PRÉ-VESTIBULAR COMUNITÁRIO DOM HÉLDER CÂMARA PVCDHC 3ª LISTA DE EXERCÍCIOS DE FÍSICA PROF.: AURÉLIO

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1 PRÉ-VESTIBULAR COMUNITÁRIO DOM HÉLDER CÂMARA PVCDHC 3ª LISTA DE EXERCÍCIOS DE FÍSICA PROF.: AURÉLIO Dilatação 1) Questão 19 UERJ EF 2004 Em uma casa emprega-se um cano de cobre de 4 m a 20ºC para a instalação de água quente. O aumento do comprimento do cano, quando a água que passa por ele estiver a uma temperatura de 60ºC, corresponderá, em milímetros, a: (A) 1,02 (B) 1,52 (C) 2,72 (D) 4,00 2) Questão 47 UFF P A figura representa um dispositivo, que possui uma lâmina bimetálica enrolada em forma de espiral, utilizado para acusar superaquecimento. Um ponteiro está acoplado à espiral cuja extremidade interna é fixa. A lâmina é constituída por dois metais, fortemente ligados, com coeficientes de dilatação linear distintos, α 1 e α 2, indicados, respectivamente, pelas regiões azul e vermelha da espiral. Assinale a opção que expressa corretamente o funcionamento do dispositivo quando a temperatura aumenta. (A) Independentemente da relação entre α 1 e α 2, a espiral sempre se fecha e o ponteiro gira no sentido horário. (B) Com α 1 < α 2, a espiral se fecha e o ponteiro gira no (C) Com α 1 > α 2, a espiral se abre e o ponteiro gira no (D) Com α 1 < α 2, a espiral se abre e o ponteiro gira no (E) Com α 1 > α 2, a espiral se fecha e o ponteiro gira no 3) Questão 05 UERJ ED 2008 Considere um recipiente R cujo volume interno encontra-se totalmente preenchido por um corpo maciço C e um determinado líquido L, conforme o esquema abaixo. Admita que o sistema seja submetido a variações de temperatura tais que os valores das propriedades físicas indicadas permaneçam constantes e que o líquido e o corpo continuem a preencher completamente o volume interno do recipiente. Calcule a razão que deve existir entre a massa M C do corpo e a massa M L do líquido para que isso ocorra. A tabela a seguir indica os valores relevantes de duas das propriedades físicas dos elementos desse sistema. 4) Questão 03 UERJ ED 2006 A densidade média da água dos oceanos e mares varia, principalmente, em função da temperatura, da profundidade e da salinidade. Considere que, próximo à superfície, a temperatura da água do Oceano Atlântico seja de 27ºC e, nessa condição, o volume submerso V do navio seja igual a 1,4x10 5 m 3. A) O gráfico abaixo indica o comportamento do coeficiente de dilatação linear do material que constitui o casco do navio, em função da temperatura θ. L 0 e L correspondem, respectivamente, ao comprimento inicial e à variação do comprimento deste material. Calcule a variação do volume submerso quando o navio estiver no Oceano Índico, cuja temperatura média da água é de 32ºC. B) A tabela abaixo indica a salinidade percentual de alguns mares ou oceanos. Considerando a temperatura constante, indique o mar ou oceano no qual o navio apresentará o menor volume submerso e justifique sua resposta. 1

2 5) Questão 17 UFF P ) Questão 04 UFRJ 2º dia 2008 Um incêndio ocorreu no lado direito de um dos andares intermediários de um edifício construído com estrutura metálica, como ilustra a figura 1. Em conseqüência do incêndio, que ficou restrito ao lado direito, o edifício sofreu uma deformação, como ilustra a figura 2. Considere 0,60 L de ar à pressão atmosférica de 740 mmhg. A variação máxima de volume, em litros, sofrida por essa quantidade de ar ao ser inspirado é aproximadamente de: (A) 4,5x10 0 (B) 4,5x10-1 (C) 4,5x10-2 (D) 4,5x10-3 8) 07 UERJ EF Observe o ciclo mostrado no gráfico PxV abaixo. Figura 1 Figura 2 Com base em conhecimentos de termologia, explique por que o edifício entorta para a esquerda e não para a direita. 7) Questão 31 UERJ 2º EQ 2005 As mudanças de pressão que o ar atmosférico sofre, ao entrar nos pulmões ou ao sair deles, podem ser consideradas como uma transformação isotérmica. Ao inspirar, uma pessoa sofre uma diminuição em sua pressão intrapulmonar de 0,75%, no máximo. 2 Considerando este ciclo completo, o trabalho realizado, em joules, vale: (A) (B) 900 (C) 800 (D) 600 9) Questão 09 UERJ EF 2004 Um mergulhador dispõe de um tanque de ar para mergulho com capacidade de 14 L, no qual o ar é mantido sob pressão de 1,45x10 7 Pa.

3 O volume de ar à pressão atmosférica, em litros, necessário para encher o tanque nessas condições, é, aproximadamente, igual a: (A) 1,0x10 4 (B) 2,0x10 3 (C) 3,0x10 2 (D) 4,0x ) Questão 14 UERJ EF 2004 Considere um gás ideal, cujas transformações I, II e III são mostradas no diagrama PxV abaixo. Essas transformações, I a III, são denominadas, respectivamente, de: (A) adiabática, isobárica, isométrica (B) isométrica, isotérmica, isobárica (C) isobárica, isométrica, adiabática (D) isométrica, adiabática, isotérmica 11) Questão 09 UERJ ED Um recipiente com capacidade constante de 30 L contém 1 mol de um gás considerado ideal, sob pressão P 0 igual a 1,23 atm. Considere que a massa desse gás corresponde a 4,0 g e seu calor específico, a volume constante, a 2,42 cal. G -1. ºC -1. Calcule a quantidade de calor que deve ser fornecida ao gás contido no recipiente para sua pressão alcançar um valor três vezes maior do que P 0. 12) Questão 04 UERJ ED 2007 Um gás, inicialmente à temperatura de 16ºC, volume V 0 e pressão P 0, sofre uma descompressão e, em seguida, é aquecido até alcançar uma determinada temperatura final T, volume V e pressão P. Considerando que V e P sofreram um aumento de cerca de 10% em relação a seus valores iniciais, determine, em graus Celsius, o valor de T. 13) Questão 08 UERJ ED 2006 O auditório do transatlântico, com 50 m de comprimento, 20 m de largura e 5 m de altura, possui um sistema de refrigeração que retira, em cada ciclo, 2,0x10 4 J de calor do ambiente. Esse ciclo está representado no diagrama abaixo, no qual P indica a pressão e V, o volume do gás empregado na refrigeração. A) a variação da energia interna do gás em cada ciclo; B) o tempo necessário para diminuir em 3ºC a temperatura do ambiente, se a cada 6 segundos o sistema reduz em 1ºC a temperatura de 25 kg de ar. 14) Questão 05 UFRJ 1º dia 2008 Um balão, contendo um gás ideal, é usado para levantar cargas subaquáticas. A uma certa profundidade, o gás nele contido está em equilíbrio térmico com a água a uma temperatura absoluta T 0 e a uma pressão P 0. Quando o balão sai da água, depois de levantar a carga, o gás nele contido entra em equilíbrio térmico com o ambiente a uma temperatura absoluta T e a uma pressão P. Supondo que o gás no interior do balão seja ideal e sabendo que P 0 / P = 3/2 e T 0 / T = 0,93, calcule a razão V 0 / V entre o volume V 0 do gás quando o balão está submerso e o volume V do mesmo gás quando o balão está fora d água. 15) Questão 03 UFRJ 2ºa dia 2005 Um recipiente de volume variável, em equilíbrio térmico com um reservatório de temperatura constante, encerra uma certa quantidade de gás ideal que tem inicialmente pressão de 2,0 atmosferas e volume de 3,0 litros. O volume máximo que esse recipiente pode atingir é de 5,0 litros, e o volume mínimo é de 2,0 litros. Calcule as pressões máxima (pmax) e mínima (pmin) a que o referido gás pode ser submetido. 16) Questão 06 UFRJ 2º dia 2009 Um gás ideal se encontra em um estado de equilíbrio termodinâmico A no qual tem volume V 0 e pressão p 0 conhecidos. O gás é então comprimido lentamente até atingir um estado de equilíbrio termodinâmico B no qual seu volume é V 0 / 3. Sabendo que o processo que leva o gás do estado A ao estado B é o indicado pelo segmento de reta do diagrama, e que os estados A e B estão em uma mesma isoterma, calcule o calor total Q AB cedido pelo gás nesse processo. 17) Questão 05 UFRJ 2º dia 2007 Um recipiente de volume interno total igual a V está dividido em dois compartimentos estanques por meio de uma parede fina que pode se mover sem atrito na direção horizontal, como indica a figura a seguir. A parede é diatérmica, isto é, permeável ao calor. O compartimento da direita contém dois moles de um gás ideal, enquanto o da esquerda contém um mol de um outro gás, também ideal. Calcule: 3

4 Sabendo que os gases estão em equilíbrio térmico entre si e que a parede se encontra em repouso, calcule o volume de cada gás em função de V. 18) Questão 09 UFRJ 3º dia ) Questão 09 UFF P Uma amostra de um gás ideal sofre a seqüência de processos descrita pelo gráfico pressão versus temperatura mostrado. Uma dessas máquinas, que, a cada ciclo, realiza um trabalho de 3,0 x 10 4 J com uma eficiência de 60%, foi adquirida por certa indústria. Em relação a essa máquina, conclui-se que os valores de Q 1, de Q 2 e da variação da energia interna do gás são, respectivamente: (A) 1,8 x 10 4 J ; 5,0 x 10 4 J ; 3,2 x 10 4 J (B) 3,0 x 10 4 J ; zero ; zero (C) 3,0 x 10 4 J ; zero ; 3,0 x 10 4 J (D) 5,0 x 10 4 J ; 2,0 x 10 4 J ; zero (E) 5,0 x 10 4 J ; 2,0 x 10 4 J ; 3,0 x 10 4 J 21) Questão 02 UFF P Numa experiência, um recipiente de paredes adiabáticas, exceto pelo fundo metálico, contém 20 g de água a 67ºC e é colocado em contato térmico com outro recipiente, com 200 l de volume, de paredes adiabáticas, exceto por um pedaço metálico em seu topo, contendo um gás monoatômico. Na situação inicial, este gás está a uma temperatura de 27ºC e exerce sobre as paredes do recipiente uma pressão de 1 atm. A capacidade térmica do recipiente que contém água pode ser desprezada, enquanto a daquele que contém o gás é de 4 cal/k. A temperatura do sistema, quando o equilíbrio térmico é atingido, é de 59ºC. a) Determine a pressão exercida pelo gás sobre as paredes do recipiente depois de alcançado o equilíbrio térmico. É correto afirmar que o volume do gás: (A) diminui no trecho AB, permanece constante no trecho BC, aumenta no trecho CD; (B) aumenta no trecho AB, permanece constante no trecho BC, diminui no trecho CD; (C) aumenta no trecho AB, diminui no trecho BC, permanece constante no trecho CD; (D) permanece constante no trecho AB, aumenta no trecho BC, diminui no trecho CD; (E) permanece constante no trecho AB, aumenta no trecho BC, permanece constante no trecho CD. 20) Questão 09 UFF P O esquema a seguir representa o ciclo de operação de determinada máquina térmica cujo combustível é um gás. Quando em funcionamento, a cada ciclo o gás absorve calor (Q 1 ) de uma fonte quente, realiza trabalho mecânico (W) e libera calor (Q 2 ) para uma fonte fria, sendo a eficiência da máquina medida pelo quociente entre W e Q 1. b) Determine a capacidade térmica da massa gasosa. c) A experiência é, em seguida, repetida a partir das mesmas condições iniciais, mas o recipiente que contém o gás dispõe agora de um pistão móvel. A temperatura final de equilíbrio nesta nova situação será maior, menor, ou igual a 59ºC? Justifique sua resposta explicitando os princípios ou leis físicas que conduziram seu raciocínio. 22) Questão 02 UFF P O rendimento, ou eficiência térmica, de um motor a combustão é definido como a razão entre o trabalho realizado pelo motor e a energia fornecida pela queima de combustível. Em cada ciclo de operação do motor, o trabalho realizado pode ser calculado, com boa aproximação, como numa expansão isobárica de um gás no interior de um cilindro do motor. 4

5 Considere o motor a combustão de um automóvel no qual a expansão isobárica acima mencionada produza um aumento de 1,6 L no volume do gás constituído pela mistura ar-gasolina. Dados: 1 atm = 1,0 x 10 5 N/m 2 ; 1 cal = 4,2 J a) Calcule o trabalho realizado pelo motor em cada ciclo de operação, sabendo que a pressão média durante a expansão é de 8 atm. b) Diz-se que um motor tem uma rotação de 3500 rpm, se realiza 3500 ciclos de operação por minuto. Calcule a potência do motor de 1,6 L a esta rotação. c) Nesta rotação, o motor consome 6,0 g/s de gasolina. Sabendo-se que a energia gerada pela combustão da gasolina é de 11,1 kcal/g, determine o rendimento do motor. Exprima sua resposta em forma percentual. 23) Questão 01 UFF P Um mol de um gás ideal é levado do estado A para o estado B, de acordo com o processo representado no diagrama pressão versus volume conforme figura abaixo: a) determine a razão T A / T B entre as temperaturas do gás, nos estados A e B. Considere W como sendo o trabalho realizado pelo gás, DU sua variação de energia interna e Q a quantidade de calor absorvida pelo gás, ao passar do estado A para o estado B, seguindo o processo representado no diagrama. Dados P A e V A, calcule: b) W c) DU d) Q 24) Questão 04 UFF P Até meados do século XVII, a concepção de vácuo, como uma região desprovida de matéria, era inaceitável. Contudo, experiências relacionadas à medida da pressão atmosférica possibilitaram uma nova concepção, considerando o vácuo como uma região onde a pressão é bem inferior à de sua vizinhança. Atualmente, pode-se obter vácuo, em laboratórios, com o recurso tecnológico das bombas de vácuo. Considere que se tenha obtido vácuo à pressão de, aproximadamente, 1,00 x atm à temperatura de 300 K. Utilizando o modelo de gás perfeito, determine o número de moléculas por cm 3 existentes nesse vácuo. Dados: Número de Avogadro = 6,02 x moléculas/mol; Constante universal dos gases = 8,31 J/mol K; 1 atm = 1,01 x 10 5 N/m 2 25) Questão 50 UFF P