Exercícios de Física I - 3º ANO

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1 Nome: nº Professor(a): Série: 3ª EM. Turma: Data: / /013 Sem limite para crescer Exercícios de Física I - 3º ANO 1º Trimestre 1. (Epcar (Afa) 013) Uma partícula de massa m e carga elétrica negativa gira em órbita circular com velocidade escalar constante de módulo igual a v, próxima a uma carga elétrica positiva fixa, conforme ilustra a figura abaixo. Desprezando a interação gravitacional entre as partículas e adotando a energia potencial elétrica nula quando elas estão infinitamente afastadas, é correto afirmar que a energia deste sistema é igual a 1 a) mv 1 b) mv c) d) mv mv. (Pucrj 013) Duas cargas pontuais q13,0 μc e q 6,0 μc são colocadas a uma distância de 1,0 m entre si. Calcule a distância, em metros, entre a carga q 1 e a posição, situada entre as cargas, onde o campo elétrico é nulo. a) 0,3 b) 0,4 c) 0,5 d) 0,6 e),4 Considere k C = Nm /C 3. (Pucrj 013) O gráfico abaixo apresenta a medida da variação de potencial em função da corrente que passa em um circuito elétrico. Podemos dizer que a resistência elétrica deste circuito é de: a),0 m b) 0, c) 0,5 d),0 k e) 0,5 k 4. (Fuvest 013) No circuito da figura abaixo, a diferença de potencial, em módulo, entre os pontos A e B é de

2 a) 5 V. b) 4 V. c) 3 V. d) 1 V. e) 0 V. 5. (Pucrj 013) No circuito mostrado na figura, a diferença de potencial entre os pontos B e A vale, em Volts: a) 3,0 b) 1,0 c),0 d) 4,5 e) 0,75 6. (Fuvest 013) Em uma aula de laboratório, os alunos determinaram a força eletromotriz ε e a resistência interna r de uma bateria. Para realizar a tarefa, montaram o circuito representado na figura abaixo e, utilizando o voltímetro, mediram a diferença de potencial V para diferentes valores da resistência R do reostato. A partir dos resultados obtidos, calcularam a corrente I no reostato e construíram a tabela apresentada logo abaixo. a) Complete a tabela abaixo com os valores da corrente I. V(V) R( ) I(A) 1,14 7,55 0,15 1,10 4,40 1,05,6 0,40 0,96 1,60 0,85 0,94 0,90 b) Utilizando os eixos abaixo, faça o gráfico de V em função de I.

3 c) Determine a força eletromotriz ε e a resistência interna r da bateria. Note e adote: Um reostato é um resistor de resistência variável; Ignore efeitos resistivos dos fios de ligação do circuito. 7. (Unesp 013) Determinada massa de água deve ser aquecida com o calor dissipado por uma associação de resistores ligada nos pontos A e B do esquema mostrado na figura. Para isso, dois resistores ôhmicos de mesma resistência R podem ser associados e ligados aos pontos A e B. Uma ddp constante U, criada por um gerador ideal entre os pontos A e B, é a mesma para ambas as associações dos resistores, em série ou em paralelo. Considere que todo calor dissipado pelos resistores seja absorvido pela água e que, se os resistores forem associados em série, o aquecimento pretendido será conseguido em 1 minuto. Dessa forma, se for utilizada a associação em paralelo, o mesmo aquecimento será conseguido num intervalo de tempo, em segundos, igual a a) 30. b) 0. c) 10. d) 45. e) (Uel 013) As lâmpadas de LED (Light Emissor Diode) estão substituindo progressivamente as lâmpadas fluorescentes e representam um avanço tecnológico nas formas de conversão de energia elétrica em luz. A tabela, a seguir, compara as características dessas lâmpadas. Características Fluorescente LED Potência média (W) 9 8 Tempo médio de duração (horas) Tensão nominal (Volts) Fluxo luminoso (lm) Com relação à eficácia luminosa, que representa a relação entre o fluxo luminoso e a potência do dispositivo, Lumen por Watt (lm/w), considere as afirmativas a seguir. I. A troca da lâmpada fluorescente pela de LED ocasionará economia de 80% de energia. II. A eficácia luminosa da lâmpada de LED é de 56,5 lm/w. III. A razão entre as correntes elétricas que passam pela lâmpada fluorescente e pela lâmpada de LED, nessa ordem, é de,5.

4 IV. O consumo de energia elétrica de uma lâmpada de LED durante o seu tempo médio de duração é de 00 kwh. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 9. (Uerj 013) Ao ser conectado a uma rede elétrica que fornece uma tensão eficaz de 00 V, a taxa de consumo de energia de um resistor ôhmico é igual a 60 W. Determine o consumo de energia, em kwh, desse resistor, durante quatro horas, ao ser conectado a uma rede que fornece uma tensão eficaz de 100 V. 10. (Espcex (Aman) 013) O amperímetro é um instrumento utilizado para a medida de intensidade de corrente elétrica em um circuito constituído por geradores, receptores, resistores, etc. A maneira correta de conectar um amperímetro a um trecho do circuito no qual queremos determinar a intensidade da corrente é a) em série b) em paralelo c) na perpendicular d) em equivalente e) mista 11. (Fuvest 013) Um raio proveniente de uma nuvem transportou para o solo uma carga de 10 C sob uma diferença de potencial de 100 milhões de volts. A energia liberada por esse raio é 7 (Note e adote: 1J 3 10 kwh. ) a) 30 MWh. b) 3 MWh. c) 300 kwh. d) 30 kwh. e) 3 kwh. 1. (Pucrj 013) Um determinado circuito é composto de uma bateria de 1,0 V e mais quatro resistores, dispostos como mostra a figura. a) Determine a corrente elétrica no ponto A indicado na figura. b) Determine a diferença de potencial entre os pontos B e C apresentados na figura. 13. (Unicamp 013) Uma forma alternativa de transmissão de energia elétrica a grandes distâncias (das unidades geradoras até os centros urbanos) consiste na utilização de linhas de transmissão de extensão aproximadamente igual a meio comprimento de onda da corrente alternada transmitida. Este comprimento de onda é muito próximo do comprimento de uma onda eletromagnética que viaja no ar com a mesma frequência da corrente alternada. a) Qual é o comprimento de onda de uma onda eletromagnética que viaja no ar com uma frequência igual a 60 Hz? A velocidade da luz no ar é c = m/s. b) Se a tensão na linha é de 500 kv e a potência transmitida é de 400 MW, qual é a corrente na linha? 14. (G1 - utfpr 01) Quando atritamos uma régua de plástico com um pedaço de lã: I. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada com cargas elétricas e o pedaço de lã continue neutro eletricamente, pois o papel da lã é de atritar a régua. II. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada com cargas elétricas e o pedaço de lã fique carregado com cargas elétricas contrárias às da régua, pois há transferência de cargas de um material para o outro. III. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada eletricamente com o mesmo tipo de cargas da lã, pois a transferência de cargas se dá de um objeto carregado para o outro. IV. A régua de plástico e a lã ficam eletricamente neutros, pois o processo de eletrização por atrito é o processo de indução de cargas.

5 Está(ão) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) IV. e) I e IV. 15. (G1 - ifsp 01) Enquanto fazia a limpeza em seu local de trabalho, uma faxineira se surpreendeu com o seguinte fenômeno: depois de limpar um objeto de vidro, esfregando-o vigorosamente com um pedaço de pano de lã, percebeu que o vidro atraiu para si pequenos pedaços de papel que estavam espalhados sobre a mesa. O motivo da surpresa da faxineira consiste no fato de que a) quando atritou o vidro e a lã, ela retirou prótons do vidro tornando-o negativamente eletrizado, possibilitando que atraísse os pedaços de papel. b) o atrito entre o vidro e a lã aqueceu o vidro e o calor produzido foi o responsável pela atração dos pedaços de papel. c) ao esfregar a lã no vidro, a faxineira criou um campo magnético ao redor do vidro semelhante ao existente ao redor de um ímã. d) ao esfregar a lã e o vidro, a faxineira tornou-os eletricamente neutros, impedindo que o vidro repelisse os pedaços de papel. e) o atrito entre o vidro e a lã fez um dos dois perder elétrons e o outro ganhar, eletrizando os dois, o que permitiu que o vidro atraísse os pedaços de papel. 16. (G1 - ifsc 01) Como funciona a Máquina de Xerox Quando se inicia a operação em uma máquina de Xerox, acende-se uma lâmpada, que varre todo o documento a ser copiado. A imagem é projetada por meio de espelhos e lentes sobre a superfície de um tambor fotossensível, que é um cilindro de alumínio revestido de um material fotocondutor. Os fotocondutores são materiais com propriedade isolante no escuro. Mas, quando expostos à luz, são condutores. Assim, quando a imagem refletida nos espelhos chega ao tambor, as cargas superficiais do cilindro se alteram: as áreas claras do documento eliminam as cargas elétricas que estão sobre a superfície do cilindro e as áreas escuras as preservam. Forma-se, então, uma imagem latente, que ainda precisa ser revelada. Para isso, o cilindro é revestido por uma fina tinta de pó, o tonalizador, ou toner, que adere à imagem latente formada sobre o tambor. Em seguida, toda a imagem passa para as fibras do papel, através de pressão e calor. E, assim, chega-se à cópia final. Fonte: Revista Globo Ciência, dez. 1996, p. 18. O texto acima se refere a uma aplicação do fenômeno de eletrização, pois é graças a ele que o toner adere ao cilindro metálico mencionado. O processo de eletrização pode ocorrer de três formas distintas: atrito, indução e contato, mas todos os processos têm algo em comum. É CORRETO afirmar que o comum destes processos é: a) Deixar o corpo eletrizado, com um desequilíbrio entre o número de cargas elétricas positivas e negativas. b) Deixar o corpo eletrizado, com um equilíbrio entre o número de cargas elétricas positivas e negativas. c) Arrancar as cargas positivas do corpo eletrizado. d) Deixar o corpo eletrizado com uma corrente elétrica negativa. e) Deixar o corpo eletrizado com um campo magnético. 17. (Upf 01) Uma pequena esfera de 1,6 g de massa é eletrizada retirando-se um número n de elétrons. Dessa forma, quando a 9 esfera é colocada em um campo elétrico uniforme de 1 10 N C, na direção vertical para cima, a esfera fica flutuando no ar em equilíbrio. Considerando que a aceleração gravitacional local g é 10 m/s 19 e a carga de um elétron é 1,6 10 C, pode-se afirmar que o número de elétrons retirados da esfera é: 19 a) b) c) d) e) 1 10

6 18. (G1 - cftmg 01) A figura representa um trecho de um circuito elétrico em que a diferença de potencial entre os pontos A e B vale 1 V. O valor da intensidade de corrente elétrica i, em ampères, e da resistência elétrica do resistor R, em ohm, valem, respectivamente, a),0 e 6,0. b) 4,0 e,0. c) 6,0 e,0. d) 6,0 e 4, (G1 - ifce 01) Um resistor ôhmico de 576, submetido a uma ddp de 40 V, dissipa, em horas, uma energia elétrica, em joules, de a) 3,6x10 5. b) 3,6x10 6. c) 7,x10 6. d) 7,x10 5. e),0x (Ufsm 01) O uso de datashow em sala de aula é muito comum. As lâmpadas de filamento que são usadas nesses equipamentos têm potência elevada de, aproximadamente, 1100 W quando ligadas em 0 V. Se um datashow for usado durante 1 hora e 40 minutos, que é o tempo de duração de uma aula com dois períodos, qual é a energia consumida em J? a) 5,00 X 10. b),4 X c) 1,10 X d) 6,60 X e) 1,45 X (G1 - ifce 011) Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, se encontram isoladas e bem afastadas uma das outras. A esfera A possui carga Q e as outras estão neutras. Faz-se a esfera A tocar primeiro a esfera B e depois a esfera C. Em seguida, faz-se a esfera B tocar a esfera C. No final desse procedimento, as cargas das esferas A, B e C serão, respectivamente, a) Q/, Q/ e Q/8. b) Q/4, Q/8 e Q/8. c) Q/, 3Q/8 e 3Q/8. d) Q/, 3Q/8 e Q/8. e) Q/4, 3Q/8 e 3Q/8.. (Ufsm 011) A luz é uma onda eletromagnética, isto é, a propagação de uma perturbação dos campos elétrico e magnético locais. Analise as afirmações a seguir, que estão relacionadas com as propriedades do campo elétrico. I. O vetor campo elétrico é tangente às linhas de força. II. Um campo elétrico uniforme se caracteriza por ter as linhas de força paralelas e igualmente espaçadas. III. O número de linhas de força por unidade de volume de um campo elétrico é proporcional à quantidade de cargas do corpo. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas I e II. d) apenas III. e) I, II e III. 3. (Ufpa 011) O acelerador de partículas LHC, o Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider), recebeu da imprensa vários adjetivos superlativos: a maior máquina do mundo, o maior experimento já feito, o big-bang recriado em laboratório, para citar alguns. Quando o LHC estiver funcionando a plena capacidade, um feixe de prótons, percorrendo o perímetro do anel circular do acelerador, irá conter prótons, efetuando 10 4 voltas por segundo, no anel. Considerando que os prótons preenchem o anel uniformemente, identifique a alternativa que indica corretamente a corrente elétrica que circula pelo anel.

7 19 Dado: carga elétrica do próton 1,6 10 C a) 0,16 A 15 b) 1,6 10 A 9 c) 1,6 10 A 9 d) 1,6 10 A 3 e) 1,6 10 A 4. (Udesc 011) Um fio condutor foi submetido a diversas voltagens em um laboratório. A partir das medidas dessas voltagens e das correntes que se estabeleceram no condutor, foi possível obter o gráfico a seguir. O valor da resistência desse condutor é: a) 3 Ù b) 0,0 Ù c) 150 Ù d) 50 Ù e) 50 Ù 5. (Unifesp 011) Os circuitos elétricos A e B esquematizados, utilizam quatro lâmpadas incandescentes L idênticas, com especificações comerciais de 100 W e de 110 V, e uma fonte de tensão elétrica de 0 V. Os fios condutores, que participam dos dois circuitos elétricos, podem ser considerados ideais, isto é, têm suas resistências ôhmicas desprezíveis. a) Qual o valor da resistência ôhmica de cada lâmpada e a resistência ôhmica equivalente de cada circuito elétrico? b) Calcule a potência dissipada por uma lâmpada em cada circuito elétrico, A e B, para indicar o circuito no qual as lâmpadas apresentarão maior iluminação.

8 el rescent pot cin Gabarito: Resposta da questão 1: [A] A força elétrica age como resultante centrípeta sobre a partícula de carga negativa. Assim: k Q q mv F F R R k Q q m v. I R A energia do sistema é a soma da energia cinética com a energia potencial elétrica: mv k Q q E E E R m v k Q q E. II R Substituindo (I) em (II): mv 1 E mv E mv. Resposta da questão : Gabarito Oficial: [B] Gabarito SuperPro : Nenhuma das alternativas está correta. Observe a figura abaixo. Para que o campo elétrico no ponto assinalado seja nulo, E1 E. Portanto: kq kq x (1 x) x (1 x) x 1 x x x x x 1 x x 1 0 4x1x( ) 1 3 x 1 3 0,73m Resposta da questão 3: [D] Primeira Lei de OHM V R.i 1 Rx6 R,0k Resposta da questão 4: [B] Como o circuito está aberto entre os pontos A e B, a corrente elétrica entre esses pontos é nula, sendo, portanto, também nula a corrente pelo resistor de R = 4, ligado ao ponto A; ou seja, esse resistor não tem função, não entrando no cálculo da resistência equivalente. O circuito da figura é uma simplificação do circuito da figura 1.

9 Calculando a resistência equivalente: Req 4 5. A ddp no trecho é U = 5 V, e a ddp entre os pontos A e B (U AB ) é a própria ddp no resistor R 1. Assim: U 5 U Req I I 1 A. R 5 eq UAB R1 i 4 1 UAB 4 V. Resposta da questão 5: [C] A resistência equivalente do circuito é: R 11/ /1 1 0,5 1,5 A corrente no circuito é: V R.i 3 1,5.i i,0a A ddp procurada é: V R.i VAB 1x,0V Resposta da questão 6: a) Aplicando a 1ª Lei de Ohm na ª e 4ª linhas: 1,1 I 0,5 A. V 4,4 V R I I R 0,96 I 4 0,60 A. 1,6 V(V) R( ) I(A) 1,14 7,55 0,15 1,10 4,40 0,5 1,05,6 0,40 0,96 1,60 0,60 0,85 0,94 0,90 b) Substituindo os valores da tabela do item anterior:

10 Obs.: no eixo das tensões, os valores começam a partir de V = 0,7 V, por isso a reta não cruza o eixo das correntes no valor da corrente de curto circuito. c) Substituindo os dois primeiros valores de V e de I da tabela na equação do gerador e subtraindo membro a membro as duas equações: 1,14 ε r 0,15 0,04 V ε r I 1,10 ε r 0,5 r r 0,4 Ω. 0,1 0,04 0 0,10 r 1,14 ε 0,4 0,15 ε 1,14 0,06 ε 1, V. Obs.: A equação dessa bateria é: V 1, 0,4 I. Para V = 0,7 V: 1, 0,7 0,7 1, 0,4 I I i 1,5 A. 0,4 Esse é o valor em que a linha do gráfico corta o eixo das correntes, como assinalado no gráfico do item anterior. Resposta da questão 7: [E] Dados: t S = 1 min = 60 s. As resistências equivalentes das associações série (R S ) e paralelo (R P ) são, respectivamente: R RS R e R P. Para o mesmo aquecimento, é necessária a mesma quantidade de calor nas associações paralelo e série (Q P = Q S ). Aplicando a expressão da potência elétrica para uma associação de resistores: U U QP Q S PP tp PS t S tp t S RP RS tp ts ts ts 60 t P t P t P R R 4 4 tp 15 s. Resposta da questão 8: [E] I. Incorreta. O consumo de energia está relacionado à potência ( E P t). A relação entre as potências é: P 8 led 0,89 89%. A troca ocasionará uma economia de 11%. Pflu II. Correta. Sendo e a eficácia luminosa, temos: eled 56,5 lm / W. 8

11 9 9 i P flu 110 iflu III. Correta. P U i i 110,5. U 8 iled iled 0 0 ΔE P Δt W h 00 kw h. IV. Correta. Resposta da questão 9: Dados nominais fornecidos no enunciado: U 00V P 60w A partir destes dados, temos: 3 ω E P Δt k 4 h neste resistor é dada por: U P R P P 15w A energia consumida em 4 horas é dada por: 3 E P Δt kw 4 h E 0,06kwh Resposta da questão 10: [A] Para que o amperímetro faça a leitura correta, ele deve ter resistência interna nula e ser ligado em série com o trecho de circuito onde se quer medir a corrente. Resposta da questão 11: [C] Dados: U = V; Q = 10 C; 1 J = kwh kw h ΔE U Q J ΔE 10 J3 10. J ΔE 300 kw h. Resposta da questão 1: Como as resistências de 1,0 k estão em paralelo o circuito pode ser reduzido para o mostrado abaixo. A corrente circulante será 1 8 V R.i 1 4,5i i A 4, A ddp procurada valerá: VBC R.i VBC 0,5x i A 3 3

12 Resposta da questão 13: a) Dados: c = m/s; f = 60 Hz. Da equação fundamental da ondulatória: 8 c c λ f λ λ 5 10 m. f 60 b) Dados: P = 400 MW = W; U = 500 kv = V. Da expressão da potência elétrica: 6 P P U i i i 800 A. U Resposta da questão 14: [B] Quando são atritados dois corpos isolantes, eles adquirem cargas de mesmo módulo e de sinais opostos. Portanto, somente a afirmativa II está correta. Resposta da questão 15: [E] Na eletrização por atrito ocorre transferência de elétrons de um corpo para o outro, ficando ambos eletrizados com cargas de sinais opostos. Resposta da questão 16: [A] Para que um corpo seja eletrizado, por qualquer processo, ele deve ganhar ou perder elétrons, havendo, então, um desequilíbrio entre o número de prótons (cargas positivas) e o número de elétrons (cargas negativas). Resposta da questão 17: [D] Dados: m = 1,6 g 3 1,6 10 kg; 19 e 1,6 10 C; 9 E 1 10 N C; g = 10 m/s. Como a esfera está em equilíbrio, a força eletrostática equilibra o peso: mg F P q E mg nee mg n ee 3 1, n n , Resposta da questão 18: [D] Como os dois resistores estão em paralelo, a ddp, U = 1 V, é a mesma nos dois ramos. Aplicando a 1ª lei de Ohm: U R i 1 i i 6 A. 1 R 3 R 4 Ω. Resposta da questão 19: Gabarito Oficial: [C] Gabarito SuperPro : [D] 5 U 40 ΔE P Δt ΔE Δt R 576 ΔE 7, 10 J. Resposta da questão 0: [D] Dados: P = W; t = 1 h e 40 min = s.

13 6 E P t ,6 10 J. Resposta da questão 1: [E] Q 0 Q A com B: QA Q B ; Q 0 Q A com C: QA Q C ; 4 Q Q 3Q 4 4 3Q B com C: QB Q C. 8 A tabela abaixo mostra o resultado final. Contatos A B C Início Q 0 0 A com B Q/ Q/ 0 A com C Q/4 Q/ Q/4 B com C Q/4 3Q/8 3Q/8 Resposta da questão : [C] I. Correta. O vetor campo elétrico é tangente às linhas de força. II. Correta. III. Incorreta. De acordo com a lei de Gauss, o número de linhas de força por unidade de área de um campo elétrico é proporcional à quantidade de carga do corpo. Resposta da questão 3: [A] A corrente elétrica é dada pela razão entre a carga que passa por unidade de tempo. A cada segundo passam prótons, 10 4 vezes. Assim, a intensidade da corrente elétrica é: Q ,6 10 i i 0,16 A. t 1 Resposta da questão 4: [E] V 3 R 50 i 0,6 Resposta da questão 5: Dados: P L = 100 W; U L = 110 V; U = 0 V. a) A resistência de cada lâmpada é: UL UL P L R R R PL 100 R 11.

14 No circuito A temos dois ramos em paralelo, tendo cada um duas lâmpadas em série. A resistência de cada ramo é R. Assim: R RA R RA 11. No circuito B as quatro lâmpadas estão em série. Então: R B = 4 R = 4 (11) R B = 484. b) No circuito A a tensão em cada ramo é U = 0 V, portanto, em cada lâmpada a tensão é U A = 110 V. Cada uma dissipa potência P A dada por: U P A A PA 100 W. R 11 No circuito B temos 4 lâmpadas em série, sob tensão total U = 0 V. A tensão em cada lâmpada é: 0 UB 55 V. 4 Cada lâmpada dissipa potência P B, sendo: UB P B PB 5 W. R 11 Como P A > P B, as lâmpadas do circuito A apresentarão maior iluminação.