ATENO ESTE CADERNO CONTM 10 (DEZ) QUESTES. VERIFIQUE SE EST COMPLETO. DURAO DA PROVA: 3 (TRS) HORAS VERIFIQUESENAPGINACORRESPONDENTERESPOSTADASQUESTES01,06E08APARECE UM DESENHO PR-IMPRESSO. SE FALTAR, PEA AO FISCAL A SUBSTITUIO DA PGINA. A correo de uma questo ser restrita somente ao que estiver apresentado no espao correspondente, nafolhaderesposta,direitadaquesto.indispensvelindicararesoluodasquestes,nosendo suficiente apenas escrever as respostas. H espao para rascunho, tanto no incio quanto no final deste caderno. Quando necessrio, adote: acelerao da gravidade na Terra =g = 10 m/s2 massa especfica (densidade) da gua = 1.000 kg/m3 velocidade da luz no vcuo =c = 3,0 x 108 m/s calor especfico da gua 4J/(C.g); (1 caloria 4 joules) Q.01 Procedimentodesegurana,emauto-estradas,recomendaqueomotoristamantenhaumadistnciade2 segundosdocarroqueestsuafrente,paraque,senecessrio,tenhaespaoparafrear(Regradosdois segundos). Por essa regra, a distncia D que o carro percorre, em 2s, com velocidade constante V0, deve ser igualdistncianecessriaparaqueocarroparecompletamenteapsfrear.Talprocedimento,porm, depende da velocidade V0 em que o carro trafega e da desacelerao mxima fornecida pelos freios. a)DetermineointervalodetempoT0,emsegundos,necessrioparaqueocarroparecompletamente, percorrendo a distncia D referida. b)Represente,nosistemadeeixosdafolhaderesposta,avariaodadesaceleraoemfunoda velocidade V0, para situaes em que o carro pra completamente em um intervalo T0 (determinado no item anterior). c)Considerando que a desacelerao depende principalmente do coeficiente de atrito entre os pneus e o asfalto,sendo0,6ovalorde,determine,apartirdogrfico,ovalormximodevelocidadeVM,emm/s, para o qual a Regra dos dois segundos permanece vlida. Q.02 Num espetculo de fogos de artifcio, um rojo, de massa M0 = 0,5 kg, aps seu lanamento, descreve no cu a trajetria indicada na figura.No ponto mais alto de sua trajetria(ponto P), o rojo explode, dividindo-se em doisfragmentos,AeB,demassasiguaisaM0/2.Logoapsaexploso,avelocidadehorizontaldeA,VA, nula, bem como sua velocidade vertical. a)DetermineointervalodetempoT0,emsegundos, transcorridoentreolanamentodorojoeaexplosono ponto P. b)Determine a velocidade horizontal VB, do fragmento B, logo aps a exploso, em m/s. c)Considerandoapenasoqueocorrenomomentoda exploso,determineaenergiaE0 fornecidapeloexplosivo aos dois fragmentos A e B, em joules. NOTE E ADOTE: A massa do explosivo pode ser considerada desprezvel. Q.03 UmsistemamecnicofazcomqueumcorpodemassaM0,apsumcertotempoemqueda,atinjauma velocidade descendente constante V0, devido ao efeito do movimento de outra massa m, que age como freio. A massa m vinculada a uma haste H, presa ao eixo E de um cilindro C, de raio R0, conforme mostrado na figura.Quando a massa M0 cai, desenrola-se um fio que movimenta o cilindro e o eixo, fazendo com que a massa m descreva um movimento circular de raio R0. A velocidade V0 mantida constante, pela fora de atrito, entre a massameaparedeA,devidoaocoeficientedeatritoentreelaseforacentrpetaqueagesobreessa massa. Para tal situao, em funo dos parmetros m, M0, R0, V0, e g, determine a)otrabalhoTg,realizadopelaforadagravidade,quandoamassaM0percorreumadistnciavertical correspondente a uma volta completa do cilindro C. b)o trabalho TA, dissipado pela fora de atrito, quando a massa m realiza uma volta completa. c)a velocidade V0, em funo das demais variveis. Q.04 Um satlite artificial, em rbita circular em torno da Terra, mantm um perodo que depende de sua altura em relao superfcie da Terra. Determine a)o perodo T0 do satlite, em minutos, quando sua rbita est muito prxima dasuperfcie.(Ouseja,estaumadistnciadocentrodaTerra praticamente igual ao raio da Terra). b)operodoT4dosatlite,emminutos,quandosuarbitaestauma distnciadocentrodaTerraaproximadamenteigualaquatrovezesoraio da Terra. NOTE E ADOTE: Otrabalhodissipadopelaforadeatritoemumavoltaigualaotrabalhorealizado pela fora peso, no movimentocorrespondentedamassaM0,comvelocidade V0. NOTE E ADOTE: A fora de atrao gravitacional sobre um corpo de massa m F= GmMT/r2, em que r a distncia entre a massa e o centro da Terra, G a constante gravitacional e MT a massa da Terra. Na superfcie da Terra,F= mg em queg = GMT/RT2; g= 10m/s2 e RT = 6,4 x 106m. (Para resolver essa questo, no necessrio conhecer nem G nem MT). Considere 3 Q.05 Um tanque industrial, cilndrico, com altura total H0 = 6,0 m, contm em seu interior gua at uma altura h0, a uma temperatura de 27 C (300 K). OtanquepossuiumpequenoorifcioAe,portanto,estpresso atmosfrica P0, como esquematizado em I. No procedimento seguinte, o orifcio fechado, sendo o tanque invertido e aquecido at 87C (360 K). Quando o orifcio reaberto, e mantida a temperatura do tanque, parte da gua escoa, at que as presses no orifcio se equilibrem, restando nointeriordotanqueumaalturah1=2,0mdegua,comoemII. Determine a)a presso P1, em N/m2, no interior do tanque, na situao II. b)a altura inicial h0 da gua no tanque, em metros, na situao I. Q.06 UmafontedeluzintensaL,praticamentepontual,utilizadaparaprojetarsombrasemumgrandeteloT,a 150cmdedistncia.Paraisso,uma lente convergente,de distncia focal igual a 20 cm, encaixada em um suporteopacoa60cmdeL,entreafontee o telo, como indicado na figura A, em vista lateral.Um objeto, cuja regio opaca est representada pela cor escura na figura B, , ento, colocado a 40 cm da fonte, para que sua sombra aparea no telo. Para analisar o efeito obtido, indique, no esquema da folha de resposta, a)a posio da imagem da fonte, representando-a por L. b)a regio do telo, na ausncia do objeto, que no iluminada pela fonte, escurecendo-a a lpis. (Faa, a lpis, as construes dos raios auxiliares, indicando por A1 e A2 os raios que permitem definir os limites de tal regio). c)a regio do telo, na presena do objeto, que no iluminada pela fonte, escurecendo-a a lpis.(Faa, a lpis, as construes dos raios auxiliares necessrios para tal determinao). NOTE E ADOTE: Patmosfrica= 1 Pa=1,0 x 105 N/m2 (gua) = 1,0 x 103 kg/m3 ;g =10 m/s2 Q.07 Oanode2005foideclaradooAnoInternacionaldaFsica,emcomemoraoaos100anosdaTeoriada Relatividade, cujos resultados incluem a famosa relao E = m.c2.Num reator nuclear, a energia provm da fissodoUrnio.CadancleodeUrnio,aosofrerfisso,divide-seemncleosmaisleves,eumapequena parte,m, de sua massa inicial transforma-se em energia.A Usina de Angra II tem uma potncia eltrica de cerca 1350 MW, que obtida a partir da fisso de Urnio-235.Para produzir tal potncia, devem ser gerados 4000 MW na forma de calor Q.Em relao Usina de Angra II, estime a a)quantidade de calor Q, em joules, produzida em um dia. b)quantidade de massa m que se transforma em energia na forma de calor, a cada dia. c)massa MU de Urnio-235, em kg, que sofre fisso em um dia, supondo que a massa m, que se transforma em energia, seja aproximadamente 0,0008 (8 x 10-4) da massa MU. Q.08 Osomproduzidoporumdeterminadoinstrumentomusical,longedafonte,podeserrepresentadoporuma ondacomplexaS,descritacomoumasobreposiodeondassenoidaisdepresso,conformeafigura.Nela, est representada a variao da presso P em funo da posio, num determinado instante, estando as trs componentes de S identificadas por A, B e C.a)Determine os comprimentos de onda, em metros, de cada uma das componentes A, B e C, preenchendo o quadro da folha de respostas. b)Determine o comprimento de onda 0, em metros, da onda S. c)Represente, no grfico apresentado na folha de respostas, as intensidades das componentes A e C. Nesse mesmo grfico, a intensidade da componente B j est representada, em unidades arbitrrias. NOTE E ADOTE u.a. = unidade arbitrria Velocidade do som ~ 340 m/s A intensidade I de uma onda senoidal proporcional ao quadrado da amplitude de sua onda de presso. A freqncia f0 corresponde componente que tem menor freqncia. E = mc2 Essa relao indica que massa e energia podem se transformar uma na outra. A quantidade de energia Equeseobtmestrelacionadaquantidadedemassam,quedesaparece,atravsdoprodutodelapelo quadrado da velocidade da luz (c). NOTE E ADOTE: Em um dia, h cerca de 9 x 104 s 1 MW = 106 W c = 3 x 108m/s Quadro (m) A B C Q.09 Umdeterminadoaquecedoreltrico,comresistnciaR constante,projetadoparaoperara110V.Pode-se ligaroaparelhoaumaredede220V,obtendoos mesmosaquecimentoeconsumodeenergiamdios, desde que haja um dispositivo que o ligue e desligue, em ciclos sucessivos, como indicado no grfico. Nesse caso, acadaciclo,oaparelhopermaneceligadopor0,2se desligado por um intervalo de tempo t. Determine a)arelaoZ1entreaspotnciasP220eP110,dissipadasporesseaparelhoem220Ve110V, respectivamente, quando est continuamente ligado, sem interrupo. b)o valor do intervalo t, em segundos, em que o aparelho deve permanecer desligado a 220V, para que a potncia mdia dissipada pelo resistor nessa tenso seja a mesma que quando ligado continuamente em 110V. c)arelaoZ2entreascorrentesmdiasI220eI110,quepercorremoresistorquandoemredesde220Ve 110V, respectivamente, para a situao do item anterior. Q.10 Umaespiracondutoraideal,com1,5mpor5,0m,deslocadacom velocidade constante, de tal forma que um de seus lados atravessa uma regioondeexisteumcampomagnticoB,uniforme,criadoporum grandeeletrom.Esseladodaespiraleva0,5sparaatravessara regiodocampo.NaespiraestinseridaumaresistnciaRcomas caractersticasdescritas.Emconseqnciadomovimentodaespira, duranteesseintervalodetempo,observa-seumavariaode temperatura, em R, de 40C.Essa medida de temperatura pode, ento, serutilizadacomoumaformaindiretaparaestimarovalordocampo magntico B. Assim determine a)a energia E, em joules, dissipada no resistor sob a forma de calor. b)acorrenteI,emampres,quepercorreoresistorduranteo aquecimento. c)o valor do campo magntico B, em teslas. NOTE E ADOTE:Potncia mdia a razo entre a energia dissipada em um ciclo e o perodo total do ciclo. CARACTERSTICAS DO RESISTOR R:Massa = 1,5 g Resistncia = 0,40 Calor especfico = 0,33 cal/g NOTE E ADOTE: 1 cal 4 J F =I B L a fora F que age sobre um fio de comprimento L, percorrido por uma corrente I, em um campo magntico B. fem = / t, ou seja, o mdulo da fora eletromotriz induzida igual variao de fluxo magntico por unidade de tempo. = B.S, onde B a intensidade do campo atravs de uma superfcie de rea S, perpendicular ao campo.