Dicas de Física - Walfredo

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1 Dicas de Física - Walfredo Questão 01) A figura abaixo representa uma região do espaço onde existe um campo elétrico uniforme (E), criado por duas placas paralelas, submetidas a uma diferença de potencial elétrico de 1,0 x 10 4 V, separadas por uma distância de 10 cm. Na placa inferior, é colocado um pequeno dispositivo (D) capaz de detectar partículas. V partícula E. placa 10 cm placa D (detector) a) Calcule, em V/m, o valor do campo elétrico E entre as placas. Considere que, em diferentes instantes, faz-se penetrar na região do campo E, sempre com a mesma velocidade v, ora um elétron, ora uma partícula ( prótons e nêutrons) e resolva os itens seguintes. b) Qual dessas partículas poderá ser capturada pelo dispositivo D? Justifique sua resposta. c) Ao penetrarem no campo elétrico E, o elétron e a partícula ficam sujeitos a forças elétricas de intensidades F e e F, respectivamente. Determine a relação F /F e. d) Sabendo que a relação entre as massas do próton (m p ), do elétron (m e ) e do nêutron (m n ) é, aproximadamente, m p = m n = x 10 3 m e, determine a relação entre a aceleração da partícula (a ) e a aceleração do elétron (a e ), ao se deslocarem na região do campo elétrico E. e) Esboce, na própria figura, as trajetórias do elétron e da partícula na região do campo elétrico E, na suposição de que o detector D, de fato, capture uma dessas partículas. a) 1, V/m

2 b) Como o campo elétrico é dirigido para baixo apenas a partícula poderá ser detectada D pois apresenta carga de sinal positivo. c) d), e e -(elétron) E V partícula. (alfa) D (detector) placa 10 cm placa Questão 0) Considere quatro cargas puntuais q 1 = 3C, q = 3C, q 3 = 3C e q 4 = -3C, dispostas nos vértices de um retângulo imaginário de lados L 1 = 3m e L = 4m, como representado na figura. Calcule o trabalho, em Joules, necessário para afastar as cargas, até que a distância entre elas seja duplicada. Dê sua resposta dividindo o valor encontrado por 9 x L 1 q 1 q L q 3 q 4 A energia potencial armazenada num sistema de duas cargas elétricas q e q é dada por: kqq' E, onde k é a constante eletrostática e d a distância entre elas. d 00

3 Questão 03) Considere um pequeno condutor esférico, de massa m 0,1 kg e carga q 10 C, pendurado por um fio isolante inextensível, de comprimento l, entre duas placas de um capacitor de placas planas e paralelas, cuja área é S 1m e cuja distância entre as placas é 0,5 m d, conforme a figura abaixo. As placas são mantidas a uma diferença de potencial de U 50V. Dado que o condutor está em equilíbrio estático e que 10m/s calcule: a) o ângulo. b) a capacitância C do capacitor. c) a carga Q do capacitor. 1 g e 8,85x10 F/m, 0 a) = 45º b) 1,77 x F c) 8,85 x C

4 Questão 04) Uma amostra de massa m = 60g de ouro, mantida em completo isolamento térmico do ambiente, é envolvida por um fio condutor, muito fino e envernizado que serve para aquecê-la. Este aquecedor tem resistência elétrica R=300 e pode ser momentaneamente conectado a uma bateria ideal de f.e.m. igual a 1V, ligando-se a chave S da figura. Com o aquecedor ligado, a temperatura da amostra sobe. Um sensor de temperatura fixado à amostra permite o registro de sua temperatura em função do tempo como mostrado a seguir. Com base nos dados fornecidos acima, determine: a) a corrente elétrica que percorre o aquecedor quando em funcionamento; b) a potência dissipada pelo aquecedor quando em funcionamento;

5 c) a taxa de aumento da temperatura da amostra com o tempo com o aquecedor em pleno funcionamento; d) o calor específico do ouro em cal/g C, lembrando que 1J=0,4 cal. a) 40mA b) 0,48W c) 6, o C/s d) 0,03cal/g o C Questão 05) Um ebulidor elétrico ( mergulhador ) tem a especificação de 1.000W/10V. Usá-lo aqui em Goiânia, onde a voltagem é de 0V, pode causar alguma dificuldade. a) Quais as conseqüências práticas do uso deste ebulidor em Goiânia? Justifique sua resposta em função da potência este aparelho. b) Para funcionar este ebulidor em Goiânia, pode-se, por exemplo, usá-lo com um transformador. Justifique o uso do transformador neste caso. a) Queimar b) Abaixar a tensão Questão 06) No circuito abaixo, uma diferença de potencial de 1 V é fornecida por uma bateria de resistência interna nula. Deseja-se obter o valor de R de modo que a potência (P) dissipada nessa resistência seja a máxima possível.

6 a) Obtenha expressões para a corrente (I) através de R e para a potência (P), dissipada em R, em função de R. b) Calcule os valores de P para R = 0, 1,, 3, 4 e faça o gráfico de P em função de R. Com base no gráfico, estime o valor de R que fornece a potência máxima. a) b) Questão 07) A figura abaixo mostra uma barra metálica horizontal de comprimento L = 50cm e peso P = 3,0N suspensa por molas também metálicas de constante elástica k = 5,0N/m cada. A barra está imersa em uma região onde atua um campo de indução magnética uniforme B, cuja direção, na figura, é perpendicular ao plano do papel e apontando para o leitor.

7 BATERIA B Sabendo-se que a barra conduz uma corrente i = 6,0 A e que o campo não exerce influência sobre as molas: a) determine o sentido da corrente, par que as molas, no equilíbrio, não exerçam forças sobre a barra. Justifique sua resposta; b) calcule o valor da indução magnética, B, para que as molas, no equilíbrio, fiquem alongadas de 15,0cm. a) No caso da figura, com o polegar apontado para cima e o médio do plano do desenho para o observador, o indicador apontará para a esquerda. Na figura abaixo se representam a força F B e o sentido da corrente BATERIA F B B b) B = 0,50T i ; Questão 08) Para estimar a intensidade de um campo magnético B 0, uniforme e horizontal, é utilizado um fio condutor rígido, dobrado com a forma e dimensões indicadas na figura, apoiado sobre suportes fixos, podendo girar livremente em torno do eixo OO. Esse arranjo funciona como uma balança para forças eletromagnéticas. O fio é ligado a um gerador, ajustado para que a corrente contínua fornecida seja sempre i =,0 A, sendo que duas pequenas chaves, A e C, quando acionadas, estabelecem diferentes percursos para a corrente. Inicialmente, com o gerador desligado, o fio permanece em equilíbrio na posição

8 horizontal. Quando o gerador é ligado, com a chave A, aberta e C, fechada, é necessário pendurar uma pequena massa M 1 = 0,008 kg, no meio do segmento P 3 -P 4, para restabelecer o equilíbrio e manter o fio na posição horizontal. a) Determine a intensidade da força eletromagnética F 1, em newtons, que age sobre o segmento P 3 P 4 do fio, quando o gerador é ligado com a chave A, aberta e C, fechada. b) Estime a intensidade do campo magnético B 0, em teslas. c) Estime a massa M, em kg, necessária para equilibrar novamente o fio na horizontal, quando a chave A está fechada e C, aberta. Indique onde deve ser colocada essa massa, levando em conta que a massa M 1 foi retirada. NOTE E ADOTE: F = ibl Desconsidere o campo magnético da Terra. As extremidades P 1, P, P 3 e P 4 estão sempre no mesmo plano. a) F 1 = 0,08N b) B 0 = 0,0T c) 0,016kg, colocada no ponto N, médio de P 3 P 4

9 Questão 09) Um espectrômetro de massa foi utilizado para separar os íons I 1 e I, de mesma carga elétrica e massas diferentes, a partir do movimento desses íons em um campo magnético de intensidade B, constante e uniforme. Os íons partem de uma fonte, com velocidade inicial nula, são acelerados por uma diferença de potencial V 0 e penetram, pelo ponto P, em uma câmara, no vácuo, onde atua apenas o campo B (perpendicular ao plano do papel), como na figura. Dentro da câmara, os íons I 1 são detectados no ponto P 1, a uma distância D 1 = 0 cm do ponto P, como indicado na figura. Sendo a razão m /m 1 entre as massas dos íons I e I 1, igual a 1,44, determine: a) A razão entre as velocidades V 1 /V com que os íons I 1 e I penetram na câmara, no ponto A. b) A distância D, entre o ponto P e o ponto P, onde os íons I são detectados. (Nas condições dadas, os efeitos gravitacionais podem ser desprezados). Uma partícula com carga Q, que se move em um campo B, com velocidade V, fica sujeita a uma força de intensidade F = QV n B, normal ao plano formado por B e V n, sendo V n a componente da velocidade V normal a B. a) 1, b) 4 cm

10 Questão 10) A função trabalho do Césio é, aproximadamente,,0 ev. Ao incidir um feixe de luz sobre uma lâmina metálica de Césio, um fotoelétron é emitido com energia cinética de 4,6 ev. a) Calcule a freqüência mínima, em hertz, da luz incidente que causou essa emissão. b) Suponha, agora, que se aumente a intensidade da luz incidente, mantendo-se inalterada a sua freqüência. O que aconteceria com a energia cinética dos fotoelétrons? c) Explique, fisicamente, o que é função trabalho. a) 1, Hz b) nada c) Barreira de potencial Questão 11) Em uma região onde existe um campo magnético uniforme B = 0,T na direção vertical, uma barra metálica de massa desprezível, comprimento l = 1m e resistência elétrica R = 0,5 desliza sem atrito, sob a ação de um peso, sobre trilhos condutores paralelos de resistência desprezível, conforme a figura. Sabendo que o circuito formado pela barra e pelos trilhos está contido em um plano horizontal e que, após alguns instantes, a barra passa a se mover com velocidade constante, identifique a origem da força que equilibra o peso e, considerando a massa M=40g e a aceleração da gravidade g=10m/s, calcule o valor da velocidade constante.

11 De acordo com a Lei de Faraday-Lenz, o deslocamento da barra metálica, levando à variação do fluxo magnético através da área delimitada pela barra metálica e pelos trilhos, gera uma força eletromotriz no circuito. Por outro lado, na medida em que a barra metálica é percorrida por uma corrente elétrica e está situada em uma região em que há campo magnético, sobre ela atuará uma força magnética. A força eletromotriz gerada se contrapõe ao efeito que a gera e desse modo a força magnética que atua sobre a barra metálica é contrária à tensão no fio ao qual está conectada a massa M. A força eletromotriz gerada é dada por e a força magnética sobre a barra é F B v Mg Bi., em que v é a velocidade da barra metálica Assim, considerando-se que i R RMg, tem se que v 5m/ s. B (.10 0,5.0,4 1 ).1