Teste Intermédio 2014

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Nicholas Fragoso Cortês
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1 Tst Intrmédio 2014 Física Química A 11. ano Sugstão d rsolução GRUPO I 1. D acordo com o txto, para lvar a tmpratura, d uma dada massa d água, d 100 C, são ncssários 5 minutos, nquanto para a vaporizar totalmnt, forncndo nrgia à msma taxa tmporal, são ncssários 20 minutos. Dsta afirmação conclui-s qu a nrgia ncssária para vaporizar um quilograma d água, a 100 C, é quatro vzs suprior à ncssária para aqucr sta massa d 0 C a 100 C, 420 kj. Como o calor d vaporização mássico, L vap., é a nrgia a transfrir para vaporizar um quilograma d água, tm-s: L vap = 4 * 420 kj kg - 1 = 1,68 * 10 3 kj kg - 1 Uma vz qu o valor dv sr aprsntado com dois algarismos significativos, o calor d vaporização mássico da água é igual a 1,7 * 10 3 kj kg P lét. = 250 W; q i = 20 C; m água = 500 g = 0,500 kg; q f = 41 C; Dt = 5,0 min = 5,0 * 60 s Dt = 300 s h =? Para dtrminar o rndimnto é ncssário calcular a nrgia létrica forncida ao sistma, E lét., a nrgia utilizada no aqucimnto, Q, uma vz qu: Q h = * 100 E lét E lét. = P lét. * Dt E lét. = 250 * 300 = 7,50 * 10 4 J Dado qu: Q = m água c água Dq (1) Pod rcorrr-s a sta xprssão para dtrminar a capacidad térmica da água, c água, uma vz qu do txto (vr itm 1.) s conclui qu para: m água = 1,0 kg Dq = 100 C, Q = 420 kj = 420 * 10 3 J Assim, 420 * 10 3 = 1,0 * c água * 100 c água = 420 * = 4,20 * 10 3 J kg - 1 C - 1 Utilizando a xprssão (1), calcula-s a nrgia utilizada no aqucimnto d 500 g d água. Q = 0,500 * 4,20 * 10 3 * (41-20) = 4,41 * 10 4 J

2 Finalmnt, 4,41 * 104 h = 4 * 100 = 58,8% 7,50 * 10 O rndimnto do procsso d aqucimnto é d crca d 59%. 3. A dnsidad absoluta (ou massa volúmica) do vapor d água, à tmpratura d 100 C à prssão d 1 atm, é 0,590 g dm - 3. Como a massa volúmica, r = m V, considrando uma mol d gás, r = M V m, m qu M é a massa molar (massa d uma mol) V m, o volum molar (volum d uma mol). Sndo a massa molar d H 2 O, M (H 2 O) = (16, * 1,01) g mol 1 = 18,02 g mol 1, o volum molar do vapor d água nas condiçõs d prssão tmpratura rfridas é: V m = M r = 18,02 g mol- 1 0,590 g dm - 3 = 30,5 dm3 mol - 1 A quantidad d H 2 O(g) corrspondnt a 3,01 * moléculas d H 2 O é: n (H 2 O) g = N(H 2O) g 3,01 * 1024 fi n (H N 2 O) g = 23 = 5,00 mols A 6,02 * 10 Como V = n * V m, o volum ocupado por 3,01 * moléculas d H 2 O, contidas numa amostra pura d vapor d água, nas condiçõs d prssão tmpratura rfridas, é: V (H 2 O) g = 5,00 * 30,5 = 153 dm 3 4. Gomtria angular. A gomtria d uma molécula é aqula qu conduz à máxima stabilidad do sistma molcular. Sgundo o método da rpulsão dos pars ltrónicos d valência, sts dispõm-s no spaço, o mais afastados possívl, d modo a conduzir às mnors rpulsõs ltrónicas possívis. No caso da molécula H 2 O, os pars ltrónicos d valência qu rodiam o átomo cntral são dois pars d ltrõs ligants, corrspondnts às duas ligaçõs covalnts O-H, dois pars ltrónicos não ligants localizados no oxigénio. O maior afastamnto possívl dsts quatro pars obtém- -s quando ls s dispõm no spaço d modo aproximadamnt ttraédrico, confrindo ao conjunto H 2 O uma gomtria angular. 5. (B) D acordo com o dscrito na qustão antrior, na molécula d H 2 O os pars ltrónicos d valência qu rodiam o átomo cntral (átomo d oxigénio) são dois pars d ltrõs ligants, corrspondnts às duas ligaçõs covalnts O-H, dois pars ltrónicos não ligants localizados no oxigénio. Assim, numa molécula d água xistm quatro ltrõs d valência não ligants quatro ltrõs d valência ligants, o qu stá d acordo com a opção (B). GRUPO II 1. (A) Durant a dscida da rampa AB, o trabalho ralizado plo pso do carrinho é positivo, visto qu a sua componnt ficaz, tangnt à trajtória, tm o sntido do movimnto, a variação d nrgia mcânica é nula, visto qu as forças dissipativas são dsprzávis, plo qu a opção corrta é a (A).

3 2. No prcurso AB, as forças qu atuam sobr o carrinho são o pso,»p, a força d ração normal,»n, xrcida pla suprfíci d apoio. A força d ração normal é prpndicular à trajtória AB o pso é vrtical, plo qu têm dirçõs difrnts. A»N»P n»p t»p»n B C»P Figura 1 Dcompondo o pso sgundo a dirção tangnt à trajtória,»p t, sgundo a prpndicular a sta,»p n, como s mostra na figura 1, vrifica-s qu»n»p n s anulam qu a rsultant das forças é igual a»p t. 3. (C) No prcurso AB, a rsultant das forças qu atuam sobr o carrinho é constant,»f R =»P t, d acordo com a 2. a li d Nwton,»F R = m»a, a aclração também é constant. No prcurso BC, a rsultant das forças qu atuam no carrinho é nula, pois»n»p são forças simétricas (vr figura 1). Assim, o gráfico qu mlhor traduz a variação do módulo da aclração, m função do tmpo, ntr as posiçõs A a C é o rprsntado na opção (C). 4. y C = 80 cm = 0,80 m y = 30 cm = 0,30 m v y =? Num lançamnto horizontal, a componnt scalar da vlocidad sgundo o ixo 0y, v y0, é nula sgundo st ixo o movimnto é rtilíno uniformmnt aclrado. Isto é, para o carrinho: y = y C g t2 ± y = 0,80-5,0 t 2 (2) v y = - g t ± v y = - 10 t (3) Para dtrminar a componnt scalar da vlocidad, sgundo o ixo 0y, quando y = 0,30 m, dtrmina-s prviamnt o instant m qu ating sta posição a partir da quação (2). 0,50 0,30 = 0,80-5,0 t 2 t = Å 5,0 = 3,2 * 10-1 s

4 Substitui-s st valor na quação (3) dtrmina-s v y. v y = - 10 * 3,2 * 10-1 = - 3,2 m s - 1 A componnt scalar da vlocidad do carrinho, sgundo o ixo 0y, quando s ncontra a 30 cm do solo é igual a - 3,2 m s (D) Ambos os matriais, a madira o mtal, da msa ncontram-s à msma tmpratura, a ambint. A snsação d frio na mão, quando colocada m contacto com o mtal, dv-s ao facto d a taxa tmporal d transfrência d nrgia, sob a forma d calor, Q, da mão para o mtal sr suprior à Dt vrificada da mão para a madira. Sndo qu: Q Dt = k A L DT qu todas as grandzas físicas são comuns às duas situaçõs aprsntadas xcto a naturza dos matriais com qu as mãos stão m contacto, a madira o mtal, conclui-s qu o mtal é mlhor condutor d calor do qu a madira, ou sja, a condutividad térmica, k, do mtal é suprior à da madira. Plo atrás xposto, conclui-s qu a opção corrta é a (D). GRUPO III 1. (A) O fluxo magnético, F m, só s manifsta quando a spira, d suprfíci por la dlimitada, A, s ncontra no intrior do campo magnético uniform,»b, anulando-s quando abandona st. Dado qu a spira atravssa o campo magnético com vlocidad constant na msma posição m rlação à dirção do campo magnético, o msmo cos a, o fluxo magnético qu a atravssa é constant, pois F m = B A cos a, dond s conclui qu a opção corrta é a (A). 2. (D) D acordo com a li d Faraday, \ = 0DF0, para qu xista força ltromotriz induzida, \, é ncssário qu o fluxo magnético qu atravssa a suprfíci dlimitada pla spira sja variávl quando Dt sta atravssa o campo magnético. D acordo com o xposto, a opção corrta é a (D). GRUPO IV (B) D acordo com o txto ( um arco d circunfrência com vlocidad d módulo constant), conclui-s qu o automóvl s dsloca com movimnto circular uniform. Quando um corpo s dsloca, m movimnto d translação, com movimnto circular uniform, a rsultant das forças qu sobr l atuam (rsponsávl pla variação da dirção da vlocidad) é, m cada instant, radial cntrípta. Das opçõs aprsntadas, a corrta é a (B) (B) Ds = 300 m; v = 54 km h - 1

5 Para calcular o tmpo, m sgundos, qu o automóvl dmora a prcorrr o troço da pont, é ncssário convrtr o módulo da vlocidad m km h - 1 para m s - 1 (unidads SI) v = 54 km h - 1 v = 3600 m s- 1 Dado qu: Ds = v Dt Dt = Ds v ± Dt = * 3600 = s D acordo com o acima dmostrado, conclui-s qu a opção corrta é a (B) A afirmação stá corrta. A nrgia cinética, E c, é dirtamnt proporcional ao quadrado do módulo da vlocidad, qu é constant, aprsnta o msmo valor nas posiçõs P Q. A nrgia potncial gravítica, E p, é dirtamnt proporcional à altura m rlação ao nívl d rfrência aprsnta o msmo valor nas posiçõs P Q, pois stas posiçõs ncontram-s ao msmo nívl, num msmo plano horizontal. A nrgia mcânica do sistma qu, m cada posição, é igual à soma das nrgias potncial cinética, aprsnta, assim, o msmo valor nas posiçõs P Q (D) m c = 12 m a ; v c = 1 2 v a E ca = 1 2 m a v 2 a E cc = 1 2 m c v 2 c E cc = 1 2 * 12 m a * v2 a 4 E c c = 3 * a 1 2 m a v 2 ab E cc = 3 E ca D acordo com o dmonstrado, a opção corrta é a (D). 2. m = 1,0 * 10 3 kg; Dt = 10 s P = 72 cv; 1 cv = 750 W h = 15% = 0,15 v =? A nrgia disponívl, E dispon., forncida plo motor, é: E dispon. = P Dt ± E dispon. = 72 * 750 * 10 = 5,40 * 10 5 J A nrgia útil, nrgia cinética adquirida plo automóvl, E c, é: E c = h * E dispon. E c = 0,15 * 5,40 * 10 5 = 8,10 * 10 4 J E c = 1 2 m v2 8,10 * 10 4 = 1 2 * 1,0 * 2 * 8,10 * v 2 v = Å 1,0 * 10 3 = 12,7 m s - 1 O módulo da vlocidad atingida plo automóvl 10 s após arrancar é d 13 m s - 1.

6 1. (B) GRUPO V O microfon, qu convrt sinal sonoro m létrico, tm d star ligado ao osciloscópio, o altifalant, qu convrt um sinal létrico m sonoro, tm d star ligado ao grador d sinais létricos. Assim, a opção corrta é a (B). 2. (C) A rlação ntr a distância, d, prcorrida plo som, o rsptivo tmpo, t, a vlocidad d propagação, v, é: d = v t ond v é a constant a dtrminar plos alunos, rprsntada na xprssão antrior plo dcliv da rta d = f (t). Dado qu o invrso do dcliv da rta obtida plos alunos, m função das grandzas mdidas, d t, 1 é igual à vlocidad d propagação do som, isto é, v = dcliv, ntão: dcliv = 1, dond s conclui qu o gráfico traçado plos alunos é: v t = 1 v d A opção corrta é a (C). 3. (A) v tablado = 345 m s - 1 v xprimntal = 319 m s - 1 E r =? Para dtrminar o rro rlativo há qu dtrminar o rro absoluto, E a, pois: E r = E a * 100 E v r = * 100 = 7,5% tablado 345 A opção corrta é a (A). 4. (C) c = 3,0 * 10 8 m s - 1 ; v som = 345 m s - 1 c v som =? 3,0 * 10 8 = 8,7 * A ordm d grandza é dada pla potência d bas 10 como 8,7 é suprior a 5, ntão sta potência srá 10 6, dond s conclui qu a opção corrta é a (C).

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