Projeto de Recuperação Semestral 2ª Série EM

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1 Série/Ano: 2 série FÍSICA Objetivo: Proporcionar ao aluno a oportunidade de rever os conteúdos trabalhados durante o semestre nos quais apresentou dificuldade e que servirão como pré-requisitos para os conteúdos que serão trabalhados no próximo semestre. Como estudar (estratégia): O aluno deverá refazer os exercícios dados em sala e realizar a lista de exercícios. Deverá, também, refazer as provas aplicadas como forma de rever o conteúdo de maneira prática e assistir as vídeoaulas dos assuntos indicados. O conteúdo descrito abaixo será avaliado por meio de: 1ª Avaliação (referente ao 1º bimestre) 1 prova com questões tipo teste 1 Lista de exercícios 2ª Avaliação (referente ao 2º bimestre) 1 prova com questões tipo teste 1 Lista de exercícios FÍSICA 1 1º bimestre Matéria a ser estudada (conteúdo): VOLUME CAPÍTULO ASSUNTO Espelhos esféricos Estudo Analítico dos espelhos gaussianos LISTA DE EXERCÍCIOS 1º bimestre 1) O espelho retrovisor de um carro e o espelho em portas de elevador são, geralmente, espelhos esféricos convexos. Para um objeto real, um espelho convexo gaussiano forma uma imagem com quais características? 2) Na figura abaixo, ilustra-se um espelho esférico côncavo (E) e seus respectivos centro de curvatura (C), foco (F) e vértice (V). Um dos infinitos raios luminosos que incidem no espelho tem sua trajetória representada por r. As trajetórias de 1 a 5 se referem a possíveis caminhos seguidos pelo raio luminoso refletido no espelho.

2 Qual o número que melhor representa a trajetória percorrida pelo raio r, após refletir no espelho E? Explique. 3) Em uma animação do Tom e Jerry, o camundongo Jerry se assusta ao ver sua imagem em uma bola de Natal cuja superfície é refletora, como mostra a reprodução abaixo. É correto afirmar que o efeito mostrado na ilustração não ocorre na realidade, pois a bola de Natal formaria uma imagem com quais características? 4) Um objeto é colocado perpendicularmente sobre o eixo principal de um espelho esférico de distância focal 2 m, que atende às condições de nitidez de Gauss. A imagem formada é virtual, direita e com o dobro do comprimento do objeto. Nas condições descritas, relativas à natureza e à posição da imagem formada, determine: a) o tipo do espelho esférico empregado. b) a distância, em metros, do objeto ao vértice do espelho esférico. 5) Quando entrou em uma ótica para comprar novos óculos, um rapaz deparou-se com três espelhos sobre o balcão: um plano, um esférico côncavo e um esférico convexo, todos capazes de formar imagens nítidas de objetos reais colocados à sua frente. Notou ainda que, ao se posicionar sempre a mesma distância desses espelhos, via três diferentes imagens de seu rosto, representadas na figura a seguir.

3 Em seguida, associou cada imagem vista por ele a um tipo de espelho e classificou-as quanto às suas naturezas. Qual tipo de espelho cada imagem irá representar? Explique. 6) Um objeto luminoso encontra-se a 40 cm de uma parede e a 20 cm de um espelho côncavo, que projeta na parede uma imagem nítida do objeto, como mostra a figura. Considerando que o espelho obedece às condições de nitidez de Gauss, calcule sua distância focal. 7) Determine o raio de curvatura, em cm, de um espelho esférico que obedece às condições de nitidez de Gauss e que conjuga de um determinado objeto uma imagem invertida, de tamanho igual a 1/3 do tamanho do objeto e situada sobre o eixo principal desse espelho. Sabe-se que distância entre a imagem e o objeto é de 80 cm. 8) Uma vela acesa foi colocada a uma distância P do vértice de um espelho esférico côncavo de 100 cm de distância focal. Verificou-se que o espelho projetava em uma parede uma imagem da chama desta vela, ampliada 5 vezes. Determine o valor de P. 9) Um objeto está à frente de um espelho e tem sua imagem aumentada em quatro vezes e projetada em uma tela que está a 2,4 m do objeto, na sua horizontal. Determine: a) Que tipo de espelho foi utilizado? b) Qual o seu raio de curvatura? 10) Para se barbear, um jovem fica com o seu rosto situado a 50 cm de um espelho, e este fornece a imagem do rosto ampliada 2 vezes. Responda justificando: a) O espelho utilizado é côncavo ou convexo? b) Calcule a distância focal do espelho.

4 FÍSICA 2 1º bimestre 1 1 Matéria a ser estudada (conteúdo): VOLUME CAPÍTULO ASSUNTO 1 Cargas elétricas Processos de eletrização 1 2 Lei de Coulomb 3 Campo elétrico Características do vetor campo elétrico 4 Campo elétrico em condutores LISTA DE EXERCÍCIOS 1º bimestre Justifique todas as respostas 1) A eletrização que ocorre nas gotículas existentes nas nuvens, pode ser observada em inúmeras situações diárias, como quando, em tempo seco, os cabelos são atraídos para o pente, ou quando ouvimos pequenos estalos, por ocasião da retirada do corpo de uma peça de lã. Nesse contexto, considere um bastão de vidro que é atritado, em um ambiente seco, com uma flanela, ambos inicialmente neutros, ficando carregado, após a eletrização, positivamente com carga total Q = 9, C. Dado a carga elétrica elementar e = 1, C, qual o número e o tipo de carga em excesso do bastão de vidro? Justifique. 2) Uma esfera metálica A, eletrizada com carga elétrica igual a -20 μc é colocada em contato com outra esfera idêntica B, eletricamente neutra. Em seguida, encosta-se a esfera B em outra C, também idêntica eletrizada com carga elétrica igual a 50 μc. Após esse procedimento, as esferas B e C são separadas. Qual a carga elétrica armazenada na esfera B no final desse processo? 3) Duas cargas pontuais q 1 e q 2 são colocadas a uma distância R entre si. Nesta situação, observa-se uma força de módulo F 0 sobre a carga q 2. Se agora a carga q 2 for reduzida à metade e a distância entre as cargas for reduzida para R/4 qual será o módulo da força atuando em q 1, em função de F 0? 4) Duas esferas idênticas e eletrizadas com cargas elétricas q 1 e q 2 se atraem com uma força de 9N. Se a carga da primeira esfera aumentar cinco vezes e a carga da segunda esfera for aumentada oito vezes, qual será o valor da força, em newtons, entre elas? 5) O gráfico mostra como varia a força de repulsão entre duas cargas elétricas, idênticas e puntiformes, em função da distância entre elas.

5 Considerando a constante eletrostática do meio como k = 9x10 9 N.m 2 /C 2, determine: a) o valor da força F. b) a intensidade das cargas elétricas. 6) Uma carga elétrica q fica sujeita a uma força elétrica de 4, N ao ser colocada num campo elétrico de 2, N/C. Qual o valor da carga elétrica q, em microcoulomb ( C)? 7) Duas cargas elétricas, q 1 = +1 C e q 2 = -4 C, estão no vácuo (k 0 = 9x10 9 N.m 2 /C 2 ), fixas nos pontos 1 e 2 e separadas por uma distância d = 60 cm, como mostra a figura abaixo. Como base nas informações, determine: a) A intensidade, a direção e o sentido do vetor campo elétrico resultante no ponto médio da linha reta que une as duas cargas. b) O ponto em que o campo elétrico resultante é nulo à esquerda de q 1. 8) Os pontos P, Q, R e S são equidistantes das cargas localizadas nos vértices de cada figura a seguir: Sobre os campos elétricos resultantes, em quais pontos (P, Q, R ou S) ele será nulo? 9) Com relação a um condutor esférico eletricamente carregado e em equilíbrio eletrostático, classifique as frases a seguir como verdadeiras (V) ou falsas (F), corrigindo as frases que são falsas ( ) O campo elétrico resultante nos pontos internos do condutor é nulo. ( ) O módulo do campo elétrico na superfície do condutor é E = kq/r 2. ( ) Nos pontos da superfície do condutor, o vetor campo elétrico tem direção perpendicular à superfície. ( ) As cargas elétricas em excesso distribuem-se uniformemente no interior do condutor. ( ) A intensidade do vetor campo elétrico para pontos externos ao condutor é constante. 10) Em uma aula de laboratório de Física, para estudar propriedades de cargas elétricas, foi realizado um experimento em que pequenas esferas eletrizadas são injetadas na parte superior de uma câmara, em vácuo, onde há um campo elétrico uniforme na mesma direção e sentido da aceleração local da gravidade. Observou-se que, com campo elétrico de módulo igual a 2x10 3 V/m uma das esferas, de massa 3,2x10-15 kg, permanecia com velocidade constante no interior da câmara. Note e adote: - carga do elétron = - 1,6x10-19 C. - carga do próton = 1,6x10-19 C. - aceleração da gravidade = 10 m/s 2. 0 Qual o tipo de carga elétrica que essa esfera tem em excesso? Quantas partículas em excesso tem essa esfera?

6 FÍSICA 1 2º bimestre Matéria a ser estudada (conteúdo): VOLUME CAPÍTULO ASSUNTO Refração da luz Leis da refração Refração da luz ângulo limite e reflexão total LISTA DE EXERCÍCIOS 2º bimestre 1) O vidro tem índice de refração absoluto igual a 1,5 para um dado raio luminoso. Sendo a velocidade da luz no vácuo aproximadamente igual a m/s, qual a velocidade do referido raio luminoso no vidro? 2) Sabendo que a velocidade da luz em um meio é 1, m/s, qual é o índice de refração desse meio? Considere a velocidade da luz no vácuo igual a m/s. 3) Um feixe luminoso se propagando no ar incide em uma superfície de vidro. Calcule o ângulo de refração sabendo que o ângulo de incidência é de 60. Considere que os índices de refração do ar e do vidro, são respectivamente 1,0 e 3. 4) Um feixe de luz monocromática atravessa a interface entre dois meios transparentes com índices de refração n 1 e n 2 respectivamente, conforme representa a figura abaixo. Sendo 1 = 45º e 2 = 30º, determine: a) O ângulo de desvio D, numa refração é dado pelo módulo da diferença entre o ângulo de incidência e o ângulo de refração. Qual o ângulo de desvio que o raio sofreu na refração descrita? b) Se n 1 = 1, qual o valor de n 2? 5) Um feixe luminoso incide sobre uma superfície plana, fazendo um ângulo de 60 com a normal à superfície. Sabendo que este feixe é refratado com um ângulo de 30 com a normal, calcule a razão entre a velocidade da luz incidente e a velocidade da luz refratada. 6) Um raio de luz monocromática propagando-se no ar incide no ponto O, na superfície de um espelho, plano e horizontal, formando um ângulo de 30 com sua superfície. Após ser refletido no ponto O desse espelho, o raio incide na superfície plana e horizontal de um líquido e sofre refração. O raio refratado forma um ângulo de 30 com a reta normal à superfície do líquido, conforme o desenho abaixo.

7 Sabendo que o índice de refração do ar é 1, calcule o índice de refração do líquido. 7) Durante um teste com uma amostra de um material transparente e homogêneo, um engenheiro de materiais precisa determinar o índice de refração do mesmo. Para isso, ele utiliza o princípio da refração, fazendo incidir sobre uma amostra semicircular, de raio r, um feixe de laser monocromático, conforme a figura. Sabendo que o índice de refração do ar é 1, qual o índice de refração do material da amostra? 8) Um rapaz está deitado rente à margem de um lago salgado. Um peixe se encontra submerso logo à frente do rapaz, mas este não o consegue ver devido ao fenômeno de reflexão total. Sendo o ângulo indicado na figura, determine o mínimo valor do sen, para que a situação descrita seja possível. Considere que os índices de refração do ar e da água, são respectivamente 1,0 e 3/2.

8 9) Um ladrão escondeu o produto de seu roubo em uma caixa pendurada por uma corda de 2,1 m de comprimento e amarrada no centro de uma boia de base circular. A boia estava em águas de índice de refração 5/4. De qualquer ponto da superfície era impossível ver a caixa. Adotando o índice de refração do ar como 1, determine: a) Qual o valor do seno do ângulo limite (sen L) para o par de meios indicados? b) Qual o raio mínimo (R min ) da base da boia? 10) Uma fibra óptica é um guia de luz, flexível e transparente, cilíndrico, feito de sílica ou polímero, de diâmetro não muito maior que o de um fio de cabelo, usado para transmitir sinais luminosos a grandes distâncias, com baixas perdas de intensidade. A fibra óptica é constituída de um núcleo, por onde a luz se propaga e de um revestimento, como esquematizado na figura abaixo (corte longitudinal). Sendo o índice de refração do núcleo 1,60 e o do revestimento, 1,45, determine: a) Qual a velocidade da luz em km/s, no núcleo da fibra óptica? Adote c = km/s. b) Utilizando os dados da tabela abaixo determine o menor valor do ângulo de incidência do feixe luminoso, para que toda a luz incidente permaneça no núcleo. Note e adote (graus) sen cos 25 0,42 0, ,50 0, ,71 0, ,77 0, ,82 0, ,87 0, ,91 0,42 n sen n sen

9 FÍSICA 2 2º bimestre Matéria a ser estudada (conteúdo): VOLUME CAPÍTULO ASSUNTO 5 Potencial elétrico Trabalho da força elétrica 2 6 Potencial elétrico resultante Diferença de potencial elétrico (ddp) 7 Corrente elétrica 3 8 Potência elétrica e energia LISTA DE EXERCÍCIOS 2º bimestre Justifique todas as respostas 1) Uma carga elétrica de intensidade Q = 10,0 C, no vácuo, gera um campo elétrico em dois pontos A e B, conforme figura abaixo. Sabendo-se que a constante eletrostática do vácuo é k 0 = 9x10 9 N.m 2 /C 2, qual o trabalho realizado pela força elétrica para transferir uma carga q = 2,0 C, do ponto B até o ponto A é, em mj? 2) O esquema abaixo representa um campo elétrico uniforme E, no qual as linhas verticais correspondem às superfícies equipotenciais. Uma carga elétrica puntiforme, de intensidade 400 C, colocada no ponto A, passa pelo ponto B após algum tempo. Determine, em joules, o trabalho realizado pela força elétrica para deslocar essa carga entre os pontos A e B. 3) Ao colocarmos duas cargas pontuais q 1 = 5,0 C e q 1 = 2,0 C a uma distância d = 30,0 cm, realizamos trabalho. Determine a energia potencial eletrostática, em joules, deste sistema de cargas pontuais. Dado: k 0 = N.m 2 /C 2.

10 4) O gráfico mostra a dependência do potencial elétrico criado por uma carga pontual, no vácuo, em função da distância à carga. Determine o valor da carga elétrica. Dê a sua resposta em unidades de10-9 C. Dado: k 0 = N.m 2 /C 2. 5) Mediante estímulo, íons de K + atravessam a membrana de uma célula nervosa em 1,0 ms. Calcule a intensidade dessa corrente elétrica, sabendo-se que a carga elementar é e = 1, C. 6) O gráfico anexo representa a intensidade da corrente que percorre um condutor em função do tempo. Sendo a carga elementar e = 1, C, determine: a) a carga elétrica que atravessa a secção transversal do condutor em 6 segundos; b) o número de elétrons que nesse intervalo de tempo atravessou a secção; c) a intensidade média de corrente entre 0 e 6 s. 7) Um receptor de rádio, quando em funcionamento, requer de sua bateria uma corrente i = 1,6x10-2 A. Cada vez que dois elétrons saem do cátodo reage quimicamente com o eletrólito, dando origem a uma molécula de nova substância. Quantas dessas moléculas serão formadas em uma hora de funcionamento do rádio? A carga do elétron vale 1,6x10-19 C. 8) Em uma sala estão ligados um aparelho de ar-condicionado, um televisor e duas lâmpadas idênticas, como mostra a figura. A tabela informa a potência e a diferença de potencial de funcionamento desses dispositivos. Dispositivo Potência (W) d.d.p (V) Ar-condicionado Televisor Lâmpada

11 a) Considerando o custo de 1 kwh igual a R$ 0,30 e os dados da tabela, calcule, em reais, o custo total da energia elétrica consumida pelos quatro dispositivos em um período de 5,0 horas. b) Considerando que os dispositivos estejam funcionando conforme as especificações da tabela, calcule a intensidade da corrente elétrica total para esse conjunto, em ampères. 9) Em 2016, as lâmpadas incandescentes tiveram sua venda definitivamente proibida no país, por razões energéticas. Uma lâmpada fluorescente, considerada energeticamente eficiente, consome 28 W de potência e pode produzir a mesma intensidade luminosa que uma lâmpada incandescente consumindo a potência de 100 W. A vida útil média da lâmpada fluorescente é de h e seu preço médio é de R$ 20,00, enquanto a lâmpada incandescente tem vida útil de h e cada unidade custaria, hoje, R$ 4,00. O custo da energia é de R$ 0,25 por quilowatt-hora. Calcule o valor total, em reais, que pode ser poupado usando uma lâmpada fluorescente, ao longo da sua vida útil, ao invés de usar lâmpadas incandescentes para obter a mesma intensidade luminosa, durante o mesmo período de tempo. 10) As células fotovoltaicas transformam luz em energia elétrica. Um modelo simples dessas células apresenta uma eficiência de 10%. Uma placa fotovoltaica quadrada com 5 cm de lado, quando exposta ao sol do meio-dia, faz funcionar uma pequena lâmpada, produzindo uma tensão de 5,0 V e uma corrente 100 ma. Essa placa encontra-se na horizontal em uma região onde os raios solares, ao meio dia, incidem perpendicularmente à superfície da Terra, durante certo período do ano. Calcule a intensidade da luz solar (I = P/A), em W/m 2, ao meio-dia, nessa região.