FÍSICA IV - FAP2204 Escola Politécnica GABARITO DA P1 22 de setembro de 2009

Documentos relacionados
Física IV Escola Politécnica GABARITO DA P1 31 de agosto de Considere o circuito RLC série mostrado na figura abaixo

Física IV Escola Politécnica GABARITO DA P1 10 de setembro de Hz C

Física IV Escola Politécnica GABARITO DA P1 2 de setembro de 2014

Escola Politécnica

a) (1.0) Calcule o vetor força resultante sobre a carga +Q e desenhe-o no gráfico (deixe o resultado em função da constante k).

Física 3. Fórmulas e Exercícios P3

Física III Escola Politécnica GABARITO DA REC 26 de Julho de 2018

Escola Politécnica FAP GABARITO DA P1 13 de setembro de 2005

Física III Escola Politécnica GABARITO DA PR 27 de julho de 2017

Física IV - FAP2204 Escola Politécnica GABARITO DA PR 2 de fevereiro de 2010

Física IV Escola Politécnica GABARITO DA PS 3 de dezembro de 2013

Física III Escola Politécnica GABARITO DA P3 6 de julho de 2017

Instituto de Fıśica UFRJ Mestrado em Ensino profissional

TEM 2010 Lista de Problemas 5 As equações de Maxwell. Vetor de Poynting. Ondas eletromagnéticas. Polarização

Física III Escola Politécnica GABARITO DA PS 30 de junho de 2011

Física Teórica II. Terceira Prova 2º. semestre de /11/2017 ALUNO : Gabarito NOTA DA PROVA TURMA: PROF. :

Vamos considerar um gerador de tensão alternada ε(t) = ε m sen ωt ligado a um resistor de resistência R. A tensão no resistor é igual à fem do gerador

Física IV Escola Politécnica GABARITO DA P1 28 de agosto de 2012

Problema 1 (só exame) Problema 2 (só exame) Problema 3 (teste e exame)

COMISSÃO PERMANENTE DE SELEÇÃO COPESE PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO PROGRAD PISM III- TRIÊNIO PROVA DE FÍSICA

Física III Escola Politécnica GABARITO DA P2 17 de maio de 2012

Física IV. Escola Politécnica FAP GABARITO DA PR 12 de fevereiro de 2008

Física III Escola Politécnica GABARITO DA P3 13 de junho de 2019

Escola Politécnica FGE GABARITO DA P2 17 de maio de 2007

Duração do exame: 2:30h Leia o enunciado com atenção. Justifique todas as respostas. Identifique e numere todas as folhas da prova.

Lista de Exercícios 2

Física IV. Aula 2 Prof. Helena Malbouisson

BC 1519 Circuitos Elétricos e Fotônica

Escola Politécnica FGE GABARITO DA P3 25 de junho de 2009

d = t sen (θ a θ b ). b

Eletricidade e Magnetismo II 2º Semestre/2014 Experimento 6: RLC Ressonância

Capítulo 7. Capítulo 7. Equações de Maxwell e ondas electromagnéticas. F.Barão, L.F.Mendes Electromagnetismo e Óptica (MEEC-IST) 109

Prof. Dr. Lucas Barboza Sarno da Silva

Escola Politécnica FGE GABARITO DA SUB 6 de julho de 2006

A energia total do circuito é a soma da potencial elétrica e magnética

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia de Porto Alegre Departamento de Engenharia Elétrica ANÁLISE DE CIRCUITOS II - ENG04031

2) Em qual frequência, uma bobina de indutância 20mH terá uma reatância com módulo de 100Ω? E com módulo de 0Ω?

Oscilações Eletromagnéticas e Corrente Alternada

PUC-RIO CB-CTC. P3 DE ELETROMAGNETISMO segunda-feira. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

FEP Física para Engenharia II

Escola Politécnica FGE GABARITO DA P3 29 de junho de 2006

FFI Física IV: 1ª Lista de Exercícios

Circuitos RC e RL com Corrente Alternada

Parte A: Circuitos RC com corrente alternada

Física III Escola Politécnica GABARITO DA PR 19 de julho de 2012

Capítulo 18 Movimento ondulatório

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ - UFPR Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica. Disciplina: TE053 - Ondas Eletromagnéticas

Φ B = BA, já que o campo é homogêneo, a espira está toda inserida no campo e o vetor B é paralelo ao vetor A. Pela lei de Faraday:

Análise de Circuitos 2

ELETROTÉCNICA ENGENHARIA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR UNIDADE ACADÊMICA DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS DISCIPLINA: FÍSICA II ONDAS. Prof.

Eletromagnetismo 1. Aula 10

(a) Determine o fluxo magnético através da área limitada pela espira menor em função de x 1. Na espira menor, determine. (b) a fem induzida e

Sétima Lista. MAT0216 Cálculo Diferencial e Integral III Prof. Daniel Victor Tausk 14/04/2019

Usar em toda a prova as aproximações: 3, 2 1,4 e 3 1,7

Física Teórica II Lei de Faraday-Lenz e aplicações

PROCESSO SELETIVO TURMA DE 2016 FASE 1 PROVA DE FÍSICA E SEU ENSINO

Física III Escola Politécnica GABARITO DA P3 16 de junho de 2011

LISTA 3 - Prof. Jason Gallas, DF UFPB 10 de Junho de 2013, às 17:40. Jason Alfredo Carlson Gallas, professor titular de física teórica,

5ª Lista de exercícios Eletromegnetismo 1 Newton Mansur (01/18)

PUC-RIO CB-CTC. P4 DE ELETROMAGNETISMO quarta-feira. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

Física III Escola Politécnica GABARITO DA P1 9 de abril de 2015

Experimento 4 Circuitos RLC com corrente alternada: ressonância

Circuitos com excitação Senoidal

FIS1053 Projeto de Apoio Eletromagnetismo 09-Setembro Lista de Problemas 15 ant Revisão G4. Temas: Toda Matéria.

Física III Escola Politécnica GABARITO DA PS 13 de julho de 2017

I φ= V φ R. Fazendo a mesma análise para um circuito indutivo, se aplicarmos uma tensão v(t) = V m sen(ωt + I (φ 90)= V φ X L

UFSM-CTISM. Projeto de Redes sem Fio Aula-04

Aquino, Josué Alexandre.

c) Se a corrente elétrica determinada na alínea a) percorrer um fio com um diâmetro através de um

Física IV. Escola Politécnica FGE GABARITO DA PS 11 de dezembro de 2007

EEC4262 Radiação e Propagação. Lista de Problemas

Lista de Exercícios 4

Circuitos RC com corrente alternada. 5.1 Material. resistor de 10 Ω; capacitor de 2,2 µf.

PUC-RIO CB-CTC. P4 DE ELETROMAGNETISMO quarta-feira. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

1) O vetor posição de uma partícula que se move no plano XZ e dado por: r = (2t 3 + t 2 )i + 3t 2 k

Circuitos Elétricos. Circuitos Contendo Resistência, Indutância e Capacitância. Prof.: Welbert Rodrigues

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ - UFPR Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica. Disciplina: TE053 - Ondas Eletromagnéticas

Física IV. Quarta lista de exercícios. Figura 1

PUC-RIO CB-CTC. P4 DE ELETROMAGNETISMO sexta-feira. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

Regime permanente senoidal e Fasores

Eletromagnetismo II. 4 a Aula. Professor Alvaro Vannucci. nucci

Olimpíada Brasileira de Física ª Fase

Física IV Escola Politécnica GABARITO DA P2 14 de outubro de 2014

Física III-A /2 Lista 8: Indução Eletromagnética

Física III Escola Politécnica GABARITO DA P3 25 de junho de 2014

(c) B 0 4πR 2 (d) B 0 R 2 (e) B 0 2R 2 (f) B 0 4R 2

PUC-RIO CB-CTC. P3 DE ELETROMAGNETISMO quarta-feira. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

CF360 - Resumo Experimentos Prova 2

Verificação Suplementar 1º. semestre de /07/2017 ALUNO ATENÇÃO LEIA ANTES DE FAZER A PROVA

Prof. Fábio de Oliveira Borges

[Pot] = = = M L 2 T 3

Circuitos RL com onda quadrada e corrente alternada

É o número de oscilações que acontecem por segundo. A medida é feita em hertz: T = 1 f. x = x m

Avisos. Entrega do Trabalho: 8/3/13 - sexta. P2: 11/3/13 - segunda

RESOLUÇÃO DA LISTA II P3

Escola Politécnica FAP GABARITO DA PS 12 de dezembro de 2006

Curso Técnico em Eletrotécnica Impedância e o Diagrama de Fasores. Vitória-ES

d) calcule o potencial elétrico em qualquer ponto da superfície e do interior da esfera.

aceleração da gravidade g = 10 m/s 2 índice de refração do ar n = 1 π = 3,14

Transcrição:

P1 FÍSICA IV - FAP2204 Escola Politécnica - 2009 GABARITO DA P1 22 de setembro de 2009 Questão 1 Um circuito RLC em série é alimentado por uma fonte que fornece uma tensão v(t) cosωt. O valor da tensão de pico no resistor (V R ) é igual ao valor da tensão de pico no indutor (V L ) e duas vezes maior do que o valor da tensão de pico no capacitor (V C ). (a) (1,0 ponto) Desenhe o diagrama de fasores do circuito indicando claramente os fasorescorrespondentes a V R, V L, V C, ei m (valordepico da correnteno circuito). (b) (1,0 ponto) A partir do diagrama de fasores, ou usando complexos, calcule a impedância Z (em módulo) e a defasagem φ da corrente em relação à tensão na fonte. (c) (0,5 ponto) Para qual valor da capacitância C a potência dissipada no circuito é máxima? Expresse sua resposta em termos de ω e L. 1

Solução da questão 1 (a) Diagrama de fasores V L V L V C φ ω t I m V R V C (b) O teorema de Pitágoras no diagrama de fasores fornece VR 2 +(V L V C ) 2 A impedância do circuito Z /I m. Usando as relações V R RI m, V L X L I m ωli m, V C X C I m 1 ωc I m, e a expressão para obtemos Do diagrama de fasores vem onde usamos V R V L 2V C. Z I m R 2 +(ωl 1 ωc )2. tanφ V L V C V R 1 2, (c) A máxima potência dissipada pelo circuito vai ocorrer na ressonância. Neste caso X L X C e C 1/(ω 2 L). 2

Questão 2 O circuito RC mostrado na figura abaixo está ligada a uma fonte de corrente alternada que fornece uma tensão v(t) cosωt. R C cos ω t (a) (0,5 ponto) Qual é a impedância (em módulo) do circuito e o valor de pico da corrente que por ele circula? (b) (1,0 ponto) Calcule a razão V C / entre os valores de pico das tensões no capacitor e na fonte. Se tomarmos a tensão de saída entre os terminais do capacitor, o circuito funciona como um filtro passa-baixas ou como um filtro passa-altas? (c) (1,0 ponto) O capacitor da figura é formado por duas placas circulares de raio r no vácuo. Ignore o efeito de bordas. Seja Q(t) Q m sen(ωt+φ), onde Q m é constante, a carga em uma das placas do capacitor. Calcule a corrente de deslocamento I D entre as placas do capacitor. Dado: o campo elétrico entre as placas do capacitor E σ/ǫ 0, onde σ é a densidade superficial de carga na placa do capacitor. 3

Solução da questão 2 (a) A impedância do circuito é dada por Z R 2 + 1 ω 2 C 2 A corrente máxima é I m Z R 2 + 1 ω 2 C 2 (b) A voltagem máxima no capacitor é V C X C I m (1/ωC)I m. Usando o valor de I m calculado no item (a) obtemos V C 1 ωc R 2 + 1 ω 2 C 2 V C 1 ωc R 2 + 1 ω 2 C 2 Note que V C 1 para ω 0 0 para ω Assim, o circuito funciona como um filtro passa-baixas. (c) A corrente de deslocamento através de uma superfície S é dada por I D ǫ 0 dφ e dt, onde Φ e S E d A é o fluxo do campo elétrico através de S. Escolhendo S como um círculo de raio r, paralelo e coaxial às placas do capacitor e lembrando que o campo elétrico dentro do capacitor é dado por E σ/ǫ 0 Q/(ǫ 0 πr 2 ) obtemos Φ e Eπr 2 Q Q d(q/ǫ 0 ) I ǫ 0 πr 2πr2 D ǫ 0 dq ǫ 0 dt dt I Q mωcos(ωt+φ) Note que a corrente de deslocamento é numericamente igual à corrente I através do circuito. 4

Questão 3 A figura abaixo representa os campos elétrico E e magnético B de uma onda eletromagnética plana monocromática, no vácuo, na origem do sistema de coordenadas em dois instantes diferentes. O campo elétrico está na direção do eixo y vale em módulo 1 V/m no instante t 0 s e 3 V/m no instante t 10 9 s. A freqüência da onda é f 0,25 10 9 Hz. São dadas ainda a velocidade da luz c 3 10 8 m/s e a permeabilidade magnética no vácuo µ 0 4π 10 7 H/m. y y E x B x z B z E t0 s t10 9 s (a) (0,5 ponto) Determine o comprimento de onda λ, a freqüência angular ω e o número de onda k. (b) (1,0 ponto) Usando a figura e os valores em módulo do campo elétrico nos instante t 0 s e t 10 9, determine E m, a constante de fase φ (veja o formulário) e escreva a expressão do campo elétrico E dessa onda. (c) (1,0 ponto) Determine o campo magnético B, o vetor de Poynting S e a intensidade I da onda. 5

Solução da questão 3 (a) Comprimento de onda Freqüência angular λ c f 3 108 m/s 0,25 10 9 Hz λ 1,2 m. ω 2πf 2π(0,25 10 9 Hz) ω 5π 10 8 rd/s. Número de onda k 2π λ 5π 3 m 1. (b) O campo elétrico tem a forma São dados E(z,t) E m cos(kz +ωt+φ) j. E y (0,0) E m cosφ 1 V/m, E y (0,10 9 s) E m cos(π/2+φ) E max senφ 3 V/m. Logo φ π/3, E m 2 V/m, e [ ( z E(z,t) 2cos 5π 3 +108 t+ 15)] 1 j (V/m). (c) Campo magnético B ( k) E c ( ) [ ( 2 z 3 10 8 cos 5π 3 +108 t+ 30)] 1 ı (T). Vetor de Poynting E S B 1 [ ( z µ 0 30π cos2 5π 3 +108 t+ 1 )] k (W/m 2 ). 30 Intensidade I S 1 60π (W/m 2 ). 6

Questão 4 Uma nave espacial é impulsionada por uma vela que reflete a luz do Sol. A vela tem a forma de um quadrado com lados de 1Km de comprimento, é perfeitamente refletora e está sempre orientada perpendicularmente à luz do Sol. Suponha que nas vizinhanças da Terra a intensidade da luz solar I 1,35 10 3 W/m 2. (a) (1,0 ponto) Calcule a pressão de radiação exercida pela luz solar sobre a vela próximo da Terra? Dado: a velocidade da luz c 3 10 8 m/s. (b) (1,0 ponto) Se a massa da nave M 4,5 toneladas, calcule a aceleração a da nave produzida pela força de radiação. (c) (0,5 ponto) Ignorando-se os efeitos da atração gravitacional, calcule o tempo gasto em dias para percorrer uma distância equivalente à separação Terra-Lua (360.000 km) partindo do repouso. Dado: 1s 1,2 10 5 dias. Formulário Z R 2 +(X L X C ) 2, X L ωl, X C 1 ωc, tanφ X L X C, ZI m, R V 1 P med 1 2 I m cosφ, V 2 (transformadores). N 1 N 2 No vácuo: E da q int, B da 0, E d d l B da, ǫ 0 dt B d d l µ0 I +µ 0 ǫ 0 E da, ρ E, B 0, B E dt ǫ 0 t, B µ 0J+µ0 E ǫ 0 t, 2 E 2 E µ0 ǫ 0 t, 2 2 B 2 B µ0 ǫ 0 t, c 1 2, E cb. µ0 ǫ 0 dφ e Corrente de Deslocamento: I D ǫ 0 onde Φ e E da, dt Onda plana monocromática se propagando na direção +x: E Em cos(kx ωt+φ)ê y, B B m cos(kx ωt+φ)ê z, k 2π λ, ω 2π. kc ω. T Vetor de Poynting S 1 E B, S uc, u ue +u m ǫ 0E 2 + B2. µ 0 2 2µ 0 Para ondas senoidais: I < S > E mb m 2µ 0, media temporal: < cos 2 (kx ωt+φ) > 1/2. Pressão de radiação (incidência normal): P rad 2I c (reflexão total) e P rad I c (absorsão total). 7

Solução da questão 4 (a) Para uma superfície completamente refletora a pressão de radiação é P 2I c 2 1350 3 10 8 P 9 10 6 N/m 2 (b) A força F que a radiação exerce sobre a área A da vela é F PA Ma a PA M (9 10 6 ) (10 6 ) 4,5 10 3 a 2 10 3 m/s 2 (c) Supondo que a pressão de radiação permaneça aproximadamente constante durante a viagem, o movimento da nave será retilíneo e uniformemente acelerado. S 1 2 at2 t 2 S a 2 (3,6 10 8 ) 2 10 3 t 6 10 5 s 7,2 dias 8