Escola Secundária de Casquilhos Teste Sumativo - Física e Química A 11º ANO 28/02/2014 90 minutos NOME Nº Turma Informação Professor Enc. de Educação TABELA DE CONSTANTES Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3,00 10 8 m s -1 Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto à superfície da Terra Constante de Gravitação Universal G = 6,67 10-11 N m 2 kg -2 Raio da Terra = 6,4 10 6 m Constante de Avogadro N A = 6,02 10 23 mol -1 Volume molar de um gás (PTN) V m = 22,4 dm 3 mol -1 Velocidade de propagação do som no ar a 20 ºC 343,4 ms -1 Massa da Terra = 5,98 10 24 kg FORMULÁRIO Trabalho realizado por uma força constante, F r, que atua sobre um corpo em movimento retilíneo.. W = F r d cos d módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força ângulo definido pela força e pelo deslocamento Energia cinética de translação... m massa v módulo da velocidade Energia potencial gravítica em relação a um nível de referência... m massa g módulo da aceleração gravítica junto à superfície da Terra h altura em relação ao nível de referência considerado = m g h Teorema da energia cinética... W = W soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam num corpo, num determinado intervalo de tempo. E C variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo intervalo de tempo Lei da Gravitação Universal... módulo da força gravítica exercida pela massa pontual M T na massa pontual m ou vice versa G constante de Gravitação Universal r distância entre as duas massas 2.ª Lei de Newton... F r = m a F r resultante das forças que atuam num corpo de massa m a c aceleração do centro de massa do corpo 1
Equações do movimento retilíneo com aceleração constante... x = x 0 + v 0 t + a t 2 x valor (componente escalar) da posição v valor (componente escalar) da velocidade v = v 0 + a t a valor (componente escalar) da aceleração t tempo Velocidade linear... v módulo da velocidade linear T período do movimento Velocidade angular... módulo da velocidade angular T período do movimento Aceleração centrípeta de módulo constante... a C módulo da aceleração centrípeta v módulo da velocidade linear Período... G constante gravitacional M T massa da Terra T período do movimento Relação entre a velocidade linear e angular... v módulo da velocidade linear módulo da velocidade angular Densidade (massa volúmica)... m massa V volume Concentração de solução... n quantidade de soluto v volume de solução Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura... E = m c T m massa do corpo c capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo T variação da temperatura do corpo Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução... Q energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo t k condutividade térmica do material de que é constituída a barra A área da secção da barra, perpendicular à direção de transferência de energia l comprimento da barra T diferença de temperatura entre as extremidades da barra Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal... y = A sin( t) A amplitude do sinal frequência angular t tempo 2
Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, em que existe um campo magnético uniforme,... m = B A cos B Intensidade do campo magnético A área da superfície ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície Força eletromotriz induzida numa espira metálica... = m variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo t Lei de Snell-Descartes para a refração... 1 sin 1 = 2 sin 2 1, 2 índices de refração dos meios 1 e 2, respetivamente 1, 2 ângulos entre a direção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respectivamente Índice de refração absoluto de um dado meio ótico... c velocidade de propagação da luz no vácuo v velocidade de propagação da luz nesse meio GRUPO I A água é uma substância vital para qualquer organismo vivo. Mas é também uma substância extraordinária, pois as propriedades que a caracterizam apresentam valores, em geral, muito diferentes dos que seriam de esperar. Consideremos, por exemplo, o calor de vaporização da água. Verifica-se que é relativamente elevado, o que é bom, porque, assim, a água constitui um meio eficiente de arrefecimento do nosso corpo, por evaporação, quando transpiramos. Mas quão elevado é o calor de vaporização da água? Se aquecermos uma determinada massa de água, inicialmente a 0 ºC, poderá demorar, por exemplo, 5 minutos a atingir o ponto de ebulição. Se continuarmos a fornecer energia, à mesma taxa temporal, a essa mesma massa de água, demorará cerca de 20 minutos até que toda a água se vaporize completamente. Isto significa que vaporizar uma determinada massa de água consome cerca de quatro vezes mais energia do que aquecer a mesma massa de água de 0 ºC até 100 ºC, para o que apenas(!) são necessários 420 kj por quilograma de água. L. J. F. Hermans, Europhysics News, 43 (2), 13 (2012) (traduzido e adaptado) 1. Defina calor (ou variação de entalpia) de vaporização da água a partir da informação dada no texto. 2. Determine (com base na informação do texto) o valor da energia que terá que fornecer a uma amostra de 5,0 kg de água para que a mesma vaporize completamente. 3. Utilizou-se uma resistência de aquecimento, com uma determinada potência, para aquecer uma amostra de água de massa 500 g, inicialmente a 15 ºC. Verificou-se que, ao fim de 3,0 min de aquecimento, a temperatura da amostra era 40 ºC. Sabendo que o rendimento do processo de aquecimento da amostra de água foi de 50%, calcule o valor da potencia da resistência utilizada. Utilize o valor da capacidade térmica mássica da água que pode ser determinado a partir da informação dada no texto. 4. A densidade do vapor de água, à temperatura de 100 ºC e à pressão de 1 atm, é 0,590 g dm -3. Determine o número de moléculas de H 2 O presentes numa amostra pura de vapor de água com o volume de 2,50 10 2 dm 3 nas condições de pressão e de temperatura referidas. 5. Para além da água outras substâncias desempenham um papel importante na atmosfera terrestre. De entre essas substâncias salientamos o dióxido de carbono, o metano e o amoníaco? Estas três últimas moléculas referidas têm respetivamente a geometria: 3
(A) linear, angular, piramidal trigonal. (B) angular, tetraédrica, piramidal trigonal. (C) linear, tetraédrica, piramidal trigonal. (D) angular, triangular plana, tetraédrica. 6. Numa molécula de metano, (A) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes. (B) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes. (C) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, oito eletrões ligantes. (D) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, oito eletrões ligantes. GRUPO II A figura seguinte (que não está à escala) ilustra uma experiência realizada numa aula de Física, na qual um carrinho é abandonado sobre uma calha inclinada, montada sobre uma mesa de tampo horizontal. O carrinho, abandonado na posição A, percorre a distância sobre a calha até à posição B, movendo-se depois, sobre o tampo da mesa, até à posição C. Considere desprezáveis todas as forças dissipativas e admita que o carrinho pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). 1. No percurso AB (A) estão aplicadas quatro forças no carrinho mas só uma realiza trabalho. (B) a força resultante aplicada tem a mesma direção do movimento do carrinho mas sentido oposto. (C) é nulo o trabalho da força resultante aplicada no carrinho. (D) é nula a soma da variação da energia cinética com a variação da energia potencial. 2. Explique porque é que a resultante das forças que atuam no carrinho é nula no percurso BC. Comece por identificar as forças que atuam no carrinho nesse percurso. 3. Faça um esboço do gráfico que pode representar o módulo da aceleração do carrinho, a, em função do tempo, t, decorrido desde o instante em que este inicia o movimento até ao instante em que atinge a posição C? 4. Na ausência de um anteparo, o carrinho pode cair ao chegar à posição C. Determine a altura a que a posição C se encontra do solo sabendo que a componente escalar, segundo o eixo Oy, da velocidade do carrinho, vy, quando este, caindo da posição C, se encontra a 20 cm do solo é - 4,0 ms -1. Recorra exclusivamente às equações do movimento, y (t ) e vy (t ). 5. A mesa usada na experiência tem um tampo de madeira e pernas metálicas. Tendo por base os valores da condutividade térmica da madeira e do aço justifique o facto de ao colocarmos uma mão na madeira e a outra no metal, sentirmos mais frio na mão que está a tocar no metal. K madeira = 0,15 W/mK K aço = 52,00 W/mK GRUPO III A figura seguinte ilustra uma experiência habitualmente realizada no estudo da Lei de Faraday. A figura representa um carrinho de plástico, sobre o qual se colocou uma espira metálica retangular, E. O carrinho move-se, com velocidade constante, entre as posições P e Q, atravessando uma zona do espaço, delimitada a tracejado, onde foi 4
criado um campo magnético uniforme, magnético é desprezável., de direção perpendicular ao plano da espira. Fora dessa zona, o campo 1. Indique, justificando, como varia o fluxo magnético, m, que atravessa a superfície delimitada pela espira, em função do tempo, t, à medida que o carrinho se move entre as posições P e Q. 2. Admitindo que o gráfico que pode representar o fluxo magnético desde a entrada da espira (na zona onde existe o campo magnético, ) até à sua saída é o seguinte: Calcule o valor da força eletromotriz no intervalo de 0 a 0,1 segundos. GRUPO IV 1. Na figura seguinte, está representado o perfil de um troço de uma ponte, que se admite formar um arco de circunferência num plano vertical. As posições P e Q estão situadas num mesmo plano horizontal. Sobre essa ponte, desloca-se um automóvel com velocidade de módulo constante. Considere que o automóvel pode ser representado pelo seu centro de massa. A figura não se encontra à escala. 1.1.Indique, justificando, porque motivo a energia mecânica do automóvel não permanece constante entre P e Q. 1.2. Admita que o automóvel de P até Q descreve a uma trajetória curvilínea de raio 20,0 m com velocidade de módulo 54 kmh -1. Calcule a aceleração do automóvel no percurso referido. 1.3. Justifique a seguinte afirmação."a velocidade do automóvel não se mantém constante durante o trajeto de P a Q." 2. Um automóvel de massa 1,0 10 3 kg, inicialmente parado numa estrada horizontal, acelera durante 10 s, sendo a potência fornecida pelo motor 50 cv. Calcule o módulo da velocidade que o automóvel pode atingir 10 s depois de arrancar, se 20% da energia fornecida pelo motor, nesse intervalo de tempo, for transformada em energia cinética. 1 cv = 750W GRUPO V Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos usou um osciloscópio, um gerador de sinais, um altifalante, um microfone e uma fita métrica. Os alunos colocaram o microfone e o altifalante um em frente do outro, a distâncias, d, sucessivamente maiores e mediram o tempo, t, que um sinal sonoro demorava a percorrer cada uma dessas distâncias. O valor tabelado da velocidade de propagação do som no ar, nas condições em que foi realizada a experiência, é 345ms -1. 5
1. Para realizarem a experiência, os alunos ligaram o microfone ao osciloscópio e o altifalante ao gerador de sinais. Qual é a função do microfone? 2. Com os valores de distância, d, e de tempo, t, medidos experimentalmente, os alunos traçaram um gráfico no qual o declive da reta obtida foi identificado com o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar. Os alunos terão, assim, traçado um gráfico de (A) d em função de t. (B) d em função de 1/t (C) t em função de d. (D) t em função de 1/d 3. O erro absoluto obtido da velocidade de propagação do som no ar foi Considere que o erro relativo, em percentagem, foi de 8,2 % (A) 28% (B) 28,3% (C) 26% (D) 25% 4. Indica o significado da seguinte afirmação "O índice de refração da luz na água é 1,33". 6
COTAÇÕES GRUPO I 1.... 5 pontos 2.... 10 pontos 3.... 15 pontos 4....10 pontos 5.... 5 pontos 6.... 5 pontos 50 pontos GRUPO II 1.... 5 pontos 2.... 15 pontos 3.... 10 pontos 4.... 10 pontos 5.... 15 pontos 55 pontos GRUPO III 1.... 15 pontos 2.... 10 pontos 25 pontos GRUPO IV 1. 1.1.... 15 pontos 1.2.... 5 pontos 1.3.... 10 pontos 2.... 15 pontos 45 pontos GRUPO V 1.... 10 pontos 2.... 5 pontos 3.... 5 pontos 4.... 5 pontos 25 pontos TOTAL... 200 pontos 7