CONCURSO DOCENTE 2016 QUESTÕES DISCURSIVAS FÍSICA

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1 CONCURSO DOCENTE 016 QUESTÕES DISCURSIVAS FÍSICA 1ª QUESTÃO Um gerador de força eletromotriz 1 V e resistência interna,0 Ω é ligado a uma resistência externa de valor R. A potência dissipada na resistência externa é de 16 W. a) Calcule os possíveis valores de R; Potência dissipada na resistência externa: Corrente elétrica no circuito: i = ε (R+r) P = Ri = 16 (1), ε = 1 V e r = Ω () Substituindo () em (1), vem que: R ( 1 R+ ) = 16 Resolvendo a equação do segundo grau para R, temos que R = 1,0 ou R = 4,0. b) Faça um gráfico de potência (em watt) x intensidade de corrente (em ampère), indicando a intensidade da corrente de curto circuito e o valor da potência máxima para esse gerador. 1

2 ª QUESTÃO Considere dois pequenos blocos: M 1 de massa 3,0 kg e M de massa 1,0 kg. O bloco M está em repouso na parte horizontal do percurso, preso a um elemento de ligação de comprimento L. Esse elemento de ligação com um ponto de apoio externo permite que o bloco efetue uma volta em um plano vertical. O bloco M 1 está travado em repouso, a uma altura h = 0 cm do solo horizontal. A figura a seguir ilustra a situação: Em certo instante, o bloco M 1 é liberado e desce o trilho sem atrito. Ocorre então uma colisão perfeitamente elástica entre os blocos M 1 e M. A velocidade adquirida pelo bloco M é a mínima que permite a ele efetuar uma volta completa. Considerando a aceleração da gravidade local, g = 10 m/s, calcule o valor do comprimento L quando o elemento de ligação é a) um fio ideal; A velocidade v 1, do bloco de massa M 1 antes da colisão, é dada pela conservação de energia, logo: M 1 gh = M 1v 1 v 1 = m/s Após a colisão perfeitamente elástica, fazendo a conservação do momento linear, os blocos de massas M 1 e M têm velocidades dadas por: V 1 = 1m/s e V = 3m/s Usando novamente a conservação de energia e sabendo-se que no ponto mais alto da trajetória a velocidade mínima, V MIN, é dada por Lg e a altura em relação ao solo é L, tem-se que: M (V ) = M gl + M (V MIN ) L = 9 m = 0,18m = 18 cm 50 b) uma haste de massa desprezível. A velocidade v 1, do bloco de massa M 1 antes da colisão, é dada pela conservação de energia, logo: M 1 gh = M 1v 1 v 1 = m/s

3 Após a colisão perfeitamente elástica, fazendo a conservação do momento linear, os blocos de massas M 1 e M têm velocidades dadas por: V 1 = 1m/s e V = 3m/s Para uma haste de massa desprezível a velocidade no ponto mais alto tende a zero, logo, usando a conservação da energia e sabendo-se que a altura em relação ao solo é L, tem-se que: M (V ) = M gl L = 9 40 m = 0,5m =,5 cm = 3 cm Obs.: Não serão descontados pontos por algarismos significativos, sendo aceitas as respostas,5 cm, cm ou 3 cm. 3ª QUESTÃO Um gás monoatômico ideal sofre a transformação indicada no gráfico pressão (p) x volume (V) a seguir. a) Calcule a variação da energia interna U na transformação A B; Para um gás monoatômico ideal tem-se que a energia interna U é dada por: U = 3 nrt U = 3 PV (3) Para os estados A e B, usando (3), vem que: U = 3 V o(p o p o ) U = 3 p ov o b) Calcule a variação da entropia S entre na transformação A B. 3

4 A variação de entropia é dada por: S = Q T (4) A volume constante tem-se que: ΔQ = nc V ΔT, onde C V = 3R Logo ΔQ = 3 nrδt, onde T A = T B (5) Substituindo (5) em (4), vem que: T ΔS = B 3 nr dt T A T ΔS = 3 nrln 4ª QUESTÃO Considere um palito de fósforo de 4,0 cm de comprimento, uma lente biconvexa de comportamento convergente de distância focal 10 cm e um espelho côncavo gaussiano de raio 10 cm. a) O palito é colocado perpendicularmente ao eixo principal da lente e a uma distância de 5,0 cm do centro óptico. Calcule a distância p entre a imagem e a lente e o tamanho da imagem. Usando 1 = = f p p 10 5 p p = 10 cm Usando i o = p p i 4 = 10 5 i = 8,0 cm 4

5 b) O palito é colocado sobre o eixo principal do espelho esférico como representado na figura a seguir. O ponto médio do palito coincide com o centro de curvatura do espelho. Faça um desenho esquemático que represente a imagem formada no espelho côncavo. A posição do palito e as distâncias permitem calcular que a cabeça do palito de fósforo terá uma imagem ampliada (posicionada atrás do centro) enquanto que a outra extremidade sofrerá uma redução na imagem (entre o centro e o foco). 5