* Escola Secundária de Casquilhos Teste Sumativo 2- Física e Química A 11º ANO 10/12/2013 90 minutos NOME Nº Turma Informação Professor Enc. de Educação TABELA DE CONSTANTES elocidade de propagação da luz no vácuo c = 3,00 10 8 m s -1 FORMULÁRIO elocidade linear... v módulo da velocidade linear r raio da trajetória T período do movimento elocidade angular... módulo da velocidade angular T período do movimento velocidade de propagação das radiações eletromagnéticas... d distância percorrida c velocidade de propagação da luz t intervalo de tempo elocidade de propagação de uma onda... v módulo da velocidade de propagação λ comprimento de onda f frequência da onda Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal... A Amplitude do sinal frequência ângular t tempo Força eletromotriz induzida numa espira metálica... fluxo magnético B campo magnético A área da espira ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície da espira. Força eletromotriz induzida numa espira metálica... Força eletromotriz induzida na espira ariação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo t t intervalo de tempo Página 1 de 8
/10 1. Considere um local à superfície da Terra situado a 3,6 10 4 km de um satélite geoestacionário. Calcule o tempo, em segundos (s), que um sinal eletromagnético enviado por esse satélite demora a chegar àquele local? d = 3,6 10 4 10 3 = 3,0 10 8 t t = 0,12 s 2. Na figura ao lado, está esquematizado um automóvel que se move, com aceleração constante, segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo Ox de um referencial unidimensional. Na figura, estão ainda representados os vetores velocidade, e aceleração,, num certo instante, t 1. (+) a) Em que sentido se move o automóvel no instante considerado? O automóvel move-se no sentido netativo da trajetória, isto é, no sentido negativo do eixo dos xx b) Considere o intervalo de tempo [t 0, t 1 ], sendo t 0 um instante anterior a t 1. Conclua, justificando, como variou o módulo da velocidade do automóvel no intervalo de tempo considerado, admitindo que em t 0 o automóvel se movia no mesmo sentido que em t 1. A resposta deve apresentar os seguintes tópicos: A) [no intervalo de tempo considerado] os vetores velocidade e aceleração têm sentidos opostos. B) Conclui-se, assim, que o módulo da velocidade do automóvel diminui nesse intervalo de tempo. Uma resposta possível seria: "O módulo da velocidade diminui de t 0 até t 1 porque a velocidade e a aceleração têm sentidos opostos". /10 c) A comunicação entre o recetor GPS, com o qual o automóvel estava equipado, e os satélites do sistema GPS faz-se por meio de sinais eletromagnéticos, na gama das micro-ondas. Indique duas características dessas radiações que as tornam adequadas às comunicações via satélite. As caracteristicas das radiações de microondas que as tornam adequadas as transmissões entre satélites são o facto de: - não sofrerem reflexão apreciável na atmosfera; - se propaga na atmosfera praticamente em linha reta; - não sofrerem difração apreciável na atmosfera; - não são afetadas pelas condições atmosférica (nuvens, nevoeiro, chuva) - penetrarem fácilmente na ionosfera. d) A radiação micro-ondas é utilizada na transmissão de sinais entre os satélites e os recetores do sistema GPS, dado que aquela radiação (A) sofre reflexão apreciável na atmosfera. (B) é muito absorvida pela atmosfera. (C) se propaga na atmosfera praticamente em linha reta. (D) sofre difração apreciável na atmosfera. Página 2 de 8
e) As ondas eletromagnéticas são ondas (A) transversais que não se propagam no vazio. (B) transversais que se propagam no vazio. (C) longitudinais que se propagam no vazio. (D) longitudinais que não se propagam no vazio. 3. Considere um sinal sonoro que se propaga no ar. Na figura seguinte, está representada graficamente a pressão do ar, em função do tempo, t, num ponto onde o som foi detetado. a) Por leitura direta do gráfico da figura anterior, é possível obter, relativamente ao som detetado, (A) o comprimento de onda. (B) a velocidade de propagação. (C) o período. (D) a frequência. b) Se a frequência de vibração da fonte que origina o sinal sonoro aumentasse para o dobro, no mesmo meio de propagação, verificar-se-ia, relativamente ao som detetado, que (A) o comprimento de onda diminuiria para metade. (B) o comprimento de onda aumentaria para o dobro. (C) a velocidade de propagação aumentaria para o dobro. (D) a velocidade de propagação diminuiria para metade. 4. Utilizou-se um osciloscópio para medir a tensão nos terminais de uma lâmpada alimentada por uma fonte de corrente alternada. A figura seguinte representa o sinal obtido no osciloscópio, com a base de tempo regulada para 1,0 ms/divisão. a) Qual é o período do sinal obtido no osciloscópio? (A) 0,5 ms (B) 1,0 ms (C) 1,5 ms (D) 2,0 ms b) Qual será o valor lido num voltímetro ligado aos terminais da lâmpada se a tensão máxima do sinal, medida com o osciloscópio, for 5,0? (A) (B) (C) 5,0 (D) 5,0 Página 3 de 8
/10 5. Movendo um íman no interior de uma bobina integrada num circuito elétrico, pode induzir-se uma corrente elétrica no circuito. Elabore um pequeno texto onde apresente outra forma de produzir uma corrente, além da referida, e com base na lei de Faraday explique por que motivo o movimento do íman em relação à bobina induz uma corrente elétrica no circuito. Tópico A: Faraday mostrou que para que apareça corrente elétrica num circuito é necessário que exista fluxo de campo magnético mas é também necessário que o mesmo esteja a variar no tempo. [À corrente que surge no circuito chama-se corrente induzida e ao fenómeno do seu aparecimento chama-se indução eletromagnética]. Tópico B: o aluno deve indicar uma dos seguintes situações: Este fenómeno pode ocorrer se movermos um iman perto do circuito ou se movermos um circuito perto dum iman ou manter o iman parado mas deformar o circuito ou manter o circuito junto de outro circuito no qual a intensidade de corrente esteja sempre a variar. 6. Os ímanes têm, hoje em dia, diversas aplicações tecnológicas. A figura seguinte representa linhas de campo magnético criadas por um íman em barra e por um íman em U. a) Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta. O módulo do campo magnético é (A) maior em P 4 do que em P 3. (B) igual em P 4 e em P 3. (C) maior em P 2 do que em P 1. (D) igual em P 2 e em P 1. b) Selecione a única opção que apresenta corretamente a orientação de uma bússola, cujo polo norte está assinalado a azul, colocada na proximidade do íman representado nos esquemas seguintes. Opção D /15 c) Oersted observou que uma agulha magnética, quando colocada na proximidade de um fio percorrido por uma corrente elétrica, sofria um pequeno desvio. Refira três conclusões que se podem retirar desta experiência. Três conclusões que se podem inferir da experiência de Oersted são: - Qualquer condutor retilíneo atravessado por corrente eletrica, cria à sua volta uma perturbação de matureza magnética; Página 4 de 8
- A perturbação magnética é tanto mais intensa quanto maior for a intensidade de corrente que atravessa o circuito e mais próximo o ponto se encontre do condutor retilineo; - Invertendo os polos a que o condutor está ligado inverto o sentido do campo magnético criado à volta do condutor retilineo. 7. Na figura seguinte, está representado um gráfico que traduz a periodicidade temporal do movimento vibratório de uma partícula do ar situada a uma certa distância de uma fonte sonora. /10 Determine o comprimento de onda do sinal sonoro, no ar, admitindo que, no intervalo de tempo considerado, a velocidade do som, nesse meio, era 342 m s 1. Apresente todas as etapas de resolução. 2,5 voltas 10,0 ms 1volta T T = = 4 ms = 4 10-3 s 342 = λ λ= 1,4 m ou v = λ f 342 = λ 250 λ= 1,4 m 8. A extremidade de uma mola é posta a oscilar horizontalmente, conforme representado na figura seguinte. a) Indique, justificando, se a onda que se propaga na mola é transversal ou longitudinal. A onda que se propaga na mola é longitudinal, pois a direção de propagação da onda ocorre na mesma direção de vibração das partículas que constituem o meio. b) Selecione a única alternativa que permite obter uma afirmação correta. Se o movimento da mão for mais rápido, (A) o período e a frequência da oscilação aumentam. (B) o período e a frequência da oscilação diminuem. (C) o período da oscilação aumenta, mas a frequência diminui. (D) o período da oscilação diminui, mas a frequência aumenta c) Considere que o afastamento, y, de uma espira em relação à sua posição de equilíbrio é descrito pela função y = 0,02 sin (3,3 t), na qual as diversas grandezas estão expressas nas respetivas unidades SI. Selecione a única alternativa que permite obter uma afirmação correta. Página 5 de 8
Numa oscilação completa, a espira percorre uma distância de (A) 0,01 m. (B) 0,08 m. (C) 0,04 m. (D) 3,3 m. /10 9. A figura seguinte refere-se a uma onda sinusoidal e traduz a periodicidade temporal do movimento vibratório de uma partícula do ar, em consequência do sinal sonoro emitido por um diapasão. A velocidade de propagação deste sinal no ar tem módulo igual a 340 ms 1. F F Relativamente à situação descrita, classifique como verdadeira () ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes. (A) A distância entre 2 partículas do ar que se encontram no mesmo estado de vibração é de 10 nm. (B) No ar, a onda sonora tem um comprimento de onda de 0,68 m. (C) Uma partícula do ar afasta-se, no máximo, 10 nm em relação à sua posição de equilíbrio. (D) A frequência de vibração de uma partícula do ar é de 425 Hz. (E) No ar, o sinal emitido percorre 1700 m em 5,0 s. f = 342 = λ λ= 0,68 m f = 10. Uma partícula de um meio em que se propaga uma onda efetua um movimento oscilatório harmónico simples. A equação que exprime a posição, x, da partícula que efetua este movimento, em função do tempo, t, é: x = 2,0 10 2 sin (24π t) (SI). Selecione a alternativa CORRECTA. (A) A amplitude do movimento é de 24 m. (B) A frequência angular do movimento é de 24 π rad s 1. (C) O período do movimento é de 2,0 10 2 s. (D) O frequência do movimento é de 24 s -1. 24 = T= 0,08 s f = f = Página 6 de 8
11. Durante algum tempo o magnetismo e a eletricidade ignoraram-se mutuamente. Foi só no início do século I que um dinamarquês, Hans Christian Oersted, reparou que uma agulha magnética sofria um desvio quando colocada perto de um circuito elétrico, à semelhança do que acontecia quando estava perto de um íman. Existia pois uma relação entre eletricidade e magnetismo. C. Fiolhais, Física Divertida, Gradiva, 1991 (adaptado) a) Transcreva a parte do texto que refere o que Oersted observou. " reparou que uma agulha magnética sofria um desvio quando colocada perto de um circuito elétrico " b) A figura seguinte, onde estão marcados os pontos P, Q, R e S, representa linhas de campo magnético, numa região do espaço. Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta. A intensidade do campo magnético é maior no ponto (A) R do que no ponto S. (B) P do que no ponto Q. (C) Q do que no ponto R. (D) S do que no ponto P. c) Selecione a única opção em que se encontra corretamente representado o vetor campo magnético, no ponto P. Opção C /15 d) Indique três carateristicas das linhas de campo magnético. Poderá indicar três quaisquer das seguintes carateristicas: "As linhas de campo magnético são linhas imaginárias; são fechadas; nunca se cruzam; indicam a direção do campo magnético; o sentido das linhas é o mesmo que o do campo magnético; são tanto mais densas quanto maior for a intensidade do campo magnético. 12. Um som puro, produzido por um diapasão, é captado por um microfone, que está ligado a um dos canais do osciloscópio. Regulando a base de tempo para 2 ms/divisão, foi possível visualizar uma figura estável em que 5 períodos do sinal corresponderam a 9,8 divisões. /15 a) Elabore um pequeno texto onde explique como se pode converter o sinal sonoro emitido pelo diapasão num sinal elétrico, utilizando um microfone de indução. Página 7 de 8
Tópico 1: A oscilação da membrana do microfone provoca a oscilação da bobina (com a mesma frequência); Tópico 2: A variação do fluxo magnético do campo criado pelo iman vai induzir uma força eletromotriz (f.e.m.) na bobina; Tópico 3: A f.e.m. induzida na bobina produz nela uma corrente com as mesmas carateristicas (frequência e intensidade) do som original. Uma resposta possível seria. "Quando o som atinge a membrana do microfone, esta entra em oscilação devido às variações de pressão, provocadas pela onda sonora, onda de pressão. Como a membrana está ligada à bobina, esta passa a oscilar com a mesma frequência. Durante este movimento, o fluxo magnético do campo criado pelo íman varia, induzindo uma força electromotriz que dá origem a uma corrente eléctrica na bobina do microfone. Esta corrente alternada induzida na bobina apresenta as mesmas características do som original quer em frequência quer em intensidade." b) Que tipo de sinal eléctrico é observado no ecrã do osciloscópio? O sinal que se vê no osciloscópio é um sinal sinosoidal. /15 c) Qual é o período do sinal e a incerteza que lhe está associada? 5 períodos 9,8 div 1T x div x = 1,96 div Menor divisão escala = = = 0,4 ms 2 ms 1,0 div y 1,96 div y = 3,92 ms Então : T ± T (3,92 ± 0,2) ms Página 8 de 8