CONTEÚDO: FLUIDOS FÍSICA NO ENEM COM IVÃ

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1 O ENEM AO LONGO DOS ANOS CONTEÚDO: FLUIDOS 1) (1998) A tabela a seguir registra a pressão atmosférica em diferentes altitudes, e o gráfico relaciona a pressão de vapor da água em função da temperatura. Um líquido, num frasco aberto, entra em ebulição a partir do momento em que a sua pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica. Assinale a opção correta, considerando a tabela, o gráfico e os dados apresentados, sobre as seguintes cidades: A temperatura de ebulição será: (A) maior em Campos do Jordão. (C) menor no Pico da Neblina. (E) não dependerá da altitude. (B) menor em Natal. (D) igual em Campos do Jordão e Natal.

2 Nesta questão o aluno precisaria estar atento à ideia de que a pressão atmosférica diminui à medida que a altitude aumenta. Questão de nível fácil. 2) (2000) A adaptação dos integrantes da seleção brasileira de futebol à altitude de La Paz foi muito comentada em 1995, por ocasião de um torneio, como pode ser lido no texto abaixo. A seleção brasileira embarca hoje para La Paz, capital da Bolívia, situada a metros de altitude, onde disputará o torneio Interamérica. A adaptação deverá ocorrer em um prazo de 10 dias, aproximadamente. O organismo humano, em altitudes elevadas, necessita desse tempo para se adaptar, evitando-se, assim, risco de um colapso circulatório. (Adaptado da revista Placar, edição fev.1995) A adaptação da equipe foi necessária principalmente porque a atmosfera de La Paz, quando comparada à das cidades brasileiras, apresenta: (A) menor pressão e menor concentração de oxigênio. (B) maior pressão e maior quantidade de oxigênio. (C) maior pressão e maior concentração de gás carbônico. (D) menor pressão e maior temperatura. (E) maior pressão e menor temperatura. Lembrar que uma baixa pressão está associada a uma pequena concentração de oxigênio. Questão de nível fácil. 3) (2001) Pelas normas vigentes, o litro do álcool hidratado que abastece os veículos deve ser constituído de 96% de álcool puro e 4% de água (em volume). As densidades desses componentes são dadas na tabela. Um técnico de um órgão de defesa do consumidor inspecionou cinco postos suspeitos de venderem álcool hidratado fora das normas. Colheu uma amostra do produto em cada posto, mediu a densidade de cada uma, obtendo:

3 A partir desses dados, o técnico pôde concluir que estavam com o combustível adequado somente os postos (A) l e ll. (B) I e III. (C) II e IV. (D) lii e V. (E) IV e V. Questão trabalhosa, onde o aluno precisará calcular a massa da água e a massa do álcool através da equação d = m/v. Em seguida, deve-se calcular a densidade da mistura (álcool hidratado). Questão de nível médio.. Informações para as questões 4 e 5. O carneiro hidráulico ou ariete, dispositivo usado para bombear água, não requer combustível ou energia elétrica para funcionar, visto que usa a energia da vazão de água de uma fonte. A figura a seguir ilustra uma instalação típica de carneiro em um sítio e a tabela apresenta dados de seu funcionamento.

4 A eficiência energética ε de um carneiro pode ser obtida pela expressão: cujas variáveis estão definidas na tabela e na figura. 4) (2006) No sítio ilustrado, a altura da caixa d água é o quádruplo da altura da fonte. Comparado a motobombas a gasolina, cuja eficiência energética é cerca de 36%, o carneiro hidráulico do sítio apresenta (A) menor eficiência, sendo, portanto, inviável enconomicamente. (B) menor eficiência, sendo desqualificado do ponto de vista ambiental pela quantidade de energia que desperdiça. (C) mesma eficiência, mas constitui alternativa ecologicamente mais aproprioada. (D) maior eficiência, o que, por si só, justificaria o seu uso em todas as regiões brasileiras. (E) maior eficiência, sendo economicamente viável e ecologicamente correto. 5) (2006) Se, na situação apresentada, H = 5h, então, é mais provável que, após 1 hora de funcionamento ininterrupto, o carneiro hidráulico bombeie para a caixa d água (A) de 70 a 100 litros de água. (B) de 75 a 210 litros de água. (C) de 80 a 220 litros de água. (D) de 100 a 175 litros de água. (E) de 110 a 240 litros de água. Duas questões que apesar de terem sido classificadas dentro do centeúdo Fluidos, estão associadas à interpretação de uma tabela. Sem precisar de fórmulas prévias (a equação está dada no enunciado), consideramos estas questões com média complexidade.

5 Atenção SPOILER da resolução da questão 4 a partir de agora: O carneiro é muito interessante! Quem já o viu em funcionamento, na roça, fica intrigado, como eu fiquei! Como bombear água a grandes alturas como ele faz aproveitando a energia da própria água? A questão envolve a eficiência, cuja fórmula não é vista no ensino médio, mas foi fornecida. Calculamos então a partir do máximo e do mínimo volume da fonte e bombeado, fornecidos pela tabela. Veja: Note que usamos os valores máximo e mínimo da vazão e da água bombeada, e encontramos um rendimento entre 66,6 e 70 %. O que não é nada, nada ruim, pelo contrário, pois gasta-se energia da própria queda d água, e não elétrica ou combustível! Então, o carneiro é ecológico e rende bem! 6) (2006) Eclusa é um canal que, construído em águas de um rio com grande desnível, possibilita a navegabilidade, subida ou descida de embarcações. No esquema abaixo, está representada a descida de uma embarcação, pela eclusa do porto Primavera, do nível mais alto do rio Paraná até o nível da jusante.

6 A câmara dessa eclusa tem comprimento aproximado de 200 m e largura igual a 17 m. A vazão aproximada da água durante o esvaziamento da câmara é de m 3 por minuto. Assim, para descer do nível mais alto até o nível da jusante, uma embarcação leva cerca de (A) 2 minutos. (B) 5 minutos. (C) 11 minutos. (D) 16 minutos. (E) 21 minutos. Atentar que a profundidade deve ser considerada até o nível da jusante e vale 20 m. Lembrar que o volume é o produto da profundidade, altura e largura. Questão de nível fácil. 7) (2010) Durante uma obra em um clube, um grupo de trabalhadores teve de remover uma escultura de ferro maciço colocada no fundo de uma piscina vazia. Cinco trabalhadores amarraram cordas à escultura e tentaram puxá-la para cima, sem sucesso. Se a piscina for preenchida com água, ficará mais fácil para os trabalhadores removerem a escultura, pois a (A) escultura flutuará. Dessa forma. os homens não precisarão fazer força para remover a escultura do fundo. (B) escultura ficará com peso menor, Dessa forma, a intensidade da força necessária para elevar a escultura será menor. (C) água exercerá uma força na escultura proporcional a sua massa, e para cima. Esta força se somará á força que os trabalhadores fazem para anular a ação da força peso da escultura. (D) água exercerá uma força na escultura para baixo, e esta passará a receber uma força ascendente do piso da piscina. Esta força ajudará a anular a ação da força peso na escultura. (E) água exercerá uma força na escultura proporcional ao seu volume, e para cima. Esta força se somará à força que os trabalhadores fazem, podendo resultar em uma força ascendente maior que o peso da escultura. Questão de nível fácil, lembrar que a água produz uma força vertical para cima chamada de empuxo. 8) (2011) Em um experimento realizado para determinar a densidade da água de um lago, foram utilizados alguns materiais conforme ilustrado: um dinamômetro D com graduação de 0 N a 50 N e um cubo maciço e homogêneo de 10 cm de aresta e 3 kg de massa. Inicialmente, foi conferida a calibração do dinamômetro, constatando-se a leitura de 30 N quando o cubo era preso ao dinamômetro e suspenso no ar. Ao

7 mergulhar o cubo na água do lago, até que metade do seu volume ficasse submersa, foi registrada a leitura de 24 N no dinamômetro. Considerando que a aceleração da gravidade local é de 10 m/s 2, a densidade de água do lago, em g/cm 3, é (A) 0,6 (B) 1,2 (C) 1,5 (D) 2,4 (E) 4,8 Questão de nível médio, o aluno deve estar atento às transformações de unidades, colocando tudo no SI, ou seja, o volume deve estar em m 3. Considerar que Tração + Empuxo = Peso. 9) (2011) Um tipo de vaso sanitário que vem substituindo as válvulas de descarga está esquematizado na figura. Ao acionar a alavanca, toda a água do tanque é escoada e aumenta o nível no vaso, até cobrir o sifão. De acordo com o Teorema de Stevin, quanto maior a profundidade, maior a pressão. Assim, a água desce levando os rejeitos até o sistema de esgoto. A válvula da caixa de descarga se fecha e ocorre o seu enchimento. Em relação às válvulas de descarga, esse tipo de sistema proporciona maior economia de água.

8 A característica de funcionamento que garante essa economia é devida (A) à altura do sifão de água. (B) ao volume do tanque de água. (C) à altura do nível de água no vaso. (D) ao diâmetro do distribuidor de água. (E) à eficiência da válvula de enchimento do tanque. Questão mal formulada, pois pode induzir o aluno ao erro, quando cita no enunciado o Princípio de Stevin. O aluno menos atento poderia logo imaginar que a resposta estaria associada ao nível da coluna de água. Entretanto, a grandeza associada a economia de água é o volume. 10) (2012) Um consumidor desconfia que a balança do supermercado não está aferindo corretamente a massa dos produtos. Ao chegar a casa resolve conferir se a balança estava descalibrada. Para isso, utiliza um recipiente provido de escala volumétrica contendo 1,0 litro d água. Ele coloca uma porção dos legumes que comprou dentro do recipiente e observa que a água atinge a marca de 1,5 litro e também que a porção não ficara totalmente submersa, com 1/3 de seu volume fora d água. Para concluir o teste, o consumidor, com ajuda da internet, verifica que a densidade dos legumes, em questão, é a metade da densidade da água, onde, ρágua = 1g/cm 3. No supermercado a balança registrou a massa da porção de legumes igual a 0,500 kg (meio quilograma). Considerando que o método adotado tenha boa precisão, o consumidor concluiu que a balança estava descalibrada e deveria ter registrado a massa da porção de legumes igual a (A) 0,073 kg (B) 0,167 kg (C) 0,250kg (D) 0,375 kg (E) 0,750kg O enunciado não está claro em relação à situação do legume flutuar ou não. Isto pode dificultar a interpretação da situação proposta. 11) (2012) Um dos problemas ambientais vivenciados pela agricultura hoje em dia é a compactação do solo, devida ao intenso tráfego de máquinas cada vez mais pesadas, reduzindo a produtividade das culturas. Uma das formas de prevenir o poblema de

9 compactação do solo é substituir os pneus dos tratores por pneus mais (A) largos, reduzindo a pressão sobre o solo. (B) estreitos, reduzindo a pressão sobre o solo. (C) largos, aumentando a pressão sobre o solo. (D) estreitos, aumentando a pressão sobre o solo. (E) altos, reduzindo a pressão sobre o solo. Questão de nível fácil que será facilmente resolvida se o aluno lembrar que Pressão = força/área 12) (2012) O manual que acompanha uma ducha higiênica informa que a pressão mínima da água para o seu funcionamento apropriado é de 20 kpa. A figura mostra a instalação hidráulica com a caixa d água e o cano ao qual deve ser conectada a ducha. O valor da pressão da água na ducha está associado à altura (A) h1 (B) h2 (C) h3 (D) h4 (E) h5 De acordo com a Lei de Stevin, a diferenca de pressão deve ser medida entre o ponto de saida da agua e um ponto da superficie livre da agua no interior da caixa.

10 13) (2013) Para realizar um experimento com uma garrafa PET cheia d'agua, perfurou-se a lateral da garrafa em três posições a diferentes alturas. Com a garrafa tampada, a água não vazou por nenhum dos orifícios, e, com a garrafa destampada, observou-se o escoamento da água conforme ilustrado na figura. Como a pressão atmosférica interfere no escoamento da água, nas situações com a garrafa tampada e destampada, respectivamente? (A) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água. (B) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo. (C) Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo. (D) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; regula a velocidade de escoamento, que só depende da pressão atmosférica. (E) Impede a saída de água, por ser menor que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água. Questão de nível médio, onde se aplica os efeitos da pressão atmosférica. Atentar para o enunciado onde diz que a garrafa está cheia dágua. 14) (2013) Para oferecer acessibilidade aos portadores de dificuldades de locomoção, é utilizado, em ônibus e automóveis, o elevador hidráulico. Nesse dispositivo é usada uma bomba elétrica, para forçar um fluido a passar de uma tubulação estreita para outra mais larga, e dessa forma acionar um pistão que movimenta a plataforma. Considere um elevador hidráulico cuja área da cabeça do pistão seja cinco vezes

11 maior do que a área da tubulação que sai da bomba. Desprezando o atrito e considerando uma aceleração gravitacional de 10m/s 2, deseja-se elevar uma pessoa de 65 kg em uma cadeira de rodas de 15 kg sobre a plataforma de 20 kg. Qual deve ser a força exercida pelo motor da bomba sobre o fluido, para que o cadeirante seja elevado com velocidade constante? (A) 20N (B) 100N (C) 200N (D) 1000N (E) 5000N Questão de nível médio, onde o aluno precisará conhecer o Princípio de Pascal. Caso lembre a relação entre força e área: Força F em uma área A, produzirá uma força 5F em uma área 5A, o aluno consegue responder a questão sem o uso de fórmulas. 15) (2014) Uma pessoa, lendo o manual de uma ducha que acabou de adquirir para a sua casa, observa o gráfico, que relaciona a vazão na ducha com a pressão, medida em metros de coluna de água (mca). Nessa casa residem quatro pessoas. Cada uma delas toma um banho por dia, com duração média de 8 minutos, permanecendo o registro aberto com vazão máxima durante esse tempo. A ducha é instalada em um ponto seis metros abaixo do nível da lâmina de água, que se mantém constante dentro do reservatório. Ao final de 30 dias, esses banhos consumirão um volume de água, em litros, igual a (A) (B) (C) (D) (E) Questão de nível fácil, o aluno precisará aplicar a ideia de que vazão = volume/tempo, e este tempo deve ser utilizado em minutos.

12 16) (2009 prova vazada) O controle de qualidade é uma exigência da sociedade moderna na qual os bens de consumo são produzidos em escala industrial. Nesse controle de qualidade são determinados parâmetros que permitem checar a qualidade de cada produto. O álcool combustível é um produto de amplo consumo muito adulterado, pois recebe adição de outros materiais para aumentar a margem de lucro de quem o comercializa. De acordo com a Agência Nacional de Petróleo (ANP), o álcool combustível deve ter densidade entre 0,805 g/cm 3 e 0,811 g/cm 3. Em algumas bombas de combustível a densidade do álcool pode ser verificada por meio de um densímetro similar ao desenhado abaixo, que consiste em duas bolas com valores de densidade diferentes e verifica quando o álcool está fora da faixa permitida. Na imagem, são apresentadas situações distintas para três amostras de álcool combustível. A respeito das amostras ou do densímetro, pode-se afirmar que (A) a densidade da bola escura deve ser iguala O,811 g/cm 3. (B) a amostra 1 possui densidade menor do que a permitida. (C) a bola clara tem densidade igual à densidade da bola escura. (D) a amostra que está dentro do padrão estabelecido é a de número 2. (E) o sistema poderia ser feito com uma única bola de densidade entre 0,805 g/cm 3 e 0,811 g/cm 3.

13 Questão normalmente feita em sala de aula, explicando a Hidrostática! Ela não é inédita, já caiu, pelo menos, na UNESP, em Veja cópia... Mas, já já caiu antes em outras provas também... O básico do Empuxo é que quem boia é menos denso e quem afunda é mais denso. Atenção SPOILER da resolução da questão a partir de agora: Para explicá-la, vou utilizar os dados da questão e supor valores para as densidades das bolinhas. Para o álcool dentro dos padrões, a densidade da bolinha que flutua deve ser pouco menor, por exemplo, 0,804 g/cm 3. Já a que afunda, pouco mais densa, digamos, 0,812 g/cm 3. Isto com o álcool dentro dos padrões, por exemplo, 0,808 g/cm 3. A opção A mostra a situação onde o combustível está em conformidade com a legislação. É bom frisar que as bolinhas devem ter densidades pouco maior e pouco menor que do álcool, para que o sistema funcione e seja sensível. Afinal, se o combustível for adulterado, é preciso que elas mostrem! A água é mais densa que o álcool 1,0 g/cm 3 e, neste caso, a nova mistura água + álcool seria mais densa que a original, esta em conformidade com a lei. Isto porque a nova densidade seria algo entre 0,811 e 1,0, dependendo da proporção de água utilizada na adulteração, mas, vejamos aí, uns 0,813 g/cm 3. Ora, nestas circunstâncias, nossas duas bolinhas 0,804 e 0,812 agora estariam menos densas que a nova mistura. Então, ambas flutuariam, como mostrado em B! E nós poderíamos ver a adulteração! Se o combustível fosse batizado com algum tipo de solvente, menos denso que o álcool padrão, ocorreria a situação C, mas não saberíamos dizer qual produto seria adequado à fraude, neste caso... Veja que o sistema só funciona com duas bolinhas, para mostrar os limites superior e inferior das densidades padrão do álcool. E uma deve boiar menos densa enquanto a outra afundar mais densa nele. Procure conhecer o novo modelo disponível nos postos. Ele é mais sofisticado! É um misto de densímetro e termômetro. Isto porque a densidade varia com a temperatura: Explique por que e aproveite para compreender seu funcionamento, já que qualquer dia destes pode cair em uma prova!

14 17) (2009 prova vazada) 0 uso da água do subsolo requer o bombeamento para um reservatório elevado. A capacidade de bombeamento (litros/hora) de uma bomba hidráulica depende da pressão máxima de bombeio, conhecida como altura manométrica H (em metros), do comprimento L da tubulação que se estende da bomba até o reservatório (em metros), da altura de bombeio h (em metros) e do desempenho da bomba (exemplificado no gráfico). De acordo com os dados a seguir, obtidos de um fabricante de bombas, para se determinar a quantidade de litros bombeados por hora para o reservatório com uma determinada bomba, deve-se: 1 - Escolher a linha apropriada na tabela correspondente à altura (h), em metros, da entrada de água na bomba até o reservatório. 2 - Escolher a coluna apropriada, correspondente ao comprimento total da tubulação (L), em metros, da bomba até o reservatório. 3 - Ler a altura manométrica (H) correspondente ao cruzamento das respectivas linha e coluna na tabela. 4 - Usar a altura manométrica no gráfico de desempenho para ler a vazão correspondente.

15 para encher um reservatório de L que se encontra 30 m acima da entrada da bomba. Para fazer a tubulação entre a bomba e o reservatório seriam usados 200 m de cano. Nessa situação, é de se esperar que a bomba consiga encher o reservatório (A) entre 30 e 40 minutos. (B) em menos de 30 minutos. (C) em mais de 1 h e 40 minutos. (D) entre 40 minutos e 1 h e 10 minutos. (E) entre 1 h e 10 minutos e 1 h e 40 minutos. Embora envolva o conceito de Vazão, já abordado em 1998 e 2006, esta questão é diferente das outras, porque seu enfoque é Análise de Dados, claramente. A questão ensina, passo a passo, como encontrar a vazão e, só depois, poderemos estimar o tempo para encher o reservatório. Brasileiro detesta manuais! Atenção SPOILER da resolução da questão a partir de agora: Sigamos as instruções de acordo com os dados da questão V = 1200 L, h = 30 m, L = 200 m. Escolher a linha apropriada na tabela correspondente à altura (h)... Escolher a coluna apropriada, correspondente ao comprimento total da tubulação (L)... Ler a altura manométrica (H) correspondente ao cruzamento das respectivas linha e coluna... Usar a altura manométrica no gráfico de desempenho para ler a vazão... Façamos! Observando a escala do gráfico, foi até fácil achar o ponto correspondente a 45 m, ler na horizontal a vazão, encontrando 900 litros/hora. Note que a escala está de 100 em 100. Agora, para calcular o tempo, deu uma regra de 3 tão simples que eu faria de cabeça, mesmo: uma horamais um terço de hora para 1200 L. Mas, para não deixar sem cálculos:

16 GABARITO c a e e d d e b b d a c a c c d e PREVISÃO PARA 2016 Na prova de 2015 não caiu nenhuma questão de Hidrostática. Como é um assunto recorrente desde 2010, acreditamos que este ano será um conteúdo a ser cobrado! Atenção aos princípios de Arquimedes, Stevin e Pascal.