DATA DA ENTREGA: 17/ 12 / 2015 VALOR: 20 pontos NOTA: SÉRIE: 2ª EM

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1 DISCIPLINA: FÍSICA PROFESSOR: ERICH DATA DA ENTREGA: 17/ 12 / 2015 VALOR: 20 pontos NOTA: ASSUNTO: TRABALHO DE RECUPERAÇÃO FINAL SÉRIE: 2ª EM TURMA: NOME COMPLETO: I N S T R U Ç Õ E S 1. Este trabalho contém 20 questões, sendo 5 fechadas e 15 questões discursivas; 2. O trabalho deve ser escrito a lápis na própria folha e TODAS AS RESPOSTAS devem ser grafadas A CANETA; 3. É OBRIGATÓRIO a expressão do raciocínio em TODAS as questões DISCURSIVAS; 4. Nas questões fechadas, marque apenas uma opção usando CANETA; Nº: Boa trabalho! 01. RELAÇÃO DO CONTEÚDO PARA RECUPERAÇÃO 1ª e 2ª Leis da termodinâmica; Máquinas térmicas; Transformações cíclicas; Rendimento de uma máquina térmica; Ciclo de Carnot; Refrigeradores; Ondas: Elementos e características das ondas; Ondas estacionárias e cordas e tubos sonoros; Interferência; Efeito Doppler; 02. ORIENTAÇÕES Refazer todas as questões das provas da 2ª e 3ª Etapas; Resolver as questões do trabalho de recuperação na própria folha anexa. 03. DISTRIBUIÇÃO DOS PONTOS Trabalho Valor: 20 pontos Data de entrega: 17/12/2016 (no dia da prova final de recuperação). Prova Valor: 80 pontos A prova constará de 15 questões, sendo 9 questões discursivas e 6 objetivas. 1

2 1 Durante cada ciclo, uma máquina térmica absorve 500 J de calor de um reservatório térmico, realiza trabalho e rejeita 420 J para um reservatório frio. A) Faça o esquema da máquina térmica, representando os valores do calor absorvido na fonte quente, o trabalho realizado no ciclo e o calor rejeitado para fonte fria. B) CALCULE o valor do rendimento (ƞ) dessa máquina. 2 Um projeto propõe a construção de três máquinas térmicas, M 1, M 2 e M 3, que devem operar entre as temperaturas de 250 K e 500 K, ou seja, que tenham rendimento ideal igual a 50%. Em cada ciclo de funcionamento, o calor absorvido por todas é o mesmo: Q = 20 kj, mas espera-se que cada uma delas realize o trabalho mostrado na tabela abaixo. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, VERIFIQUE qual máquina ou quais máquinas são possíveis. 2

3 3 ANALISE o gráfico a seguir, que representa uma transformação cíclica ABCDA de 1mol de gás ideal. A) CALCULE o trabalho realizado pelo gás durante o ciclo ABCDA. B) CALCULE o maior e o menor valor da temperatura absoluta do gás no ciclo (considere sua resposta apresentando todos os cálculos realizados. J R 8 ). Justifique K mol 3

4 4 Um gás ideal é submetido a um processo termodinâmico ABCD, conforme ilustra a figura a seguir. Sabendo que o trabalho total associado a esse processo é igual a 1050 J, CALCULE o trabalho realizado no subprocesso BCD. 5 Certa quantidade de gás ideal monoatômico é levada do estado A para o estado C através de uma transformação isotérmica AB, seguida de uma transformação isobárica BC, como indicado no gráfico. No processo completo ABC, o 4

5 gás recebe 2 J de calor do meio ambiente. Sabemos, também, que a variação da energia interna no processo BC é de 0,6 J. Com relação às transformações realizadas nesse processo, IDENTIFIQUE e verifique a veracidade de cada assertiva, classificando-as em verdadeira ou falsa. (É obrigatória a justificativa). ( ) A variação da energia interna no processo AB é 0,10 J. ( ) O trabalho realizado pelo gás no processo BC é de 0,8 J. ( ) O trabalho realizado pelo gás no processo AB é de 1,0 J. ( ) A variação da energia interna no processo ABC é de 0,8 J. 5

6 ( ) O calor absorvido no processo BC é de 0,4 J. 6 Uma corda elástica está inicialmente esticada e em repouso, com uma de suas extremidades fixa em uma parede e a outra presa a um oscilador capaz de gerar ondas transversais nessa corda. A figura representa o perfil de um trecho da corda em determinado instante posterior ao acionamento do oscilador e um ponto P que descreve um movimento harmônico vertical, indo desde um ponto mais baixo (vale da onda) até um mais alto (crista da onda). Sabendo que as ondas se propagam nessa corda com velocidade constante de 20 m/s e que a frequência do oscilador também é constante, CALCULE: A) o valor do comprimento de onda da onda. B) a velocidade escalar média do ponto P, em m / s, quando ele vai de um vale até uma crista da onda no menor intervalo de tempo possível. 7 O gráfico a seguir representa uma onda que se propaga com velocidade constante de 400 m/s. 6

7 Baseando-se na figura, DETERMINE os valores da amplitude (A), do comprimento de onda ( λ ) e da frequência (f ) da onda. 8 Quando jogamos uma pedra em um lago de águas calmas, são produzidas ondas periódicas que percorrem 5 m em 10 s. Sendo a distância entre duas cristas sucessivas igual a 40 cm, CALCULE os valores da frequência e da velocidade de propagação dessas ondas. 9 Sabe-se que o período da onda periódica a seguir é 2,5s. Basendo-se no período da onda e ANALISANDO a figura, DETERMINE: A) o valor do comprimento de onda da onda (λ). 7

8 B) o valor da velocidade de propagação da onda. 10 Um experimento foi feito com a finalidade de determinar a frequência de vibração de um diapasão. Um tubo cilíndrico aberto em suas duas extremidades foi parcialmente imerso em um recipiente com água e o diapasão vibrando foi colocado próximo ao topo desse tubo, conforme a figura 1. O comprimento L da coluna de ar dentro do tubo foi ajustado movendo-o verticalmente. Verificou-se que o menor valor de L, para o qual as ondas sonoras geradas pelo diapasão são reforçadas por ressonância dentro do tubo, foi de 10 cm, conforme a figura 2. Considerando a velocidade de propagação do som no ar igual a 340 m/s, CALCULE o valor da frequência de vibração do diapasão, em Hz. 8

9 11 Observa-se, na figura a seguir, uma corda fixa em suas extremidades na qual foi estabelecida uma onda estacionária. Qualquer ponto da corda, com exceção dos nós, efetua 10 oscilações por segundo. Baseando-se nesses dados e ANALISANDO a figura, DETERMINE: A) o harmônico correspondente à configuração apresentada na figura. B) o valor da velocidade das ondas que deram origem à onda estacionária, em m/s. 12 O Sr. Rubinato, um músico aposentado, gosta de ouvir seus velhos discos sentado em uma poltrona. Está ouvindo um conhecido solo de violino quando sua esposa Matilde afasta a caixa acústica da direita (C d) de uma distância l, como visto na figura abaixo. 9

10 Em seguida, Sr. Rubinato reclama: _ Não consigo mais ouvir o Lá do violino, que antes soava bastante forte! Dentre as alternativas abaixo para a distância l, a única compatível com a reclamação do Sr. Rubinato é Baseando-se nessas informações, responda aos itens a seguir. Note e adote: O mesmo sinal elétrico do amplificador é ligado aos dois alto-falantes, cujos cones se movimentam em fase. A frequência da nota Lá é 440 Hz. A velocidade do som no ar é 330 m/s. A distância entre as orelhas do Sr. Rubinato deve ser ignorada. A) Quando o Sr. Reclama que não consegue ouvir a nota musical, ele percebe uma interferência construtiva ou destrutiva? B) CALCULE o valor da distância l, compatível com a reclamação do Sr. Rubinato. 13 Um carro de bombeiros transita a 25 m/s com a sirene ligada, em uma rua reta e plana. A sirene emite um som de 630 Hz. Uma pessoa parada na calçada da rua, esperando para atravessar pela faixa de pedestre, escuta o som da sirene e observa o carro de bombeiros se aproximando. Nesta situação, A) a pessoa parada na calçada perceberá uma frequência maior, menor ou igual a 630 Hz? Justifique sua resposta. B) CALCULE o valor da frequência percebida pelo ouvinte parado na calçada. 10

11 14 (FUVEST/2016) Miguel e João estão conversando, parados em uma esquina próxima a sua escola, quando escutam o toque da sirene que indica o início das aulas. Miguel continua parado na esquina, enquanto João corre em direção à escola. As ondas sonoras propagam-se, a partir da sirene, em todas as direções, com comprimento de onda λ 17 cm e velocidade Vs 340 m s, em relação ao ar. João se aproxima da escola com velocidade de módulo v 3,4 m s e direção da reta que une sua posição à da sirene. Note e adote: Considere um dia seco e sem vento. DETERMINE: A) a frequência f M do som da sirene percebido por Miguel parado na esquina; B) a velocidade v R do som da sirene em relação a João correndo; C) a frequência f J do som da sirene percebido por João quando está correndo. Miguel, ainda parado, assobia para João, que continua correndo. Sendo o comprimento de onda do assobio igual a 10 cm DETERMINE: D) a frequência f A do assobio percebido por João. 11

12 15 Um observador, situado no ponto O, recebe ondas sonoras emitidas por duas fontes situadas nos pontos A e B, idênticas, que emitem em oposição de fase. A velocidade de propagação do som emitido pelas fontes é de 340m/s e a frequência é de 170Hz. Baseando-se nesses dados, que tipo de interferência o observador percebe no ponto O? Justifique sua resposta por meio de cálculos. 16 A figura a seguir apresenta um diagrama p x V que ilustra um ciclo termodinâmico de um gás ideal. Este ciclo com a realização de trabalho de 750 J, ocorre em três processos sucessivos. No processo AB, o sistema sofre um aumento de pressão mantendo o volume constante; no processo BC, o sistema se expande mantendo a temperatura constante e diminuindo a pressão; e, finalmente, no processo CA, o sistema retorna ao estado inicial sem variar a pressão. O trabalho realizado no processo BC e a relação entre as temperaturas T A e T B são, respectivamente, A) 1310 J e T A = T B/8. B) 1310 J e T A = 8T B. C) 560 J e T A = T B/8. D) 190 J e T A = T B/8. E) 190 J e T A = 8T B. 12

13 17 Uma máquina térmica ideal opera em um ciclo termodinâmico diferente do ciclo de Carnot. Se essa máquina térmica operar entre as temperaturas de 27 C e 477 C, fornecendo trabalho através do calor gerado na fonte quente, sua eficiência será: A) De 60%. B) De 75%. C) A porcentagem do calor que chega à fonte fria. D) A razão entre os calores das fontes fria e quente. E) Menor do que se a máquina operasse com base no ciclo de Carnot. 18 Uma máquina térmica, representada na figura abaixo, opera na sua máxima eficiência, extraindo calor de um reservatório em temperatura Tq 527 C, e liberando calor para um reservatório em temperatura Tf 327 C. Para realizar um trabalho (W) de 600J, o calor absorvido deve ser de A) 2.400J. B) 1.800J. C) 1.581J. D) 967J. E) 800J. 19 Leia o texto e as afirmativas que seguem. As principais partes de um refrigerador doméstico são o congelador, o condensador e o compressor, sendo que essas duas últimas peças estão localizadas na parte externa do aparelho. O funcionamento do refrigerador depende da circulação de um fluido refrigerante impulsionado pelo compressor. Durante o ciclo termodinâmico, o fluido sofre transformações nas variáveis estado, pressão e temperatura, o que determina o resfriamento no interior do aparelho, levando para fora a energia oriunda dos alimentos refrigerados. Em relação a essas transformações, considere as seguintes afirmativas: I. No congelador, a pressão do gás diminui, e sua temperatura se eleva com a absorção de energia. II. No congelador, a pressão do gás aumenta, e sua temperatura diminui com a liberação de energia. III. No condensador, a pressão do gás é maior do que no congelador, e sua temperatura diminui com a liberação de energia. IV. No condensador, a pressão do gás diminui, e sua temperatura aumenta. Estão corretas apenas as afirmativas A) I e III. B) I e IV. C) II e III. D) II e IV. E) II, III e IV. 13

14 20 De acordo com a 2ª Lei da Termodinâmica leia e analise as seguintes afirmações: I. Para produzir trabalho continuamente, uma máquina térmica, operando em ciclos, deve necessariamente receber calor de uma fonte quente e ceder parte dele a uma fonte fria. II. A Segunda Lei da Termodinâmica não se aplica aos refrigeradores, porque estes transferem calor da fonte fria para a fonte quente. III. A importância do ciclo de Carnot reside no fato de ser o ciclo de rendimento igual a 100%. IV. É possível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e transformá-lo em uma quantidade equivalente de trabalho. V. O rendimento das máquinas térmicas quentes é definido como a razão entre o trabalho realizado pela máquina e a energia total fornecida à mesma. Assinale a alternativa CORRETA. A) Apenas as afirmações I e V são verdadeiras. B) Apenas as afirmações II e V são verdadeiras. C) Apenas as afirmações I, II e IV são verdadeiras. D) Apenas as afirmações I, II e III são verdadeiras. E) Apenas as afirmações II, III e IV são verdadeiras. 14