IJSO Preparação de Física (Lista 03) Aluno: Código:

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Débora Godoi Aveiro
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1 IJSO Preparação de Física (Lista 03) Aluno: Código: Dados: g = 10 m /s 2 1 atm = 1, Pa Parte I: Questões (valor: 8,5) 01. (1,0) Dois trens I e II, cujas frentes distam A metros entre si no instante t 1, movimentam-se com velocidades constantes de módulos V I = 2A m/s e V II = 3A m/s, de mesma direção mas em sentidos opostos. Um pássaro, localizado na frente do trem I em t 1, voa até a frente do trem II, de onde retorna à frente do trem I e assim sucessivamente, até ser esmagado quando os dois trens colidem, no instante t 2. Desprezando-se o tempo que o pássaro demora para se virar, ao atingir um trem, o módulo de sua velocidade pode ser considerado constante igual a 4A m/s. Sabe-se ainda que esse pássaro gasta 5A joules a cada metro percorrido, perdendo 6A gramas de massa corporal a cada joule de energia gasto. Determine, então, em função de A, a massa corporal que o pássaro perdeu desde o instante t 1 até o instante t 2 devido ao deslocamento entre os trens.

2 02. (1,0) Um CD gira em torno de um eixo que passa pelo seu centro, como num toca CDs, porém com velocidade angular uniformemente acelerada. Se nos primeiros 10 segundos o CD deu 2 voltas ao redor do eixo, pode-se afirmar que a freqüência média do movimento realizado pelo CD desde t = 0, quando a velocidade angular era ω = 0, até o fim da n.a volta foi de 1 Hz. Determine o valor de n. 03. (1,3) Um corpo I de massa m, inicialmente no ponto A, desloca-se com velocidade constante v 0 sobre o trecho AB da figura abaixo, no qual não há atrito entre o solo e o bloco. Logo depois de chocar-se de modo parcialmente elástico o corpo II, também de massa m, preso por um fio inextensível, inicialmente no ponto B, o corpo I passa por uma parte do solo na qual o coeficiente de atrito com o bloco vale 0,2, parando 2 metros após B. Sabendo que o coeficiente de restituição do choque entre os corpos I e II é de 0,2, determine a altura máxima h max atingida pelo corpo II.

3 04. (1,3) Um corpo de 10 kg de massa e 100 L de volume é abandonado a 5 metros de altura da superfície de um recipiente com água de (16/45) m de profundidade. O fundo do recipiente fornece a um corpo que o toca com velocidade V, um impulso I = (V 3 /2) 8 para cima. Desprezando-se a resistência da água, responda aos itens que seguem. (a) determine a velocidade V 2 do corpo na iminência de atingir o fundo do recipiente. (b) determine o intervalo de tempo t durante o qual o corpo permanece na água até emergir pela primeira vez.

4 05. (1,3) A determinação do rendimento de um motor é feita através da razão entre o trabalho realizado por ele e a energia fornecida pelo combustível (η = τ / E), enquanto que o trabalho pode ser determinado através da pressão média no interior do cilindro e a variação de volume sofrida pelo gás (τ = p. v). Na prática, essa pressão é medida por um manômetro, cujo ponteiro permanece relativamente fixo devido ao alto número de ciclos por segundo durante o funcionamento do motor. A potência do motor é dada pela razão entre o trabalho realizado e o período. Sabe-se que cada grama de gasolina, na queima, libera joules de energia térmica. Considere, então, um motor 1.6 (que corresponde a uma variação de volume do gás igual a 1,6 litro) que opera com pressão média de 8,0 atm a 3600 RPM e consome, nestas condições, 6,0 g/s de gasolina. (a) determine a potência P deste motor. (b) determine o rendimento η deste motor.

5 06. (1,3) Considere um espelho plano parcialmente imerso num líquido transparente de índice de refração absoluto igual a n L. Um estreito feixe cilíndrico de luz monocromática, propagando-se no ar paralelamente à superfície refletora do espelho, refrata-se para o interior do líquido e sofre reflexão na superfície espelhada, conforme representa a figura abaixo. O índice de refração absoluto do ar vale 1. Admitindo-se que seja conhecido o ângulo θ indicado e supondo-se que o feixe refletido pelo espelho seja paralelo à superfície líquida, responda aos itens que seguem. (a) determine n L em função do ângulo θ (ou de suas funções trigonométricas). (b) faça um esboço do gráfico n L x θ, para 0 < θ < 90º. Explique o significado físico dos casos θ < 45º, θ = 45 º e θ > 45º.

6 07. (1,3) No circuito da figura considere o gerador e o voltímetro ideais. Com a chave C aberta, a indicação do voltímetro é a metade da que seria se a chave estivesse fechada. (a) determine o valor da resistência R. (b) explique qualitativamente o impacto de um gerador e de um voltímetro não ideais num circuito elétrico.

7 Parte II: Testes (valor: 1,5) 08. (0,5) A extremidade inferior de uma mola ideal de comprimento L presa no teto de uma sala é conectada a um corpo de massa M, ao qual, por sua vez, também está conectado, por meio de um fio, um corpo de massa 2M. Nessas condições, o novo comprimento da mola é L+X. Cortando-se o fio que une as duas massas, a massa M passa a executar um MHS, durante o qual fica a uma distância do teto de, no mínimo: a. L + 2X/3 b. L + X/3 c. L d. L X/3 e. L 2X/3 09. (0,5) No circuito abaixo, Vb representa uma associação de 3 geradores elétricos, com força eletromotriz resultante E e resistência interna total r. Se um voltímetro ideal indica que a tensão sobre RL é nula, o circuito está operando com potência útil máxima e S = R1 + R2 + R3 + R4, pode-se concluir que: a. S.r = (R 1 +R 3 ).(R 2 +R 4 ) b. S.r = (R 1 +R 2 ).(R 3 +R 4 ) c. S.r = (R 1.R 3 )+(R 2.R 4 ) d. S.r = (R 1.R 2 )+(R 3.R 4 ) e. S.r = (R 1.R 2.R 3.R 4 )

8 10. (0,5) Para qualquer objeto em órbita estável, a força centrífuga que empurra para o exterior é equilibrada exatamente pela força gravitacional que puxa para dentro. Em um sistema de cabos, todas as forças se equilibram no centro de massa do sistema. Scientific American, setembro de O sistema de cabos ao qual o texto se refere está esquematizado a seguir, assim como os dois compartimentos (I e II) nos quais os astronautas podem se localizar. Para que um astronauta sinta uma aceleração na direção de seus pés, simulando o efeito da gravidade terrestre, ele deverá posicionar seus pés, nos compartimentos I e II, respectivamente, mais próximos das posições: a. C e F. b. A e F. c. C e D. d. A e D. e. B e E.

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