Luz branca luz azul corpo azul Questões

1. Por que uma rosa é vermelha, a grama é verde e um carro é preto?

2. Têm-se três cartões, um branco, um vermelho e um azul. Como se apresentam esses cartões num ambiente iluminado pela luz vermelha?

3. Iluminando a bandeira brasileira com luz monocromática azul, você irá vê-la com que cor (ou cores) ?

4. Sob luz solar você distingue perfeitamente um cartão vermelho de um cartão amarelo. No entanto, dentro de um ambiente iluminado com luz violeta monocromática isso não será possível. Explique por quê.

5. Considere dois corpos, A e B, constituídos por pigmentos puros. Expostos à luz branca, o corpo A se apresenta vermelho e o corpo B se apresenta branco. Se levarmos A e B a um quarto escuro e os iluminarmos com luz vermelha, com que cores eles se apresentarão?

6. Uma flor amarela, iluminada pela luz solar: a) reflete todas as luzes. b) absorve a luz amarela e reflete as demais.

c) reflete a luz amarela e absorve as demais.

d) absorve a luz amarela e, em seguida, a emite.

e) Absorve todas as luzes e não reflete nenhuma.

Reflexão da luz

Reflexão regular: é a reflexão que ocorre numa superfície lisa e polida. Exemplo: espelho. Reflexão difusa: é a reflexão que ocorre numa superfície irregular. Nesta reflexão os raios espalham-se desordenadamente em todas as direções. Leis da reflexão

N i r 1a lei : O raio incidente, o raio refletido e a normal pertencem ao mesmo plano. 2a lei : O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Exercícios 7. Um raio de luz forma com a superfície

plana na qual incide um ângulo de 40o . Determine o ângulo de reflexão desse raio.

8. O ângulo formado entre o raio incidente e o raio refletido numa superfície espelhada é de 60o . Determine os ângulos de incidência e de reflexão.

60o Espelho plano "Considera-se espelho plano toda superfície plana e lisa onde predomine a reflexão regular da luz. superfície refletora superfície opaca Formação de imagens num espelho plano


O objeto e a imagem fornecida por um espelho plano são simétricos em relação ao espelho.

Um espelho plano associa a um objeto real uma imagem virtual.

P P' d d Exercícios 1. A distância de um ponto objeto à imagem

fornecida por um espelho plano, vale 40 cm. Determine: A) a distância do objeto à superfície do espelho; B) a nova distância que separa o objeto e imagem, no caso de o objeto se aproximar 5 cm do espelho.

2. Uma pessoa corre para um espelho plano vertical com velocidade de 3 m/s. Com que velocidade a imagem da pessoa se aproxima do espelho?

Imagem de um objeto extenso fornecida por um espelho plano

Exercícios

3. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.

4. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.

5. A figura mostra um objeto diante de um

espelho plano. Construa a imagem do objeto.

6. Num relógio, em que cada número foi

substituído por um ponto, os ponteiros indicam quatro horas. Que horas uma pessoa verá, ao observar o relógio por reflexão, em um espelho plano?

7. Coloca-se, diante de um espelho plano,

um cartão no qual está escrita a palavra FELIZ. Como se vê a imagem dessa

palavra através do espelho?


EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1-(ENEM) Em muitas situações na Física, utilizamos o conceito de “ano-luz”. De acordo com o conceito de ano-luz, é CORRETO afirmar que ele se trata: a) de uma medida de distância. b) de uma medida de massa. c) de uma medida de velocidade. d) de uma medida de tempo.

2-(FUMEC) Em um dia ensolarado, um aluno de

1,70 m mede sua sombra encontrando 1,20 m. Naquele instante, a sombra de um poste nas proximidades mede 4,80 m. CALCULE a altura do poste. a) 4,2m b) 5,2m b) 6,8m d) 7,2m e) 8,4m 3-Um edifício projeta no solo uma sombra de 42 metros de comprimento, no mesmo instante em que uma haste vertical de 50cm produz uma sombra de 75 cm de comprimento. Qual o tamanho da sombra do edifício? a) 62m b) 44m b) 36m d) 28m e) 8,4m 4-Uma camara escura de orifício apresenta comprimento de 15cm. De uma torre de transmissão de Tv obteve-se uma imagem de altura 10 cm. Sabendo-se que a câmara está a 60m da torre, determine a altura da torre. a) 90 m b) 10 m c) 0,1 m d) 40 m e) 50 m 5-(Fuvest ) Admita que o sol subitamente

"morresse", ou seja, sua luz deixasse de ser emitida. 24 horas após este evento, um eventual sobrevivente, olhando para o céu, sem nuvens, veria: a) a Lua e estrelas. b) somente a Lua. c) somente estrelas. d) uma completa escuridão. e) somente os planetas do sistema solar.

6-(Cesgranrio ) Às 18h, uma pessoa olha para o

céu e observa que metade da Lua está iluminada pelo Sol. Não se tratando de um eclipse da Lua, então é correto afirmar que a fase da Lua, nesse momento: a) só pode ser quarto crescente b) só pode ser quarto minguante c) só pode ser lua cheia. d) só pode ser lua nova. e) pode ser quarto crescente ou quarto minguante. 7-(Ufmg) A figura mostra a bandeira do Brasil de

forma esquemática. Sob luz branca, uma pessoa vê a bandeira do Brasil com a parte I branca, a parte II azul, a parte III amarela e a parte IV verde. Se a bandeira for iluminada por luz monocromática amarela, a mesma pessoa verá, provavelmente, a) a parte I amarela e a II preta. b) a parte I amarela e a II verde. c) a parte I branca e a II azul. d) a parte I branca e a II verde. 8-(Ufes ) Um objeto amarelo, quando observado em uma sala iluminada com luz monocromática azul, será visto a) amarelo. b) azul. c) preto. d) violeta. e) vermelho. 9-(Cefet-Pós Médio)Um objeto é iluminado por

uma fonte de luz branca. Um observador o enxerga verde porque tal objeto, a)refrata a luz verde b)difrata a luz verde c)emite luz verde d)reflete luz verde e)absorve a luz verde 10-(Unirio ) Durante a final da Copa do Mundo,

um cinegrafista, desejando alguns efeitos especiais, gravou cena em um estúdio completamente escuro, onde existia uma bandeira da "Azurra" (azul e branca) que foi iluminada por um feixe de luz amarela monocromática. Quando a cena foi exibida ao público, a bandeira apareceu: a) verde e branca. b) verde e amarela. c) preta e branca. d) preta e amarela. e) azul e branca.


11-(Ufrn ) Ana Maria, modelo profissional,

costuma fazer ensaios fotográficos e participar de desfiles de moda. Em trabalho recente, ela usou um vestido que apresentava cor vermelha quando iluminado pela luz do sol. Ana Maria irá desfilar novamente usando o mesmo vestido. Sabendo-se que a passarela onde Ana Maria vai desfilar será iluminada agora com luz monocromática verde, podemos afirmar que o público perceberá seu vestido como sendo a) verde, pois é a cor que incidiu sobre o vestido. b) preto, porque o vestido só reflete a cor vermelha. c) de cor entre vermelha e verde devido à mistura das cores. d) vermelho, pois a cor do vestido independe da radiação incidente.

GABARITO: 1A 2B 3D 4D 5C 6C 7A 8C 9D 10D 11B.

ESPELHOS PLANOS

1-(Cesgranrio) A imagem da figura a seguir obtida por reflexão no espelho plano E é mais bem representada por: 2-(Pucmg ) Num relógio de ponteiros, cada número foi substituído por um ponto. Uma pessoa, ao observar a imagem desse relógio refletida em um espelho plano, lê 8 horas. Se fizermos a leitura diretamente no relógio, verificaremos que ele está marcando: a) 1h b) 2h c) 3h d) 4h e) 5h

3-(G1 etfsp) Um raio de luz reflete-se em uma superfície plana e polida (S), conforme mostra a figura a seguir. O ângulo entre os raios incidentes (AO) e refletido (OB) mede 90°. O ângulo de incidência do raio de luz, mede: a) 60° b) 50° c) 45° d) 30° e) 20° 4-(Uelondrina ) Um observador O observa a imagem de um objeto P refletida num espelho plano horizontal. A figura mostra um feixe de raios luminosos que partem de P. O raio que atinge o observador O é a) PEO b) PDO c) PCO d) PBO e) PAO 5- (Ufmg ) Observe a figura. Nessa figura, dois espelhos planos estão dispostos de modo a formar um ângulo de 30° entre eles. Um raio luminoso incide sobre um dos espelhos, formando um ângulo de 70° com a sua superfície. Esse raio, depois de se refletir nos dois espelhos,

cruza o raio incidente formando um ângulo de: a) 120° b) 110° c) 100° d) 90° e) 80° 6-(Ita) Um raio de luz de uma lanterna acesa em A ilumina o ponto B, ao ser refletido por um espelho horizontal sobre a semi-reta DE da figura, estando todos os pontos num mesmo plano vertical. Determine a distância entre a imagem virtual da lanterna A e o ponto B. Considere AD = 2 m, BE = 3 m e DE = 5 m. a) 5m

b) 25 m

c) 52m

d) 105m

e) 32m


7-(Unesp) A figura a seguir representa um espelho plano, um objeto, 0, sua imagem, I, e cinco observadores em posições distintas, A, B, C, D e E. Entre as posições indicadas, a única da qual o observador poderá ver a imagem I é a posição a) A. b) B. c) C. d) D. e) E. 8- (G1 - cftce ) Observando as imagens formadas por dois espelhos planos de um objeto entre eles colocado, Syned, um curioso aluno, verifica que, para determinado ângulo, formam-se 5 imagens, entretanto, fazendo variar o ângulo entre os espelhos, o número de imagens diminui. Pode-se concluir que: a) o ângulo era inicialmente de 60°, e o ângulo entre os espelhos estava aumentando b) o ângulo era inicialmente de 30°, e o ângulo entre os espelhos estava aumentando c) o ângulo era inicialmente de 60°, e o ângulo entre os espelhos estava diminuindo d) o ângulo era inicialmente de 72°, e o ângulo entre os espelhos estava diminuindo e) o ângulo era inicialmente de 72°, e o ângulo entre os espelhos estava aumentando 9- (Unesp ) Um estudante veste uma camiseta em cujo peito se lê a inscrição seguinte: UNESP a) Reescreva essa inscrição, na forma que sua imagem aparece para o estudante, quando ele se encontra frente a um espelho plano. b) Suponha que a inscrição esteja a 70cm do espelho e que cada letra da camiseta tenha 10cm de altura. Qual a distância entre a inscrição e sua imagem? Qual a altura de cada letra da imagem? GABARITO 1B 2D 3C 4D 5A 6C 7C 8A 9 a) b) D= 140cm e i= 10cm

ESPELHOS ESFÉRICOS Chama-se espelho esférico o que tem a forma de uma calota esférica, isto é, quando sua superfície refletora é parte de uma superfície esférica.

Pode ser côncavo ou convexo, conforme a superfície refletora seja a interna (voltada para o centro da esfera) ou a externa. Os espelhos esféricos atuam como lentes, podendo aumentar ou diminuir o tamanho das imagens. Elementos geométricos dos espelhos esféricos (C)Centro de curvatura: centro da esfera (R) Raio de curvatura: R= raio de esfera Importante: R=2f (V)Vértice do espelhos: V= pólo da calota (E)Eixo principal do espelho: reta que contém C e V Espelhos côncavos Característica principal Aumenta o tamanho das imagens porém diminui o campo visual:


Espelhos convexos Diminui o tamanho das imagens porém aumenta o campo visual. O que acontece com a luz ao incidir no espelho? Espelho Côncavo Espelho Convexo ESPELHOS ESFÉRICOS (estudo analítico) p = distância do objeto ao espelho p' = distância da imagem ao espelho R = raio de curvatura f = distância focal (f = R/2) o = altura do objeto i = altura da imagem p' > 0 : imagem real p' < 0 : imagem virtual i > 0 : imagem direita i < 0 : imagem invertida f >0 : espelho côncavo f < 0 : espelho convexo

Equação de Gauss p = distancia do objeto ao vértice (abscissa do objeto) p`= distancia da imagem (abscissa da imagem) f = distancia focal Aumento Linear Transversal

Questões

1. Constrói-se um farol de automóvel utilizando um espelho esférico e um filamento de pequenas dimensões que pode emitir luz. A) O espelho utilizado é côncavo ou convexo? B) Onde se deve posicionar o filamento?

2. Pretende-se acender um cigarro, concentrando-se a luz solar através de um espelho esférico. A) O espelho deve ser côncavo ou convexo?

B) Onde deve ser colocada a ponta do cigarro que se quer acender? 3. Em grandes lojas e supermercados,

utilizam-se espelhos convexos estrategicamente colocados. Por que não se utilizam espelhos planos ou côncavos?

4. Vários objetos que apresentam uma superfície polida podem se comportar como espelhos. Diga se cada um dos objetos seguintes se comporta como espelho côncavo ou convexo, convergente ou divergente:

A) Superfície interna de uma colher. B) Bola de árvore de Natal. C) Espelho interno do farol de um automóvel.

5. Para examinar o dente de uma pessoa, o dentista utiliza um pequeno espelho (como você já de deve Ter visto). Esse espelho permite que o dentista enxergue detalhes do dente (imagem ampliada e


direta). Tendo em vista essas informações, responda: A) O espelho deve ser plano, côncavo ou convexo? B) A distância do dente ao espelho deve ser maior ou menor que a sua distância focal?

ESPELHOS ESFÉRICOS (estudo analítico)

= --------------------- p ----------------------------------- o C i F V --------------- p' --------------------

-------------------- R ---------------------------

-------- f -----------

p = distância do objeto ao espelho p' = distância da imagem ao espelho R = raio de curvatura f = distância focal (f = R/2) o = altura do objeto i = altura da imagem p' > 0 : imagem real p' < 0 : imagem virtual i > 0 : imagem direita i < 0 : imagem invertida f >0 : espelho côncavo f < 0 : espelho convexo Equações dos espelhos esféricos

'p

1

p

1

f

1

p

'p

o

i

Aumento linear transversal

o

iA ou

p

'pA

Exercícios

1. Um objeto de 5 cm de altura é colocado a 30 cm do vértice de um espelho côncavo de distância focal 50 cm. A) Qual a distância da imagem ao vértice do espelho? B) Qual o tamanho da imagem? C) A imagem é real ou virtual?

2. Em frente a um espelho côncavo de distância focal 20 cm, encontra-se um objeto real, a 10 cm de seu vértice. Determine: A) A posição da imagem; B) O aumento linear; C) a imagem é direita ou invertida?

3. Um objeto de 6 cm de altura está localizado à distância de 30 cm de um espelho esférico convexo, de 40 cm de raio de curvatura. Determine a posição da imagem

4. Um objeto de 3 cm de altura foi colocado diante de um espelho esférico convexo de raio de curvatura igual a 60 cm. Sendo o objeto perpendicular ao eixo principal e a sua abscissa igual a 15 cm, pergunta-se: A) Qual é a altura da imagem? B) A imagem é real ou virtual? Direita ou invertida?

5. Por meio de um pequeno espelho esférico côncavo, é possível projetar na parede a imagem da chama de uma vela. Colocando a chama a 40 cm do espelho, a imagem se forma a 200 cm de distância deste. A) Qual a distância focal do espelho? B) Faça um esquema com o objeto a imagem e o espelho.

6. Em um espelho esférico côncavo obtém-se uma imagem de altura quatro vezes maior que a altura do objeto. A distância da imagem ao espelho vale 20 cm. A) Determine a abscissa do objeto. B) Qual a distância focal do espelho?


EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES

1-(Unaerp) Um espelho usado por esteticistas permite que o cliente, bem próximo ao espelho, possa ver seu rosto ampliado e observar detalhes da pele. Este espelho é: a) côncavo. b) convexo. c) plano. d) anatômico. e) epidérmico. 2-(Fei ) O espelho retrovisor de uma motocicleta é convexo porque: a) reduz o tamanho das imagens e aumenta o campo visual b) aumenta o tamanho das imagens e aumenta o campo visual c) reduz o tamanho das imagens e diminui o campo visual d) aumenta o tamanho das imagens e diminui o campo visual e) mantém o tamanho das imagens e aumenta o campo visual 3-(Ufes) Quando aproximamos um objeto de um espelho côncavo, a) sua imagem real diminui e afasta-se do espelho. b) sua imagem real diminui e aproxima-se do espelho. c) sua imagem real aumenta e afasta-se do espelho. d) sua imagem real aumenta e aproxima-se do espelho. e) sua imagem real não se altera. 4-(Cesgranrio) Um objeto de altura h é colocado perpendicularmente ao eixo principal de um espelho esférico côncavo. Estando o objeto no infinito, a imagem desse objeto será: a) real, localizada no foco. b) real e de mesmo tamanho do objeto. c) real, maior do que o tamanho do objeto. d) virtual e de mesmo tamanho do objeto. e) virtual, menor do que o tamanho do objeto. 5-(Ufrs ) A imagem de um objeto real, formada por um espelho convexo, é sempre a) real, invertida e maior do que o objeto. b) rela, direita e menor do que o objeto. c) real, direita e maior do que o objeto. d) virtual, invertida e maior do que o objeto. e) virtual, direita e menor do que o objeto.

6-(Pucmg ) Se um espelho forma uma imagem real e ampliada de um objeto, então o espelho é: a) convexo e o objeto está além do foco. b) convexo e o objeto está entre o foco e o espelho. c) côncavo e o objeto está entre o foco e o centro do espelho. d) côncavo e o objeto está além do foco. e) côncavo ou convexo e com o objeto entre o foco e o centro do espelho. 7-(Ufsm ) A figura representa um objeto O colocado sobre o centro de curvatura C de um espelho esférico côncavo. A imagem formada será a) virtual, direita e menor. b) virtual, invertida e menor. c) real, direta e maior. d) real, invertida e maior. e) real, invertida e de mesmo tamanho. 8-(Pucpr ) Um objeto real, representado pela seta, é colocado em frente a um espelho podendo ser plano ou esférico conforme as figuras. A imagem fornecida pelo espelho será virtual: a) apenas no caso I. b) apenas no caso II. c) apenas nos casos I e II. d) nos casos I e IV e V. e) nos casos I, II e III.


9-(Uece ) Um pequeno objeto é colocado perpendicularmente sobre o eixo principal e a 12cm do vértice de um espelho esférico côncavo, cujo raio de curvatura é 36cm. A imagem conjugada pelo espelho é: a) real, invertida e maior que o objeto b) virtual, direita e maior que o objeto c) virtual, direita e menor que o objeto d) real, invertida e menor que o objeto 10-(Pucpr ) Um espelho côncavo produz uma imagem real invertida do mesmo tamanho que um objeto situado a 40 cm de distância. Podemos afirmar que a distância focal do espelho é: a) 20 cm b) 40 cm c) 10 cm d) 80 cm e) 120 cm 11-(Mackenzie) Um objeto real é colocado sobre o eixo principal de um espelho esférico côncavo a 4cm de seu vértice. A imagem conjugada desse objeto é real e está situada a 12cm do vértice do espelho, cujo raio de curvatura é: a) 2 cm. b) 3 cm. c) 4 cm. d) 5 cm. e) 6 cm. 12-(Uff ) Um rapaz utiliza um espelho côncavo, de raio de curvatura igual a 40cm, para barbear-se. Quando o rosto do rapaz está a 10cm do espelho, a ampliação da imagem produzida é: a) 1,3 b) 1,5 c) 2,0 d) 4,0 e) 40 15-(OBF) Na figura ABAIXO são mostrados um espelho esférico, um objeto e sua imagem. Determine as distâncias focal f e do centro de curvatura R do espelho. a) f = 20 cm e R = 40 cm b) f = 30 cm e R = 60 cm c) f = 60 cm e R = 120 cm d) f = 20 cm e R = 20 cm e) f = 20 cm e R = 30 cm

13-(UFES) A distância focal de um espelho convexo mede 5,0 cm. Uma imagem virtual situada a 4 cm de vértice do espelho corresponde a um objeto: a)Real e situado a 20 cm do espelho b)Virtual e situado a 15 cm do espelho c)Virtual e situada a 6,66 cm do espelho d)Real e situada a 4 cm do espelho e)Virtual e situada a 4 cm do espelho 15-(Puccamp-SP) Um objeto real é colocado a 6,0 cm de um espelho côncavo, raio de curvatura 9,0 cm e sobre o seu eixo principal. A imagem conjugada pelo espelho é: a)Virtual, direta e menor que o objeto b)Real, invertida e maior que o objeto c)Real, invertida e menor que o objeto d)Real, direta e maior que o objeto e)Real , direta e menor que o objeto 16-( FAFEOD-MG) Uma aluno deseja obter uma imagem de um objeto, que seja virtual e maior que o objeto, usando um espelho esférico de distancia focal igual a 30 cm. Para isso, ele poderá usa um espelho: a)Côncavo e colocar o objeto a 40 cm do espelho b)Côncavo e colocar o objeto a 20 cm do espelho c)Convexo e colocar o objeto em qualquer posição d)Côncavo ou convexo e colocar o objeto em qualquer posição e)Côncavo ou convexo e colocar o objeto a 40 cm do espelho 17-(Puccamp ) Um objeto, de 2,0cm de altura, é colocado a 20cm de um espelho esférico. A imagem que se obtém é virtual e possui 4,0mm de altura. O espelho utilizando é a) côncavo, de raio de curvatura igual a 10cm. b) côncavo e a imagem se forma a 4,0cm de espelho. c) convexo e a imagem obtida é invertida. d) convexo, de distância focal igual a 5,0cm. e) convexo e a imagem se forma a 30cm do objeto. 18 (Pucsp ) Um objeto é colocado a 30 cm de um espelho esférico côncavo perpendicularmente ao eixo óptico deste espelho. A imagem que se obtém é classificada como real e se localiza a 60 cm do espelho. Se o objeto for colocado a 10 cm do espelho, sua nova imagem a) será classificada como virtual e sua distância do espelho será 10 cm. b) será classificada como real e sua distância do espelho será 20 cm.


c) será classificada como virtual e sua distância do espelho será 20 cm. d) aumenta de tamanho em relação ao objeto e pode ser projetada em um anteparo. e) diminui de tamanho em relação ao objeto e não pode ser projetada em um anteparo. 19 (Ufpel ) Um objeto de 6 cm de altura é colocado perpendicularmente ao eixo principal e a 24 cm do vértice de um espelho esférico côncavo, de raio de curvatura 36 cm. Baseado em seus conhecimentos sobre óptica geométrica, a altura e natureza da imagem são, respectivamente, a) 2 cm, virtual e direita. b) 12 cm, real e invertida. c) 18 cm, virtual e direita. d) 18 cm, real e invertida. e) 2 cm, virtual e invertida. 20 (Ufscar ) Uma mocinha possuía um grande espelho esférico côncavo que obedecia às condições de estigmatismo de Gauss. Com seu espelho, de raio de curvatura 3,0 m, estava acostumada a observar recentes cravos e espinhas. Certo dia, sem que nada se interpusesse entre ela e seu espelho, observando-o diretamente, a uma distância de 2,0 m da superfície refletora e sobre o eixo principal, a) não pôde observar a imagem de seu rosto, que é de tamanho menor e em posição invertida. b) não pôde observar a imagem de seu rosto, que é de tamanho maior e em posição invertida. c) pôde observar a imagem de seu rosto em tamanho reduzido e disposta em posição direita. d) pôde observar a imagem de seu rosto em tamanho ampliado e disposta em posição direita. e) pôde observar a imagem de seu rosto em tamanho ampliado e disposta em posição invertida. 21 (Unifesp) Suponha que você é estagiário de uma estação de televisão e deve providenciar um espelho que amplie a imagem do rosto dos artistas para que eles próprios possam retocar a maquilagem. O toucador limita a aproximação do rosto do artista ao espelho a, no máximo, 15 cm. Dos espelhos a seguir, o único indicado para essa finalidade seria um espelho esférico a) côncavo, de raio de curvatura 5,0 cm. b) convexo, de raio de curvatura 10 cm. c) convexo, de raio de curvatura 15 cm. d) convexo, de raio de curvatura 20 cm. e) côncavo, de raio de curvatura 40 cm.

GABARITO: 1A 2A 3C 4A 5E 6C 7E 8D 9B 10A 11E 12C 13A 14A 15A 16B 17B 18D 18C 19D 20B 21E

REFRAÇÃO DA LUZ "Quando a luz passa de um meio para outro ela pode mudar de direção, ou seja, refratar-se." Índice de refração absoluto

"índice de refração de um meio qualquer em relação ao vácuo." velocidade c vácuo outro meio velocidade v

v

cn

n = índice de refração c = velocidade da luz no vácuo ( c= 300.000

km/s) v = velocidade da luz em outro meio nar 1 Exercícios

1. Certa luz monocromática apresenta num meio material velocidade igual a 150.000 km/s. Sendo a velocidade da luz no vácuo 300.000 km/s, determine o índice de refração absoluto para esse meio.

2. Determine o índice de refração absoluto de um líquido onde a luz se propaga com a velocidade de 200.000 km/s. A velocidade da luz no vácuo é 300.000 km/s.

3. O índice de refração absoluto da água é 1,3 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação da luz na água, se no vácuo ela se propaga com a velocidade de 300.000 km/s?

4. O índice de refração absoluto do vidro é 1,5 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação dessa luz no vidro?

5. A velocidade da luz amarela num determinado meio é 4/5 da velocidade da


luz no vácuo. Qual o índice de refração absoluto desse meio?

Questões 6. Se um pescador quiser fisgar um peixe

lançando obliquamente um arpão, ele deverá arremessá-lo acima ou abaixo da posição em que vê o peixe?

7. Como deve ser um meio para que a luz se propague nele em linha reta?

8. O que veríamos se mergulhássemos uma peça de vidro num líquido de mesmo índice de refração que o vidro?

9. A luz procedente do Sol poente se propaga através da atmosfera segundo uma trajetória curva, de modo que o Sol parece estar mais alto do que realmente está. Como se explica este fenômeno? Ilustre com um diagrama.

Índice de refração relativo

vA

A B vB

B

A

A

BBA

v

v

n

nn

Exercícios 10. Numa substância A, a velocidade da luz

é 250.000 km/s; numa substância B é 200.000 km/s. Determine: a) o índice de refração relativo da substância A em relação à substância B; b) o índice de refração relativo da substância B em relação à substância A.

11. O índice de refração absoluto da água é 1,3 e o do vidro é 1,5. Determine os índices de refração relativos da água em relação ao vidro e do vidro em relação à água.

12. Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,5 e o índice de refração absoluto de Y é 1,8, qual é o índice de refração absoluto de X?

13. Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,6 e o índice de refração absoluto de Y é 1,5, qual é o índice de refração absoluto de X?

Lei de Snell-Descartes i A B r

rsen

isen

n

n

A

B

i = ângulo de incidência r = ângulo de refração Exercícios 1. Um raio luminoso incide na superfície

que separa o meio A do meio B, formando um ângulo de 60o com a normal no meio A. O ângulo de refração vale 30o e o meio A é o ar, cujo índice de refração é nA = 1. Determine o índice de refração do meio B (nB). Dados: sen 30o = 0,5 e sem 60o = 0,9.

2. Quando se propaga de um meio A para um meio B, incidindo sob ângulo de 45o com a normal, um raio luminoso se refrata formando com a normal um ângulo de 60o . Sendo 1,4 o índice de refração do meio B, determine o índice de refração do meio A . ). Dados: sen 45o = 0,7 e sem 60o = 0,9.

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1-(Udesc ) Em um dia quente, ao percorrermos uma estrada asfaltada, termos a impressão de que ela está "molhada" à nossa frente. Tal fenômeno é conseqüência da: a) polarização da luz; b) refração da luz; c) difração da luz; d) dispersão da luz;


e) interferência da luz. 2-(Unesp) Muitas vezes, ao examinar uma vitrina, é possível observar não só os objetos que se encontram em exposição atrás do vidro, como também a imagem de si próprio formada pelo vidro, A formação dessa imagem pode ser explicada pela. a) reflexão parcial da luz. b) reflexão total da luz. c) refração da luz. d) transmissão da luz. e) difração da luz. 3-(Unifor-CE) No vácuo, ou no ar, a velocidade da luz é de 3,0 .108 m/s. Num vidro, cujo índice de refração é 1,50, a velocidade da luz é, em m/s, a) 1,0 . 108 b) 1,5 . 108 c) 2,0 . 108 d) 3,0 . 108 e) 4,5 . 108 4-(UN. FED. PELOTAS - RS) Um pincel de luz se

propaga do vácuo para um meio material de índice de refração absoluto 4/3. Sendo a velocidade de propagação da luz no vácuo de 3 x 105 km/s, podemos afirmar que a velocidade da luz no meio material é de: a) 4 x 105 km/s b) 2,25 x 105 km/s c) 3 x 105 km/s d) 2 x 105 km/s e) 3,25 x 105 km/s 5-(U. E. Londrina-PR) Para determinar o índice de refração de um líquido, faz-se com que um feixe de luz monocromática proveniente do ar forme um ângulo de 60º em relação à normal, no ponto de incidência. Para que isso aconteça, o ângulo de refração observado é de 30º. Sendo o índice de refração do ar igual a 1,0, então o índice de refração do líquido será:

6-(Mackenzie ) Um raio luminoso monocro-mático, ao passar do ar (índice de refração =1,0) para a água, reduz sua velocidade de 25%. O índice de refração absoluto da água para esse raio luminoso é de aproximadamente: a)1,2 b)1,3 c)1,4 d)1,5 e)1,6 7-(UEMS) Um raio de luz, propagando-se no ar incide sobre uma placa de vidro conforme mostra a figura. Sendo o índice de refração do ar nar = 1, qual é o índice de refração do vidro?

8-(UN. FED. RO) Para o esquema seguinte, qual o valor do índice de refração relativon2/n1?

a) 4

b) 2

c)

d) 2

e)

09-(UFPB) As figuras abaixo representam secções retas de um cubo de vidro que tem uma de suas faces atingida por um raio de luz monocromática, proveniente do ar. As trajetórias do raio luminoso, também representadas, estão no plano dessas figuras. Sabendo-se que o índice de refração do vidro é maior do que o do ar, as trajetórias fisicamente possíveis são a) I e II b) I e IV c) II e III d) II e IV e) III e IV


Gabarito 1B 2C 3C 4B 5C 6B 07E 08E 09B.

ONDAS Definição: Denomina-se onda ao movimento causado por uma perturbação que se propaga através de um meio. Classificação das Ondas: 1- Quanto à natureza: Onda Mecânica: Precisa de um meio natural para propagar-se (não se propaga no vácuo). Ex.: corda ou onda sonora (som). Onda Eletromagnética: Não necessita de um meio natural para propagar-se. Ex.: ondas de rádio ou luz. 2- Quanto à direção da vibração: Ondas Transversais: São aquelas que possuem vibrações perpendi-culares à direção da propagação. Ondas Longitudinais: As vibrações coincidem com a direção da propagação. 3- Quanto à direção da propagação: Unidimensionais: Propagam-se numa só direção. Ex.: ondas em corda. Bidimensionais: Propagam-se num plano. Ex.: ondas na superfície de um lago.

Tridimensionais: São aquelas que se propagam em todas as direções. Ex.: ondas sonoras no ar atmosférico. Ondas Periódicas: São aquelas que recebem pulsos periódicos, ou seja, recebem pulsos em intervalos de tempo iguais. Portanto, passam por um mesmo ponto com a mesma freqüência.

"Comprimento de onda ( ) é a distância entre dois

pontos consecutivos do meio que vibram em fase,"

v = .f

T

1f

v = velocidade de propagação da onda

= comprimento de onda

f = freqüência T = período A = amplitude

Ondas Estacionárias São ondas resultantes da superposição de duas ondas com: - mesma freqüência - mesma amplitude - mesmo comprimento de onda - mesma direção - sentidos opostos Ao atingirem a extremidade fixa, elas se refletem, voltando com sentido contrário ao anterior. Dessa forma, as perturbações se superpõem às outras que estão chegando à parede, originando o fenômeno das ondas estacionárias. Característica: amplitude variável de ponto para ponto, isto é, pontos que não se movimentam (amplitude nula). Nodos: pontos que não se movimentam Ventres: pontos que vibram com amplitude máxima É evidente que, entre os nós, os pontos da corda vibram com a mesma freqüência, mas com amplitudes diferentes.


Os fenômenos ondulatórios Reflexão: É quando a onda, após incidir num segundo meio de características diferentes, volta a se propagar no meio original. O pulso sofre reflexão com inversão de fase, mantendo todas as outras características. O pulso sofre reflexão e não ocorre inversão de fase. - Refração de ondas É o fenômeno segundo o qual uma onda muda seu meio de propagação. - Interferência Num ponto pode ocorrer superposição de duas ou mais ondas, o efeito resultante é a soma dos efeitos que cada onda produziria sozinha nesse ponto. - Difração As ondas não se propagam obrigatoriamente em linha reta a partir de uma fonte emissora. Elas apresentam a capacidade de contornar obstáculos, desde que estes tenham dimensões comparáveis ao comprimento de onda. - Ressonância Quando um sistema vibrante é submetido a uma série periódica de impulsos cuja freqüência coincide com a freqüência natural do sistema, a amplitude de suas oscilações cresce gradativamente, pois a energia recebida vai sendo armazenada.

- Polarização Polarizar uma onda significa orientá-la em uma única direção ou plano.

Exercícios

1. A figura representa uma onda periódica que se propaga numa corda com velocidade v = 10 m/s. Determine a freqüência dessa onda e a amplitude.

2. Um conjunto de ondas periódicas

transversais , de freqüência 20 Hz, propaga-se em uma corda. A distância entre uma crista e um vale adjacente é de 2m. Determine: A) o comprimento de onda; B) a velocidade da onda.

3. Num tanque pequeno a velocidade de propagação de uma onda é de 0,5 m/s. Sabendo que a freqüência do movimento é de 10 Hz, calcule o comprimento da onda.

4. Determine o comprimento de onda de

uma estação de rádio que transmite em 6000 kHz.

5. Uma onda se propaga ao longo de uma corda com freqüência de 60 Hz, como ilustra a figura.

A) Qual a amplitude da onda?


B) Qual o valor do comprimento de onda? C) Qual a velocidade de propagação dessa onda?

6. Uma fonte produz ondas periódicas na

superfície de um lago. Essas ondas percorrem 2,5 m em 2 segundos. A distância entre duas cristas sucessivas de onda é 0,25 m. Determine: A) a velocidade de propagação da onda; B) o comprimento de onda; C) a freqüência.

Questões

7. O que é crista de uma onda? O que é vale?

8. O que é período de uma onda? E freqüência?

9. O que é amplitude de uma onda? 10. Como podemos produzir uma onda? Exercícios complementares 11. Ondas periódicas produzidas no meio de

uma piscina circular de 6m de raio por uma fonte de freqüência constante de 2 Hz demoram 10 s para atingir a borda da piscina. Qual o comprimento de onda dessa vibração?

12. Num lago, correntes de ar produzem ondas periódicas na superfície da água, que se propagam à razão de 3 m/s. Se a distância entre duas cristas sucessivas dessas ondas é 12 m, qual o período de oscilação de um barco ancorado?

13. Numa corda tensa, propaga-se uma onda de comprimento de onda 0,2 m com velocidade igual a 8 m/s. Determine a freqüência e o período dessa onda.

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1-(Uel ) Numa corda, uma fonte de ondas realiza um movimento vibratório com freqüência de 10Hz. O diagrama mostra, num determinado instante, a forma da corda percorrida pela onda. A velocidade de propagação da onda, em cm/s, é de a) 8,0 b) 20 c) 40 d) 80 e) 160

2-(Ufal ) Normalmente descrevem-se ondas

senoidais, mas pode-se pensar em ondas com outras formas. Pode-se ter ondas periódicas retangulares como no esquema a seguir. O comprimento de onda dessa onda, em unidades da régua impressa, é um valor mais próximo de a) 5,0 b) 3,5 c) 2,5 d) 1,5 e) 1,0 3-(Ufsm-)A figura representa, esquema-

ticamente, a quantidade de radiação absorvida (I) por certos tipos de vegetais, em função do

comprimento de onda () da radiação eletromagnética proveniente do Sol. A freqüência, em Hz, que os seres humanos percebem como verde é cerca de: a) 1,5 × 102 b) 1,5 × 103 c) 6 × 105 d) 1,5 × 1011 e) 6 ×1014

4-(Fuvest ) A Rádio USP opera na freqüência de 93,7 megahertz. Considerando-se que a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas na atmosfera é igual a 300000km/s, o comprimento de onda emitida pela Rádio USP é aproximadamente igual a: a) 3,2 m b) 32,0 m c) 28,1 m d) 93,7 m e) 208,1 m 5- (Uel 95) Uma onda periódica transversal se propaga numa mola, onde cada ponto executa uma oscilação completa a cada 0,20s. Sabendo-se que a distância entre duas cristas consecutivas é 30cm, pode-se concluir que a velocidade de propagação dessa onda é, em m/s, igual a a) 0,15 b) 0,60 c) 1,5 d) 3,0 e) 6,0


6-(Cesgranrio ) Uma estação de rádio transmite seus programas em ondas curtas de 40m. Sabendo que a velocidade de propagação das ondas é igual a 300.000km/s, a freqüência será de: a) 7,5 x 10

5 Hz

b) 7,5 x 106 Hz

c) 750 x 106Hz

d) 1200 x 106 Hz

e) 7,5 x 109 Hz

7-(Unesp ) Em um exame de audiometria, uma pessoa foi capaz de ouvir freqüências entre 50Hz e 3kHz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é 340m/s, o comprimento de onda correspondente ao som de maior freqüência (mais agudo) que a pessoa ouviu foi: a) 3 × 10

2 cm.

b) 0,5 cm. c) 1,0 cm. d) 11,3 cm. e) 113,0 cm. 8-( Cefet-PR) Com relação ao estudo das ondas, são feitas as seguintes afirmações: I. Quando uma onda passa de um meio material para outro, ocorre o fenômeno chamado refração, com alteração da freqüência da onda. II. As ondas sonoras podem ser polarizadas, pois são ondas longitudinais. III. O fenômeno da decomposição da luz branca em seu espectro é denominado dispersão. É(são) correta(s) somente a(s) afirmação(ões): a) I. b) I e II. c) II. d) I e III. e) III. 9-( UFRS) Considere as seguintes afirmações a respeito de ondas transversais e longitudinais: I. Ondas transversais podem ser polarizadas e ondas longitudinais não. II. Ondas transversais podem sofrer interferência e ondas longitudinais não. III. Ondas transversais podem apresentar efeito Doppler e ondas longitudinais não. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) Apenas I e III. 10-(.U. Salvador-BA) No fenômeno da refração da onda, necessariamente permanece constante a) a freqüência da onda. b) a velocidade de propagação da onda. c) a amplitude da onda. d) o comprimento de onda da onda. e) a direção de propagação da onda.

11-(Pucmg ) I. O fenômeno pelo qual uma onda não forma uma sombra com limites precisos, quando contorna uma barreira que a bloqueia parcialmente, é chamado de difração. II. Quando uma onda passa de um meio para outro, ocorre a mudança de alguns de seus parâmetros, mas sua freqüência permanece constante. III. Uma onda da freqüência 50 Hz e comprimento de onda 20cm está se movendo à velocidade de 10m/s. Assinale: a) se apenas as afirmativas I e II forem falsas b) se apenas as afirmativas II e III forem falsas c) se apenas as afirmativas I e III forem falsas d) se todas forem verdadeiras e) se todas forem falsas 12-(Fuvest ) Radiações como Raios X, luz verde, luz ultravioleta, microondas ou ondas de rádio, são

caracterizadas por seu comprimento de onda () e por sua freqüência (f). Quando essas radiações propagam-se no vácuo, todas apresentam o mesmo valor para

a) b) f

c) .f

d) /f

e) 2/f

13-(Pucrs ) Uma onda sonora de 1000Hz propaga-se no ar a 340m/s quando atinge uma parede, onde passa a se propagar com velocidade de 2000m/s. É correto afirmar que os valores do comprimento de onda e da freqüência da onda propagando-se na parede são, respectivamente, a) 0,340m e 1000Hz. b) 0,680m e 1000Hz. c) 0,850m e 2000Hz. d) 2,000m e 1000Hz. e) 2,500m e 500Hz. 14-( UFRS) Percorre-se a extremidade de um trilho retilíneo de 102 m de comprimento. Na extremidade oposta do trilho, uma pessoa escuta dois sons: um deles produzido pela onda que se propagou no trilho e o outro produzido pela onda que se propagou pelo ar. O intervalo de tempo que separa a chegada dos dois sons é de 0,28 s. Considerando a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, qual é o valor aproximado da velocidade com que o som se propaga no trilho? a) 5100 m/s b) 1760 m/s c) 364 m/s d) 176 m/s e) 51 m/s 15-(UF RS ) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do parágrafo abaixo. As emissoras de rádio emitem ondas ........... que são sintonizadas pelo rádio-receptor. No processo de transmissão, essas ondas devem sofrer modulação. A sigla FM adotada por certas emissoras de rádio significa .......... modulada. a)eletromagnéticas - freqüência b)eletromagnéticas - fase


c)sonoras - faixa d)sonoras - fase e)sonoras - freqüência 16-(Ufv) Uma onda transversal propagando-se

pelo espaço é representada abaixo pelos gráficos x-y e y-t, nos quais y representa a amplitude, x a posição e t o tempo. Após a análise dos gráficos, pode-se afirmar que o comprimento de onda, o período, a freqüência e a velocidade de propagação dessa onda são, respectivamente: a) 20 m, 10 s, 0,1 Hz e 2,0 m/s b) 30 m, 5,0 s, 0,2 Hz e 6,0 m/s c) 30 m, 5,0 s, 0,5 Hz e 10 m/s d) 20 m, 10 s, 0,5 Hz e 10 m/s e) 20 m, 5,0 s, 0,1 Hz e 2,0 m/s 17-(Unesp ) Em um exame de audiometria, uma

pessoa foi capaz de ouvir freqüências entre 50Hz e 3kHz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é 340m/s, o comprimento de onda correspondente ao som de maior freqüência (mais agudo) que a pessoa ouviu foi a) 3 × 102 cm. b) 0,5 cm. c) 1,0 cm. d) 11,3 cm. e) 113,0 cm. Gabarito: 1D 2B 3E 4A 5C 6B 7D 8E 9A 10A 11D 12C 13D 14A 15A

16A 17D

Os fenômenos ondulatórios

- Reflexão de ondas Quando uma onda que se propaga num dado meio encontra uma superfície que separa esse meio de outro, essa onda pode, parcial ou totalmente, retornar para o meio em que estava se propagando.

- Refração de ondas É o fenômeno segundo o qual uma onda muda seu meio de propagação.

- Interferência

Num ponto pode ocorrer superposição de duas ou mais ondas, o efeito resultante é a soma dos efeitos que cada onda produziria sozinha nesse ponto.

- Difração As ondas não se propagam obrigatoriamente em linha reta a partir de uma fonte emissora. Elas apresentam a capacidade de contornar obstáculos, desde que estes tenham dimensões comparáveis ao comprimento de onda.

- Ressonância Quando um sistema vibrante é submetido a uma série periódica de impulsos cuja freqüência coincide com a freqüência natural do sistema, a amplitude de suas oscilações cresce gradativamente, pois a energia recebida vai sendo armazenada.

- Polarização Polarizar uma onda significa orientá-la em uma única direção ou plano. Questões

1. Conta-se que um famoso tenor italiano, ao soltar a voz num agudo, conseguia romper um copo de cristal. Como é possível explicar fisicamente essa ocorrência?

2. As ondas luminosas também podem sofrer difração, como as ondas sonoras. Explique por que é mais fácil perceber a difração sonora do que a difração luminosa.

3. Conta-se que na Primeira Guerra Mundial uma ponte de concreto desabou quando soldados, em marcha cadenciada, passaram sobre ela. Como é possível explicar essa ocorrência?

O SOM

As ondas sonoras são ondas mecânicas e portanto não se propagam no vácuo. São audíveis pelo homem quando sua freqüência se situa entre 20 Hz e 20.000 Hz. Fontes de som

Em geral, as fontes de som são os corpos em vibração, como o cone de um alto-falante, as cordas vocais, etc."


A velocidade do som

Nos líquidos e nos sólidos, onde as moléculas estão mais próximas umas das outras, a velocidade do som é bem maior do que em um gás. vsólidos > vlíquidos > vgases

Velocidade do som no ar: 340 m/s Velocidade do som na água: 1450 m/s Qualidades de um som

- Intensidade Ë a qualidade que nos permite distinguir os sons fortes dos fracos. - Timbre É a qualidade que nos faz distinguir as vozes de duas pessoas, mesmo quando emitindo sons de mesma freqüência. Também permite diferenciar os sons de dois instrumentos musicais, mesmo quando eles emitem a mesma nota. - Altura É a qualidade do som que nos permite distinguir os sons graves dos agudos. O eco Quando uma onda sonora encontra um obstáculo à sua frente, ela pode retornar à sua fonte por reflexão. O eco ocorre se a distância entre a origem do som e o obstáculo for, no mínimo, de 17 m. Nossos ouvidos têm a capacidade de distinguir sons emitidos num intervalo de tempo de, no mínimo, 0,1 s. Sonar É um equipamento colocado em navios que envia ondas sonoras em direção ao fundo do mar e recebe, posteriormente, a reflexão, podendo-se calcular a profundidade. Questões 1. No filme Guerra nas estrelas, as batalhas

travadas entre as naves são acompanhadas pelo ruído característico das armas disparadas e dos veículos explodindo. Fisicamente, isso realmente poderia ocorrer? Por quê?

2. Em um filme americano de faroeste, um índio colou seu ouvido ao chão para verificar se a cavalaria estava se aproximando. Há uma justificativa física para esse procedimento? Explique.

3. De que forma dois astronautas podem conversar na superfície da Lua?

4. Se você observar a distância alguém cortando lenha, primeiro verá o martelo batendo na madeira e só depois ouvirá o barulho. O mesmo fenômeno acontece com os raios, em dia de tempestade: primeiro vemos o clarão e depois ouvimos o trovão. Por que isso acontece?

5. Em que princípio se baseia o funcionamento do radar? E o do sonar?

6. Por que o som do eco é mais fraco que o som emitido?

7. A afirmação abaixo está errada. Comente o erro e corrija a frase: "Quando você fala, as partículas de ar se movem da sua boca até o ouvido de quem escuta".

8. Os morcegos têm uma visão extremamente deficiente, orientando-se, em seus vôos, pelas vibrações ultra-sônicas. Explique como isso é possível.

Exercícios

9. Uma pessoa ouve o som de um trovão 2 segundos depois de ver o relâmpago. Determine a que distância aproximadamente do observador caiu o raio. Considere a velocidade do som no ar igual a 340 m/s.

10. Se uma pessoa ouve o som do disparo de uma arma de fogo 5 s após a ter visto ser disparada, qual a distância entre o ouvinte e o atirador? Considerando vsom = 340 m/s.

11. A velocidade de propagação do som no ar é 340 m/s. Uma onda sonora de comprimento de onda no ar igual a 34 m é audível pelo homem? Justifique a sua resposta.

12. No stand de tiro-ao-alvo, o atirador ouve o eco do tiro que ele dispara 0,6 s após o disparo. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine a distância entre o atirador e o obstáculo que reflete o som.

13. Num passeio ao "vale do eco", um turista percebe que o primeiro eco de seu grito é ouvido 4 s após a emissão. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine a que distância dele se encontra o obstáculo refletor.

14. O som se propaga na água com velocidade de 1450 m/s. Qual a distância


entre uma pessoa e a barreira refletora, para que ela possa receber o eco, nesse meio?

15. Com o "sonar", verifica-se, numa dada região do oceano Atlântico, que o intervalo de tempo entre a emissão de um pulso sonoro e sua posterior recepção é de 2 s. Se a velocidade do som na água do mar é 1500 m/s, qual a profundidade da região pesquisada?

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES ACÚSTICA 1-(Ufv 2000) Em alguns filmes de ficção científica a explosão de uma nave espacial é ouvida em outra nave, mesmo estando ambas no vácuo do espaço sideral. Em relação a este fato é CORRETO afirmar que: a) isto não ocorre na realidade pois não é possível a propagação do som no vácuo. b) isto ocorre na realidade pois, sendo a nave tripulada, possui seu interior preenchido por gases. c) isto ocorre na realidade uma vez que o som se propagará junto com a imagem da mesma. d) isto ocorre na realidade pois as condições de propagação do som no espaço sideral são diferentes daquelas daqui da Terra. e) isto ocorre na realidade e o som será ouvido inclusive com maior nitidez, por não haver no meio material no espaço sideral.

2-(Uel 97) Considere as afirmações a seguir.

I. O eco é um fenômeno causado pela reflexão do som num anteparo. II. O som grave é um som de baixa freqüência. III. Timbre é a qualidade que permite distinguir dois sons de mesma altura e intensidade emitidos por fontes diferentes. São corretas as afirmações. a) I, apenas. b) I e II, apenas. c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. 3-(Fuvest 2002) O som de um apito é analisado com o uso de um medidor que, em sua tela, visualiza o padrão apresentado na figura a seguir. O gráfico representa a variação da pressão que a onda sonora exerce sobre o medidor, em função do tempo, em µs (1 µs = 10

-6 s). Analisando a tabela de intervalos de

freqüências audíveis, por diferentes seres vivos, conclui-se que esse apito pode ser ouvido apenas por

a) seres humanos e cachorros b) seres humanos e sapos c) sapos, gatos e morcegos d) gatos e morcegos e) morcegos

4-(Fei 96) O aparelho auditivo humano distingue no som 3 qualidades, que são: altura, intensidade e timbre. A altura é a qualidade que permite a esta estrutura diferenciar sons graves de agudos, dependendo apenas da freqüência do som. Assim sendo, podemos afirmar que: a) o som será mais grave quanto menor for sua freqüência b) o som será mais grave quanto maior for sua freqüência c) o som será mais agudo quanto menor for sua freqüência d) o som será mais alto quanto maior for sua intensidade e)o som será mais alto quanto menor for sua freqüência 5-(Unaerp 96) Além do dano que podem causar à audição, os sons fortes têm vários outros efeitos físicos. Sons de 140 decibéis (dB) (som de um avião a jato pousando) podem produzir numerosas sensações desagradáveis; entre elas, perda de equilíbrio e náusea. A unidade Bel (B), utilizada no texto, representa: a) a freqüência do som. b) a intensidade física do som. c) o nível sonoro do som. d) a potência do som. e) o timbre do som. 6-(Ufmg 97) Duas pessoas esticam um corda, puxando por suas extremidades, e cada uma envia um pulso na direção da outra. Os pulsos têm o mesmo formato, mas estão invertidos como mostra a figura.


Pode-se afirmar que os pulsos a) passarão um pelo outro, cada qual chegando à outra extremidade. b) se destruirão, de modo que nenhum deles chegará às extremidades. c) serão refletidos, ao se encontrarem, cada um mantendo-se no mesmo lado em que estava com relação à horizontal. d) serão refletidos, ao se encontrarem, porém invertendo seus lados com relação à horizontal. 7-(Ufu 2004) Uma corda de um violão emite uma freqüência fundamental de 440,0 Hz ao vibrar livremente, quando tocada na região da boca, como mostra Figura 1. Pressiona-se então a corda a L/3 de distância da pestana, como mostra Figura 2. A freqüência fundamental emitida pela corda pressionada, quando tocada na região da boca, será de: a) 660,0 Hz. b) 146,6 Hz. c) 880,0 Hz. d) 293,3 Hz.

8-(Cesgranrio) Quando o ouvido humano é

submetido continuamente a ruídos de nível sonoro superior a 85dB, sofre lesões irreversíveis. Por isso, o Ministério do Trabalho estabelece o tempo máximo diário que um trabalhador pode ficar exposto a sons muito intensos. Esses dados são apresentados a seguir: Nível sonoro (dB): 85 Tempo máximo de exposição(h): 8 Nível sonoro (dB): 90 Tempo máximo de exposição(h): 4 Nível sonoro (dB): 95 Tempo máximo de exposição(h): 2 Nível sonoro (dB): 100 Tempo máximo de exposição(h): 1 Observe-se, portanto, que a cada aumento de 5dB no nível sonoro, o tempo máximo de exposição cai para a metade. Sabe-se ainda que, ao assistir a um show de rock, espectadores próximos às caixas de som estão expostos a um nível sonoro de 110dB. O nível de intensidade sonora (N) é expresso em decibéis (dB) por:

onde: I = intensidade sonora fornecida pela caixa de som; I0 = intensidade-padrão, correspondente ao limiar da audição (para o qual N=0). Para o nível de intensidade N=120dB, a intensidade sonora, fornecida pela caixa de som, deverá ser de: a) 1013 . I0 b) 1012 . I0 c) 1200 . I0 d) 120 . I0 e) 12 . I0 9-(Ufjf 2006) Considerando que a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s e que o canal auditivo humano pode ser comparado a um tubo de órgão com uma extremidade aberta e a outra fechada, qual deveria ser o comprimento do canal auditivo para que a freqüência fundamental de uma onda sonora estacionária nele produzida seja de 3400 Hz? a) 2,5 cm b) 7,5 cm c) 0,25 cm d) 0,10 m e) 0,10 cm 10-(Ufes 2002) Na Ilha Escalvada, em frente a Guarapari, existe um farol de auxílio à navegação. Em um dia com muito vento, estando a porta da base e a janela do topo do farol abertas, observa-se a formação de uma ressonância sonora com freqüência de 30 Hz no interior do farol. O farol pode ser considerado como um tubo ressonante de extremidades abertas. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é de 340 m/s e considerando-se que a onda estacionária tem três nós de deslocamento, a altura do farol é: a) 12 m b) 15 m c) 17 m d) 21 m e) 34 m

11-(UFES-1999)O sonar de um barco de pesca

localiza um cardume diretamente abaixo da embarcação. O tempo decorrido desde a emissão do sinal até a chegada do eco ao sonar é de 0,5 s e a freqüência do sinal recebido é maior que a freqüência do sinal emitido. Se a velocidade de propagação do som na água do mar é de 1.600 m/s, a profundidade do cardume e seu deslocamento relativo ao sonar, respectivamente, são A) 200 m, parado. B) 400 m, aproximadando-se. C) 400 m, afastando-se. D) 800 m, parado. E) 800 m, aproximando-se. Gabarito 1A 2E 3D 4A 5C 6A 7A 8B 9A 10C 11B

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Apostila de-fisica-2º-ano