Física Térmica. Prof. Fred Tavares O que estudar para a prova de Física do ENEM?

Transcrição

1 Prof. Fred Tavares O que estudar para a prova de Física do ENEM? Cinemática Referencial Deslocamento e Espaço Percorrido Velocidade Média Velocidade Escalar Instantânea Aceleração Escalar Média Mecânica Força Leis de Newton Movimentos Retilíneos Movimento Retilíneo Uniforme (M.R.U.) Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (M.R.U.V.) Força Peso (P) e Reação Normal Movimentos Verticais próximos à superfície da Terra Atrito Plano Inclinado Movimento Circular Uniforme Força Centrípeta Vetores Física Térmica Calor e Temperatura o Temperatura o Calor o Calorimetria o Mudanças de Fase o Dilatação Térmica Comportamento dos Gases e Termodinâmica Gás Ideal Variáveis de Estado de um Gás Equação de Clapeyron Equação Geral dos Gases Perfeitos Transformações Gasosas Trabalho (W) Energia Interna de um Gás (U) Primeira Lei da Termodinâmica Segunda Lei da Termodinâmica O Ciclo de Carnot Óptica e Ondulatória Óptica Geométrica Reflexão da Luz Conceitos Iniciais Reflexão da Luz Espelhos Planos Espelhos Esféricos Composição de Movimentos Óptica Geométrica Refração da Luz Estática dos Corpos Rígidos Momento de uma Força (M) Condições de Equilíbrio Dinâmica Trabalho, Potência e Energia Trabalho (W.t) Potência Média Energia Mecânica (EMEC) Conservação da Energia Mecânica Hidrostática Densidade Absoluta ou Massa Específica (d) Pressão (p) Pressão Hidrostática Teorema de Stevin Experiência de Torricelli Princípio de Pascal Princípio de Arquimedes Gravitação Universal Leis de Kepler Lei da Gravitação Universal Aceleração da Gravidade Movimento Orbital Índice de Refração (n) Refração da Luz Lentes Esféricas O Olho Humano Ondulatória Movimento Harmônico Simples (MHS) Ondas Ondas em Cordas Ondas na Superfície de Líquidos Ondas Sonoras Ondas Eletromagnéticas Eletricidade Carga Elétrica e Lei de Coulomb o Condutores e Isolantes o Carga Elétrica o Processos de Eletrização o Eletroscópios o Lei de Coulomb Campo Elétrico o Campo Elétrico o Definição Matemática o Campo Elétrico gerado por uma carga puntiforme o Linhas de Força o Campo Elétrico Uniforme

2 o Campo Elétrico gerado por uma Esfera Condutora e Eletrizada o Blindagem Eletrostática Potencial Elétrico o Definição de Potencial Elétrico o Potencial Elétrico de Cargas Puntiformes o Superfícies Equipotenciais o Movimento de Cargas Elétricas em um Campo Elétrico o Potencial Elétrico de uma Esfera Condutora e Eletrizada Corrente Elétrica, Leis de OHM e Resistores Corrente Elétrica Leis de Ohm Resistores Aparelhos de Medida Geradores e Receptores Geradores Receptores Leide Pouillet Eletromagnetismo Física Moderna EXERCÍCIOS Ímãs Linhas de Indução Experiência de Oersted Campo Magnético Gerado por Correntes Elétricas Força Magnética Indução Eletromagnética Física Nuclear Física Quântica 1.Um bola de basebol é lançada com velocidade igual a 108m/s, e leva 0,6 segundo para chegar ao rebatedor. Supondo que a bola se desloque com velocidade constante. Qual a distância entre o arremessador e o rebatedor? 2. Dois trens partem simultaneamente de um mesmo local e percorrem a mesma trajetória retilínea com velocidades, respectivamente, iguais a 300km/h e 250km/h. Há comunicação entre os dois trens se a distância entre eles não ultrapassar 10km. Depois de quanto tempo após a saída os trens perderão a comunicação via rádio? 3. Um móvel, partindo do repouso com uma aceleração constante igual 1m/s² se desloca durante 5 minutos. Ao final deste tempo, qual é a velocidade por ele adquirida? 4. Um automóvel encontra-se parado diante de um semáforo. Logo quando o sinal abre, ele arranca com aceleração 5m/s², enquanto isso, um caminhão passa por ele com velocidade constante igual a 10m/s. (a) Depois de quanto tempo o carro alcança o caminhão? (b) Qual a distância percorrida até o encontro. 5. Uma motocicleta se desloca com velocidade constante igual a 30m/s. Quando o motociclista vê uma pessoa atravessar a rua freia a moto até parar. Sabendo que a aceleração máxima para frear a moto tem valor absoluto igual a 8m/s², e que a pessoa se encontra 50m distante da motocicleta. O motociclista conseguirá frear totalmente a motocicleta antes de alcançar a pessoa? 6. Uma pedra é abandonada de um penhasco de 100m de altura. Com que velocidade ela chega ao solo? Quanto tempo demora para chegar? 7. Em uma brincadeira chamada "Stop" o jogador deve lançar a bola verticalmente para cima e gritar o nome de alguma pessoa que esteja na brincadeira. Quando a bola retornar ao chão, o jogador chamado deve segurar a bola e gritar: "Stop", e todos os outros devem parar, assim a pessoa chamada deve "caçar" os outros jogadores. Quando uma das crianças lança a bola para cima, esta chega a uma altura de 15 metros. E retorna ao chão em 6 segundos. Qual a velocidade inicial do lançamento? 8. Durante a gravação de um filme, um dublê deve cair de um penhasco de 30m de altura e cair sobre um colchão. Quando ele chega ao colchão, este sofre uma deformação de 1m. Qual é a desaceleração que o dublê sofre até parar quando chega colchão? 9. Um fazendeiro precisa saber a profundidade de um poço em suas terras. Então, ele abandona uma pedra na boca do poço e cronometra o tempo que leva para ouvir o som da pedra no fundo. Ele observa que o tempo cronometrado é 5 segundos. Qual a altura do poço? Movimento Oblíquo 1. Durante uma partida de futebol, um goleiro chuta uma bola com velocidade inicial igual 25m/s, formando um ângulo de 45 com a horizontal. Qual distância a bola alcançará? dica de fórmula. 2. Suponha que você precise jogar um livro, do segundo andar de um prédio, para um amigo que esteja a 10m de distância de você. Qual deve ser a velocidade inicial com que você deverá lançá-lo? Sabendo que você vai realizar o lançamento verticalmente e que a janela de um segundo andar está a 4 metros de altura do chão. dica de fórmula.

3 3. Uma roda de 1 metro de diâmetro, partindo do repouso começa a virar com aceleração angular igual a 2rad/s². Quanto tempo ele demora para atingir uma velocidade linear de 20m/s? Potência Instantânea, dica de fórmula. 4. Uma bola de bilhar, com raio igual a 2,5cm, após ser acertada pelo jogador, começa a girar com velocidade angular igual a 5rad/s, e sofre uma desaceleração igual a -1rad/s² até parar, qual o espaço percorrido pela bola? 1.Qual a potência média que um corpo desenvolve quando aplicada a ele uma força horizontal com intensidade igual a 12N, por um percurso de 30m, sendo que o tempo gasto para percorrê-lo foi 10s?, Sistemas, dica de fórmula. E a potência instantânea no momento em que o corpo atingir 2m/s? 1.Sendo e, e que a força aplicada ao sistema é de 24N, qual é a intensidade da força que atua entre os dois blocos? 2. Qual o trabalho realizado por um força aplicada a um corpo de massa 5kg e que causa um aceleração de 1,5m/s² e se desloca por uma distância de 100m? 3. Uma força de intensidade 30N é aplicada a um bloco formando um ângulo de 60 com o vetor deslocamento, que tem valor absoluto igual a 3m. Qual o trabalho realizado por esta força? Força Elástica Onde: ONDAS Em nosso meio, estamos rodeados por ondas, mecânicas, sonoras, luminosas, de rádio eletromagnéticas, etc. Graças a elas é que existem muitas maravilhas do mundo moderno, como a televisão, o rádio, telecomunicações via satélite, o radar, o forno de microondas, imagens eletrônicas e as mais recentes aplicações bélicas do sistema GPS, Raio X, telecomunicações, etc. Pulso: É a perturbação produzida em um ponto de um meio. Onda: É o movimento provocado pela perturbação que se propaga em um meio. Exemplo: F: intensidade da força aplicada (N); k: constante elástica da mola (N/m); x: deformação da mola (m). 1.Um corpo de 10kg, em equilíbrio, está preso à extremidade de uma mola, cuja constante elástica é 150N/m. Considerando g=10m/s², qual será a deformação da mola? Força Centrípeta Então: ou 1.Um carro percorre uma curva de raio 100m, com velocidade 20m/s. Sendo a massa do carro 800kg, qual é a intensidade da força centrípeta? Quando uma pedra cai na superfície de um lago, ela desloca certo volume de água. Ocorrem, simultaneamente, um deslocamento lateral e um deslocamento vertical. A porção de água que se projeta acima do nível normal do lago tende a descer; mas, quando atinge a posição de equilíbrio, ultrapassaa, devido a inércia,deslocando, lateral e verticalmente, uma nova porção de água ao seu redor. Assim, a oscilação mecânica vai se propagando pela superfície do lago. O fenômeno descrito é um exemplo de propagação ondulatória. A perturbação que se propaga recebe o nome de onda. É importante observar que a água do lago, como um todo, não se moveu. Uma bóia em sua superfície oscilaria em torno de uma posição, sem ser arrastada pela onda. Essa é a principal característica da propagação ondulatória: As ondas transportam energia, sem envolver transporte de matéria. Portanto ondas são perturbações periódicas ou oscilações de partículas, por meio das quais, muitas formas de energia

4 propagam-se a partir de suas fontes. Todos os movimentos ondulatórios em um meio resultam de oscilações de partículas individuais em torno de suas posições de equilíbrio. Isso significa que uma onda progressiva é o movimento provocado por uma perturbação qualquer e não um deslocamento do meio em si mesmo. As ondas propagam somente energia, que é transferida através de átomos e moléculas da matéria. De um modo geral, as ondas necessitam de um meio material para se propagarem, exceto as ondas eletromagnéticas que se propagam no vácuo. Uma onda possui uma freqüência e um comprimento. A freqüência corresponde ao número de vezes que uma onda passa por um ponto do espaço num intervalo de tempo, ou seja, ao número de oscilações da onda por unidade de tempo em relação a um ponto. A freqüência é geralmente expressa em ciclos por segundo ou Hertz. O comprimento de onda indica a distância entre dois pontos semelhantes de onda, dado em metros. 1.1 Classificação das Ondas Podemos classificar as propagações ondulatórias de acordo com três critérios: A direção da vibração, a natureza da vibração e o grau de liberdade para a propagação das ondas Direção da Vibração Ocorre uma propagação transversal quando a direção da vibração é perpendicular a direção em que se propaga a onda. (Ex. diapasão) Propagação Longitudinal e aquela em que a direção da vibração é a mesma na qual se efetua a propagação da onda.(ex. mola) Nas Propagações Mistas, ambas as condições ocorrem simultaneamente. É o caso das perturbações que se propagam pela superfície dos líquidos Natureza das Vibrações Nas propagações mecânicas ocorre transporte de vibrações mecânicas, isto é, as partículas materiais vibram. É o caso das ondas em cordas, em molas, na superfície e no interior dos líquidos, dos sólidos (terremotos) e dos gases (som se propagando no ar), etc. As ondas mecânicas necessitam de um meio material para a sua propagação; logo, o som não se propaga no vácuo. As propagações eletromagnéticas correspondem a variações no campo elétrico e no campo magnético, originado por cargas elétricas oscilantes. É o caso das ondas de rádio, das microondas, da luz visível, dos raios X e dos raios gama. Essas ondas não necessitam, obrigatoriamente, de um meio material para a sua propagação; podem, portanto, propagar-se inclusive no vácuo Graus de liberdade para a propagação das ondas. - Nas propagações unidimensionais, as ondas se deslocam sobre uma linha (as ondas em uma corda por exemplo). - Nas propagações bidimensionais, as ondas são produzidas sobre uma superfície (as ondas na superfície dos líquidos, por exemplo). - Nas propagações tridimensionais, as ondas se propagam em todas as direções, por todo o espaço (a propagação do som no ar, por exemplo) Ondas Periódica Uma sucessão de pulsos iguais produz uma onda periódica. Entre as ondas em geral, as periódicas apresenta especial interesse, tanto pela facilidade de descrição, quanto pela aplicação prática. Analisaremos as ondas periódicas unidimensionais conforme a figura: Nas ondas periódicas destacamos: Amplitude da onda (A) - É a medida da altura da onda para voltagem positiva ou negativa. Também é definida como crista da onda. A amplitude do sinal digital é igual a diferença da voltagem para o degrau entre 0 e 1. Iniciando na voltagem zero, a onda cresce e atinge a amplitude, decresce, se anula, atinge a amplitude negativa e volta a crescer até se anular novamente. Essa seqüência compõe um ciclo. Freqüência (f) - É o número de ciclos por segundo, ou o número de cristas por segundo. Um ciclo é também denominado por 1 Hertz = 1 Hz, medida visual de freqüência. Fase - É o ângulo da inflexão em um ponto específico no tempo, medido em graus. Elongação ( y ) ë o valor algébrico da ordenada do ponto oscilante da onda. Concordância de fase Quando dois pontos têm sempre o mesmo sentido de movimento.(são pontos da onda que tem a mesma elongação exemplo C1 e C2, ou V1 e V2). São todos os pontos de uma onda separados por uma distância λ,2λ,3λ,4λ,...nλ, sendo n um número inteiro. Oposição de fase Quando tem sentidos de movimentos opostos.exemplo quando C1 começa a descer V2 começa a subir assim como C2 e V3. Ao longo de uma onda podemos encontrar muitos pontos que oscilam em oposição de fase. C1V2 = λ /2 e C2V3 = λ +λ /2=3λ /2 = (2n-1).λ /2 e assim sucessivamente. Velocidade de fase É a velocidade de propagação de uma onda, ou seja, a velocidade das cristas, dos vales, assim como todas as outras fases.( É a velocidade que um ponto qualquer da onda se desloca) Período ( T ) Intervalo de tempo (s) de uma oscilação completa de qualquer ponto da onda. Cristas (C1 e C2) - picos de energia máximos de uma onda. Vales (V1, V2, V3) - picos de energia mínimos de uma onda. Comprimento de Onda (λ ) - É a menor distância entre dois pontos que vibram em concordância de fase, em particular é a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos.

5 Observações: 1 - A distância entre dois pontos C1 e C2 é o comprimento ondaλ. Essa distância é percorrida pela onda no período T. Assim temos: V = λ. f = equação fundamental ondulatória. 2 A freqüência de uma onda é a freqüência da fonte que a produziu e não varia durante a propagação. 3 A velocidade de propagação é característica do meio; para ondas de mesmo tipo e num mesmo meio, temos mesma velocidade. 4 Existem ondas periódicas não-cossenoidais, como a onda quadrada e a onda dente de serra da figura a seguir, porém os conceitos de freqüência e comprimento de onda são aplicáveis a todas as ondas periódicas. 00) A amplitude da oscilação é de 4cm. 11) O comprimento da onda mede 40cm. 22) O período de oscilação é de 50s. 33) A velocidade de propagação é de 20m/s. 44) Essa propagação ondulatória é transversal. 4 (E.F.O.Alfenas-MG) A sucessão de 5 pulsos completos (onda) foi produzida numa corda de 2,0s. a) Determine o período da onda; b) Suponha a velocidade de propagação dessa onda igual a 0,6m/s e determine o seu comprimento. 5 (UERJ) Uma onda tem freqüência de 40,0Hz e se comporta como se vê no diagrama Exercícios propostos: 1 - (UFSM- 2005) Uma máquina colheitadeira moderna incorpora um dispositivo GPS, que funciona emitindo ondas eletromagnéticas a um satélite. Se o satélite está a uma distância de 240 Km da colheitadeira e se as ondas eletromagnéticas têm comprimento de 1,2cm, a freqüência das ondas e o tempo de ida são respectivamente, em Hz e em s. a) 2,5 x 10 14, 8 x 10-5 b) 3,6 x 10 12, 8 x 10-6 c) 2,5 x 10 10, 8 x 10-4 d) 3,6 x 10 10, 8 x 10-5 e) 2,5 x 10 8, 8 x A figura mostra o perfil de uma corda onde se propaga uma onda periódica, com freqüência de 10Kz. Determine: Nas condições apresentadas, determine a velocidade de propagação da onda. 6 (Mackenzie SP) Uma onda mecânica, que se propaga num determinado meio com velocidade 1,50m/s, apresenta as características da figura abaixo. A freqüência dessa onda é: a) 1,00Hz b) 1,25Hz c) 2,50Hz d) 5,00Hz e) 10,00Hz. 7 (UFSE) A onda periódica representada se propaga com velocidade de 20cm/s. a) A amplitude e o comprimento da onda; b) Sua velocidade de propagação. 3 (UFSE) Uma onda estabelecida numa corda oscila com freqüência de 50Hz. O gráfico mostra a corda num certo instante: Assinale as afirmações abaixo sobre esse fenômeno, dando a soma dos números correspondentes às alternativas corretas: O período dessa onda, em segundos, é igual a: a) 0,40 b) 2,5 c) 4,0 d) 8,0 e) 40 8 (U.F.Santa Maria-RS) Uma onda sonora propaga-se no ar com uma velocidade v e freqüência f. Se a freqüência da onda for duplicada: a) O comprimento da onda duplicará. b) O comprimento da onda não se alterará. c) O comprimento da onda se reduzirá à metade. d) A velocidade da propagação da onda dobrará. e) A velocidade de propagação da onda se reduzirá à metade. 9 (UERJ) Através de um dispositivo adequado, produzem-se ondas em um meio elástico, de modo tal que as freqüências das ondas obtidas se encontram no intervalo de 15Hz e 60Hz. O gráfico mostra como varia o comprimento de onda(λ )em função da freqüência (f).

6 (D) utilizar o óleo como alimento para os peixes, uma vez que preserva seu valor nutritivo após o descarte. (E) descartar o óleo diretamente em ralos, pias e bueiros, sem tratamento prévio com agentes dispersantes. Questão 13 a) Calcule o menor comprimento da onda produzido nessa experiência. b) Para um comprimento de onda de 12m, calcule o período da onda. ENEM 2009 vazado 21 questões Questão 1 (ENEM/2009) O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera. Disponível em: Acesso em: 30 mar.2009 (adaptado). A transformação mencionada no texto é a (A) fusão. (B) liquefação. (C) evaporação. (D) solidificação. (E) condensação. Questão 2 (ENEM/2009) Metade do volume de óleo de cozinha consumido anualmente no Brasil, cerca de dois bilhões de litros, é jogada incorretamente em ralos, pias e bueiros. Estima-se que cada litro de óleo descartado polua milhares de litros de água. O óleo no esgoto tende a criar uma barreira que impede a passagem da água, causa entupimentos e, conseqüente mente, enchentes. Além disso, ao contaminar os mananciais, resulta na mortandade de peixes. A reciclagem do óleo de cozinha, além de necessária, tem mercado na produção de biodiesel. Há uma demanda atual de 1,2 bilhões de litros de biodiesel no Brasil. Se houver planejamento na coleta, transporte e produção, estima-se que se possa pagar até R$ 1,00 por litro de óleo a ser reciclado. Programa mostra caminho para uso do óleo de fritura na produção de biodiesel. Disponível em: Acesso em: 14 fev (adaptado) De acordo com o texto, o destino inadequado do óleo de cozinha traz diversos problemas. Com o objetivo de contribuir para resolver esses problemas, deve-se (A) Utilizar o óleo para a produção de biocombustíveis, como etanol. (B) coletar o óleo devidamente e transportá-lo às empresas de produção de biodiesel. (C) limpar periodicamente os esgotos das cidades para evitar entupimentos e enchentes. (ENEM/2009) A água apresenta propriedades físico-químicas que a coloca em posição de destaque como substância essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as propriedades térmicas biologicamente muito importantes, por exemplo, o elevado valor de calor latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à quantidade de calor que deve ser adicionada a um líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertê-lo em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias por grama. A propriedade físico-química mencionada no texto confere à água a capacidade de (A)servir como doador de elétrons no processo de fotossíntese. (B)funcionar como regulador térmico para os organismos vivos. (C) agir como solvente universal nos tecidos animais e vegetais. (D) transportar os íons de ferro e magnésio nos tecidos vegetais. (E)funcionar como mantenedora do metabolismo nos organismos vivos. Questão 17 (ENEM/2009) O controle de qualidade é uma exigência da sociedade moderna na qual os bens de consumo são produzidos em escala industrial. Nesse controle de qualidade são determinados parâmetros que permitem checar a qualidade de cada produto. O álcool combustível é um produto de amplo consumo muito adulterado, pois recebe adição de outros materiais para aumentar a margem de lucro de quem o comercializa. De acordo com a Agência Nacional de Petróleo (ANP), o álcool combustível deve ter densidade entre 0,805 g/cm3 e 0,811 g/cm3. Em algumas bombas de combustível a densidade do álcool pode ser verificada por meio de um densímetro similar ao desenhado abaixo, que consiste em duas bolas com valores de densidade diferentes e verifica quando o álcool está fora da faixa permitida. Na imagem, são apresentadas situações distintas para três amostras de álcool combustível. A respeito das amostras ou do densímetro, pode-se afirmar que (A) a densidade da bola escura deve ser iguala O,811 g/cm 3. (B) a amostra 1 possui densidade menor do que a permitida. (C) a bola clara tem densidade igual à densidade da bola escura. (D) a amostra que está dentro do padrão estabelecido é a de número 2. (E) o sistema poderia ser feito com uma única bola de densidade entre 0,805 g/cm 3 e 0,811 g/cm 3.