TC 1 ENEM 2012 (SEMANA de VÉSPERA de 22 a 26 de outubro) PROFs.: Célio Normando Rodrigo Lins

Transcrição

1 TC 1 ENEM 2012 (SEMANA de VÉSPERA de 22 a 26 de outubro) PROFs.: Célio Normando Rodrigo Lins 1. CA 2 H 5 OBJETO DO CONHECIMENTO: Potência Elétrica Cada vez mais pessoas estão aderindo à bicicleta para se deslocar nas grandes cidades, pois é um meio de locomoção que gera benefícios à saúde e não emite gases de efeito estufa. Estima-se que um ciclista utiliza aproximadamente 180 kcal/h, quando em ritmo de passeio. Considerando que 1 cal = 4,2 joules, essa potência seria suficiente para manter em funcionamento qual ou quais aparelho(s) entre os relacionados na tabela? a) 1 aquecedor elétrico b) 1 máquina de lavar c) 1 ferro de passar roupas d) 1 geladeira e 1 Televisor e) 1 abajur e 1 aparelho de som SOLUÇÃO: A potência desenvolvida pelo ciclista, quando em ritmo de passeio é: P = x 4,2 J / 3600 s P = 210W Assim de acordo com a tabela e as opções apresentadas, os aparelhos que podem ser mantidos em funcionamento, com esta potência são o abajur e o aparelho de som que totalizam 180W. RESPOSTA (E) 2. CA 5 H 17 OBJETO DO CONHECIMENTO: Gráficos dos Movimentos O gráfico a seguir representa o valor da velocidade de um meio de locomoção M ao longo de um certo tempo. No sistema adotado, a unidade de comprimento é A e a unidade de tempo é B. De acordo com informações retiradas do gráfico e com conhecimentos cotidianos, qual das alternativas a seguir apresenta a possibilidade mais razoável para o significado de A e B e o tipo de meio de locomoção em movimento?

2 a) A = quilômetro, B = segundo e M = avião b) A = metro, B = hora e M = carroça c) A = centímetro, B = minuto e M = navio d) A = metro, B = segundo e M = carro e) A = centímetro, B = hora e M = bicicleta SOLUÇÃO: a) (FALSA) Um avião não pode atingir uma velocidade de 30 km/s, isto é km/h. b) (FALSA) Uma carroça anda devagar, mas não tanto. A uma velocidade constante de 30 m/h, a carroça andaria 30 m em 1h. Ao final do dia, (24h), o espaço percorrido por ela (numericamente igual à área) seria de 480 m. c) (FALSA) Um navio não é tão rápido quanto um avião, mas se a velocidade máxima for de 30 cm/min ao final dos 24 min teria percorrido 480 cm. É bom lembrar, que um navio de cruzeiro tem, em média, velocidade de 30 nós ou seja aproximadamente 54 km/h. d) (VERDADEIRA) Um carro pode atingir uma velocidade máxima de 30 m/s = 108 km/h. Um carro de passeio levaria uns 15s para sair do repouso e atingir 108 km/h. Já um F1 faria isso em 2s. Desta maneira o carro da questão provavelmente é um esportivo. e) (FALSA) Uma bicicleta não é tão rápida quanto um carro, porém não tão devagar para atingir uma velocidade máxima de 30 cm/h. Se mantivesse essa velocidade, em 8 h, como no gráfico percorreria apenas 240 cm (2,4 m). 3. CA 2 H 6 OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia Elétrica Lâmpadas incandescentes devem ser retiradas do mercado até 2016 RESPOSTA (D) As lâmpadas incandescentes comuns serão retiradas do mercado paulatinamente até Portaria interministerial de Minas e Energia, Ciência e Tecnologia e Indústria e Comércio regulamentando a retirada foi publicada no Diário Oficial da União. A finalidade é que elas sejam substituídas por versões mais econômicas. De acordo com o ministério de Minas e Energia, as tecnologias que envolvem os sistemas de iluminação se desenvolveram rapidamente, nos últimos anos, disponibilizando equipamentos com mais eficiência e durabilidade. Paradoxalmente, aumentou também a preocupação com a escassez de energia e a busca de soluções que contemplem a boa iluminação conjugada a equipamentos mais eficientes e formas inteligentes de utilização. Diante disso, a tecnologia utilizada nas lâmpadas incandescentes se tornou obsoleta. Publicada em 7 de janeiro de 2011, na Agência Brasil (Modificada) Atualmente, o quilowatt-hora (kwh) custa ao consumidor, aproximadamente R$ 0,50. Parece pouco, mas se somarmos a energia elétrica utilizada por todas as lâmpadas de um prédio ou residência, o gasto mensal pode ser maior do que se pensa. Existem algumas opções de lâmpadas, como as tradicionais incandescentes, que apresentam o maior consumo de energia elétrica, e as de LED, que são as que menos consomem. A tabela abaixo apresenta valores aproximados de algumas características desses dois tipos de lâmpadas que, apesar de possuírem diferentes potências, têm capacidades similares de iluminar ambientes.

3 Assinale a alternativa que apresenta em horas o tempo aproximado de funcionamento desses dois tipos de lâmpadas para que o custo de aquisição da mais cara seja compensado pela sua durabilidade e pela energia elétrica economizada devido à sua menor potência. a) menor que horas. b) entre e horas. c) entre e horas. d) entre e horas. e) entre e horas SOLUÇÃO: Inicialmente vamos considerar que a durabilidade das duas lâmpadas sejam idênticas. O custo (C), em R$, de cada lâmpada será o valor a ser pago pela energia elétrica (U) consumida mais o preço unitário de cada lâmpada. C = U x 0,5 + P Lâmpada Incandescente: C I = P I x t x 0,5 +2 C I = 60 x 10-3 x t x 0,5 +2 Lâmpada LED: C L = P L x t x 0, C L = 7 x 10-3 x t x 0, Cálculo do tempo de funcionamento das lâmpadas para que o custo de aquisição da LED seja compensado pela sua durabilidade e pela energia elétrica economizada devido à sua menor potência. C I = C L 60 x 10-3 x t x 0,5 +2 = 7 x 10-3 x t x 0, t = 4453 h NB: Observe que neste tempo de funcionamento as duas lâmpadas já teriam custos iguais se tivessem a mesma durabilidade. O valor do custo seria aproximadamente R$ 135,59. No entanto a lâmpada incandescente tem durabilidade de 1000 h, logo já teríamos comprado 5 lâmpadas incandescentes, enquanto a lâmpada LED seria a primeira. Desta forma para esse tempo t = 4453 h o custo da incandescente já estaria maior que o da lâmpada LED. 4. CA 6 H 21 OBJETO DO CONHECIMENTO: Resistência Elétrica - Potência Elétrica Energia Elétrica Os eletrodomésticos fazem parte do nosso cotidiano. Hoje não podemos imaginar o dia a dia sem utilizarmos estes aparelhos. A rede elétrica de um cidade brasileira é de 220V. Os aparelhos da tabela seguinte foram fabricados para funcionarem nessa rede elétrica, durante um mesmo intervalo de tempo, em uma residência dessa cidade.

4 Em relação aos aparelhos acima, é CORRETO afirmar que: a) a corrente elétrica no chuveiro é menor que na lâmpada. b) a resistência elétrica da lâmpada é maior que a do chuveiro. c) a tensão elétrica no ferro elétrico é maior que a da lâmpada. d) a potência dissipada pela lâmpada é maior que a do chuveiro. e) a energia elétrica consumida pelo chuveiro é menor que a da lâmpada. SOLUÇÃO: Nessa residência, a tensão (ddp) é a mesma em todas as tomadas (terminais dos circuitos) e igual a 220V. Sendo assim, chuveiro, ferro de passar roupas e lâmpada estarão sujeitos a mesma tensão elétrica. OPÇÃO C é FALSA. Como a tensão da rede é igual à tensão nominal de todos os aparelhos, a corrente será tanto maior quanto maior for a potência do aparelho.. Como P CHUVEIRO > P FERRO > P LÂMPADA, Então i CHUVEIRO > i FERRO > i LÂMPADA, OPÇÃO A é falsa e OPÇÃO D também. Se os aparelhos funcionaram por um mesmo intervalo de tempo, a energia consumida por cada um dependerá da Potência do aparelho. Como (E = P. t), quem tiver maior potência consumirá mais energia. U CHUVEIRO > U FERRO > U LÂMPADA, OPÇÃO E é falsa. Como a potência e a resistência se relacionam pela expressão: P = V 2 /R R = V 2 /P Assim, quanto maior a potência, menor a resistência. R CHUVEIRO < R FERRO < R LÂMPADA Dos três aparelhos elétricos, o que tem maior resistência é a lâmpada. OPÇÃO B é verdadeira. 5. CA 3 H 8 OBJETO DO CONHECIMENTO: Vazão de água numa hidrelétrica Uma usina hidrelétrica que aproveita uma queda d água de 100 metros de altura para gerar energia elétrica apresenta eficiência (rendimento) de 60%. Assim, a cada 100 J de energia potencial armazenada nas águas represadas, apenas 60 J transformam-se em energia elétrica, enquanto os outros 40 J são dissipados.

5 Sabendo-se que a densidade (razão entre a massa e o volume de uma substância ou corpo) da água é de 10 3 kg/m 3 e que a aceleração local da gravidade vale 10 m/s 2, qual deve ser a vazão (razão entre o volume de água escoado e o intervalo de tempo necessário para tal) de água, para que essa usina possa operar com potência de MW? Considere que 1 m 3 = L a) 600 litros/s b) litros/s c) litros/s d) litros/s e) litros/s SOLUÇÃO: Dados: P = 3, W, h = 100 m, d = 10 3 kg/m 3, g =10 m/s 2, 1 m 3 = L A potência é a razão entre a energia e o intervalo de tempo. Como o rendimento é 60% (0,6) temos: 0,6 m.g.h = P. t 0,6 d.v.g.h = P. t V / t = P / 0,6 d.g.h Z = 3, / 0, Z = m 3 /s Z = L/s RESPOSTA (E) 6. CA 2 H 7 OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia Elétrica Custo da energia será mais barato também para o varejo em BRASÍLIA - A redução das tarifas de energia elétrica, a partir de 2013, beneficiará todos os consumidores brasileiros e em especial aqueles que consomem mais, ou seja, em uma tensão maior. A queda média de 16,2% - antecipada pela presidente Dilma Rousseff em pronunciamento de rádio e tevê na noite de quinta-feira - valerá para as residências e para todos os consumidores com tensão entre 110 e 240 volts, ou seja, pequenos comércios, empresas de porte reduzido e edifícios ligados à rede. Os maiores percentuais de queda nas tarifas serão aplicados na indústria, podendo chegar a 28%, como adiantou a presidente. Agência o Globo 6 de setembro de País contraria lógica de que usinas hidrelétricas permitem a oferta de energia elétrica mais barata para os consumidores. Os consumidores não estão se dando conta, mas investidores estão vendendo energia hidrelétrica em leilões a R$ 75 o MWh ao mesmo tempo em que a energia chega a nossa casa valendo até R$ 400 o MWh. A literatura do setor elétrico aponta que não há nada tão propício para a produção de energia de baixo custo quanto a geração em hidrelétricas. (...) a energia que sai lá da usina a um preço módico chega a nossas casas valendo ouro. FOLHA DE SÃO PAULO 28 de abril de 2011 De acordo com as informações obtidas no texto, com o pagamento de apenas R$ 1,00, poderíamos manter funcionando,em nossas casas, em condições ideais, um equipamento de: a) 750W durante 1,5 horas. b) 1000W durante 2,5 horas. c) 1333W durante 10 horas. d) 2500W durante 8,0 horas. e) 5000W durante 5,0 horas. SOLUÇÃO: De acordo com o texto Wh custa R$ 400,00. Assim com R$ 1,00 teremos uma energia correspondente a 2, Wh = 2,5 kwh. Como energia elétrica (U) é o produto da Potência pelo tempo, o equipamento de potência 1000W poderia funcionar durante 2,5h. 7. CA 6 H 21

6 OBJETO DO CONHECIMENTO: Eletromagnetismo A figura mostra o tubo de imagens dos aparelhos de televisão usado para produzir as imagens sobre a tela.os elétrons do feixe emitido pelo canhão eletrônico são acelerados por uma tensão de milhares de volts e passam por um espaço entre bobinas onde são defletidos por campos magnéticos variáveis, de forma a fazerem a varredura da tela. Nos manuais que acompanham os televisores é comum encontrar, entre outras, as seguintes recomendações: I. Nunca abra o gabinete ou toque as peças no interior do televisor. II. Não coloque seu televisor próximo de aparelhos domésticos com motores elétricos ou ímãs. Estas recomendações estão associadas, respectivamente, aos aspectos de: a) riscos pessoais por alta tensão / perturbação ou deformação de imagem por campos externos. b) proteção dos circuitos contra manipulação indevida / perturbação ou deformação de imagem por campos externos. c) riscos pessoais por alta tensão / sobrecarga dos circuitos internos por ações externas. d) proteção dos circuitos contra a manipulação indevida / sobrecarga da rede por fuga de corrente. e) proteção dos circuitos contra a manipulação indevida / sobrecarga dos circuitos internos por ação externa. SOLUÇÃO: As recomendações dos manuais estão associadas aos seguintes aspectos: Recomendação I: A ddp (tensão) em alguns dos dispositivos internos de um aparelho de televisão pode ser elevada (alta tensão). Portanto, se forem tocados, geram riscos pessoais ao manipulador. Recomendação II: A imagem formada depende da varredura dos elétrons na tela. Colocar um ímã ou um motor elétrico próximo ao televisor altera o campo magnético no interior do tubo e, portanto, muda a posição em que o elétron colide, distorcendo a imagem na tela. RESPOSTA (A) 8. CA 6 H 20 OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia Cinética Energia potencial Neil Armstrong, primeiro homem a pisar na Lua, morre aos 82 anos nos EUA. O astronauta Neil Armstrong, o primeiro homem a pisar na Lua, morreu neste sábado (25) aos 82 anos. Durante o ato, realizado no auge da Guerra Fria, o astronauta americano disse a célebre frase: "Este é um pequeno passo para o homem, um salto gigantesco para a humanidade." Em nota, a família fez uma convocação: "a próxima vez que você der um passeio em uma noite clara e vir a Lua sorrindo para você, lembre de Neil Armstrong e dê uma piscadela para ele." Publicada em 25 de agosto de 2012

7 Na Uol São Paulo. (Modificada) Nas missões do projeto Apollo, alguns astronautas realizaram experimentos no solo lunar. As duas tabelas mostradas a seguir apresentam os valores da energia cinética (E C ) e da energia potencial gravitacional (E P ) de um mesmo objeto que, ao cair nas proximidades da superfície da Terra e da Lua, passa por diversas alturas (h). Alguns desses valores foram propositadamente substituídos por letras. Analise as tabelas anteriores, identifique qual delas refere-se à Terra, qual se refere à Lua e assinale a alternativa que apresenta, no sistema internacional, valores possíveis para A, B, C, D e E. a) A tabela 1 refere-se à Terra e a tabela 2, à Lua; A < 500 J, B < 500 J, C = 80 J, D = 0, E > 160 J b) A tabela 1 refere-se à Lua e a tabela 2, à Terra; A = 500 J, B < 500 J, C < 80 J, D > 0, E = 160 J c) A tabela 1 refere-se à Terra e a tabela 2, à Lua; A < 500 J, B = 500 J, C = 80 J, D = 0, E = 160 J d) A tabela 1 refere-se à Terra e a tabela 2, à Lua; A = 500 J, B = 500 J, C = 80 J, D = 0, E = 160 J e) A tabela 1 refere-se à Lua e a tabela 2, à Terra; A < 500 J, B = 500 J, C < 80 J, D > 0, E = 160 J SOLUÇÃO: Na tabela 1 para h = 10 m e E p = 1000 J E p = m.g 1. h 1000 = m. g m. g 1 = 100 Na tabela 2 para h = 10 m e E p = 160 J E p = m.g 2. h 160 = m. g m. g 2 = 16 Assim conclui-se que g 2 < g 1. A tabela 1 refere-se à Terra e a tabela 2 à Lua. Na tabela 1 para h = 5 m a E p = 500 J, logo B = 500 J. Observe, no entanto, que a energia mecânica não se conserva, pois temos a resistência do ar na Terra. Assim A < 500 J. Na tabela 2 (Lua) a energia mecânica se conservará. Para h = 10 m a E M = = 160 J. Para h = 5 m a E M = 80 + C = 160 J. Logo C = 80 J. 9. CA 2 H 5 Na tabela 2 se a E p = 0 então h = D = 0 e consequentemente E c = E = 160 J. OBJETO DO CONHECIMENTO: Circuito Elétrico RESPOSTA (C) LED ou Diodo Emissor de Luz é um dispositivo que emite uma onda eletromagnética quando submetido a uma diferença de potencial em seus terminais, geralmente 1,5V. Praticamente não geram calor sendo seu consumo muito baixo. Um estudante, sabendo das vantagens do uso dos LED s decidiu enfeitar sua árvore de Natal ligando 10 LED s a uma fonte de tensão contínua de 36V. A montagem é mostrada na figura abaixo.

8 adaptações) Pesquisando sobre este componente, o estudante verificou que a corrente máxima que o LED suporta é de 10mA. Para limitar o valor desta corrente, foi necessário o uso de um resistor em série. Para que sua montagem funcione sem problemas, o resistor deverá apresentar uma resistência elétrica de, no mínimo, a) 1,5 k b) 2,1 k c) 2,7 k d) 3,4 k e) 3,6 k SOLUÇÃO: Seja V 1 = 1,5V a tensão em cada LED e R o valor da resistência do resistor. A ddp nos extremos da bateria é V AB = 36V, onde: V AB = R.i +10V 1 36 = R.i ,5 R.i = R.i = 21 Como i = 10 ma = A, então: R = 21 / R = 2, R = 2,1 k 10. CA 6 H 20 OBJETO DO CONHECIMENTO: Escala de Tempo Se compararmos a idade do planeta Terra, avaliada em quatro e meio bilhões de anos (4,5 10 9, anos), com a de uma pessoa de 45 anos, então, quando começaram a florescer os primeiros vegetais, a Terra já teria 42 anos. Ela só conviveu com o homem moderno nas últimas quatro horas e, há cerca de uma hora, viu-o começar a plantar e a colher. Há menos de um minuto, percebeu o ruído de máquinas e de indústrias e, como denuncia uma ONG de defesa do meio ambiente, foi nesses últimos sessenta segundos que se produziu todo o lixo do planeta! Na teoria do Big Bang, o Universo surgiu há cerca de 15 bilhões de anos, a partir da explosão e expansão de uma densíssima gota. De acordo com a escala proposta no texto, essa teoria situaria o início do Universo há cerca de: a) 100 anos. d) 1500 anos. b) 150 anos. e) 2000 anos. c) 1000 anos. SOLUÇÃO: