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Aqui no blog você tem todas as aulas que precisa para estudar Física para a sua escola e para os vestibulares. As aulas são divididas em trê...

quinta-feira, 27 de maio de 2021

Mecânica - Aula 14 (continuação)

Exercícios de revisão
 
Revisão/Ex 1:
(PUC-MG)
Um objeto em movimento circular uniforme passa pelo ponto A e, 1 segundo após, passa pelo ponto B. A aceleração vetorial média nesse intervalo de tempo tem módulo em m/s
2:


a)
2.
b) 2.
c) 4.
d) 0.
e) 0,5.


Resolução: clique aqui

Revisão/Ex 2:
(PUC-MG)
Leia atentamente os itens a seguir, tendo em vista um movimento circular e uniforme:

I. A direção da velocidade é constante.
II. O módulo da velocidade não é constante.
III. A aceleração é nula.

Assinale:
a) se apenas I e III estiverem incorretas.
b) se I, II e III estiverem incorretas.
c) se apenas I estiver incorreta.
d) se apenas II estiver incorreta.
e) se apenas III estiver incorreta.


Resolução: clique aqui

Revisão/Ex 3:
(UEL-PR)
Uma pista é constituída por três trechos: dois retilíneos AB e CD e um circular BC, conforme esquema abaixo.



Se um automóvel percorre toda a pista com velocidade escalar constante, o módulo da sua aceleração vetorial será:


a) nulo em todos os trechos.
b) constante, não nulo, em todos os trechos.
c) constante, não nulo, nos trechos AB e CD.
d) constante, não nulo, apenas nos trecho BC.
e) variável apenas no trecho BC.


Resolução: clique aqui

Revisão/Ex 4:
(UFSCar-SP)
Nos esquemas estão representadas a velocidade v e a aceleração a do ponto material P. Assinale a alternativa em que o módulo da velocidade desse ponto material permanece constante.



Resolução: clique aqui

Revisão/Ex 5:
(Escola Naval-RJ)
Uma partícula A move-se em uma circunferência, no plano da figura, de tal maneira que o módulo da velocidade vetorial diminui no decorrer do tempo. Em um dado instante, indicado na figura, a partícula possui aceleração de módulo igual a 25
m/s2 e velocidade vA.


a) Represente na figura a velocidade
vA.
b) Determine o módulo de vA.

Resolução: clique aqui
r
Desafio: 

No instante t = 0 uma partícula parte do repouso de um ponto A e descreve um movimento circular uniformemente variado, no sentido horário, com aceleração escalar 2,0 m/s2, conforme a figura.


Determine no instante t = 3,0 s:


a) a posição da partícula;
b) o módulo da  aceleração centrípeta (acp)
c) o módulo da  aceleração tangencial (at)
d) o módulo da aceleração total (a)
e) represente  os vetores velocidade, aceleração centrípeta, aceleração vetorial e aceleração total.
Dado: o comprimento da circunferência que a partícula descreve é de 18 m. π = 3.


O resultado será publicado na próxima quinta-feira.
 
Resolução do desafio anterior: 

Considere um sistema cartesiano xOy  

                                   
Um móvel parte da origem O, no instante t = 0, percorre 3,0 m sobre o eixo Ox e no sentido positivo do eixo. A seguir, percorre 4,0 m, numa trajetória paralela a Oy e no seu sentido positivo. Depois, caminha 6,0 m em trajetória paralela ao eixo Ox e no sentido negativo, atingindo um ponto A.


a) Represente a trajetória descrita pelo móvel de O até A.
b) Quais são as coordenadas x e y do ponto A?
c) Qual é o módulo do vetor deslocamento entre as posições O e A?
d) Sabendo-se que, em todos os trechos, a partícula descreve um movimento uniforme de velocidade escalar 6,5 m/s, calcule o módulo do vetor velocidade média entre as posições O e A.
e) Depois de 1,0 s da partida, a partícula atinge um ponto B de sua trajetória. Quais são as coordenadas x e y do ponto B?


a) Trajetória descrita pela partícula de O até A:


b) Da figura acima, concluímos que as coordenadas de A são: x = -3,0 m e y = 4,0 m
 

c)


IdI2 = (3,0)2 + (4,0)2 => IdI = 5,0 m

d)
Sendo v = Δs/
Δt, temos: 6,5 = (3,0+4,0+6,0)/Δt => Δt = 2,0 s

O módulo da velocidade vetorial média desde t = 0 até t = 2,0 s é dado por:


IvmI = IdI/Δt => IvmI = 5,0m/2,0s => IvmI = 2,5 m/s

e) Entre os instantes t = 0 e t = 1,0 s a partícula percorre 6,5 m: 3,0 m no eixo Ox e 3,5 m na direção do eixo Oy,atingindo o ponto B. 

Assim, as coordenadas de B são: x = 3,0 m e y = 3,5 m

quarta-feira, 26 de maio de 2021

Eletricidade - Aula 14


14ª aula
Capacitância eletrostática de um condutor isolado

Borges e Nicolau

Ao eletrizarmos um condutor com carga elétrica Q, ele adquire potencial elétrico V. Alterando-se a carga elétrica Q, o potencial elétrico V do condutor se altera na mesma proporção. Isto significa que Q e V são grandezas diretamente proporcionais. Portanto o quociente Q/V é constante e recebe o nome de capacitância C do condutor.

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Capacitância eletrostática de um condutor esférico de raio R

O potencial elétrico de qualquer ponto de um condutor esférico é dado por
V = k0.Q/R.
Substituindo-se em C = Q/V, resulta:

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Exercícios básicos
x
Exercício 1:
Um condutor eletrizado com carga elétrica Q = 3 μC, adquire potencial elétrico
V = 2.103 volts.
a) Determine a capacitância do condutor em nF (nano farad).
b) Dobrando-se a carga elétrica do condutor o que ocorre com o seu potencial elétrico? 

Resolução: clique aqui 
x
Exercício 2:
Um condutor está eletrizado com carga elétrica Q = 6 μC e sob potencial elétrico
V = 5.103 volts. Se a carga elétrica do condutor for reduzida a Q’ = 1,5 μC, qual será seu novo potencial elétrico V’? 

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Exercício 3:
Qual deveria ser o raio de um condutor esférico para que sua capacitância fosse igual a 1 μF?
Dado:
k0 = 9.109 N.m2/C2. 

Resolução: clique aqui
 x
Exercício 4:
Dois condutores esféricos, A e B, possuem raios R e R/2, respectivamente. O primeiro é de ferro e o segundo é de cobre. Eles estão imersos no ar. 

Sejam CA e CB suas capacitâncias. Tem-se:

a) CA = CB 
b) CA = 2CB 
c) CA = CB/2
d)
CA < CB pois a densidade do ferro é maior do que a do cobre.
e) Quando eletrizados sob mesmo potencial elétrico o condutor B armazena maior carga elétrica.

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Exercício 5:
Uma bexiga de forma esférica possui raio R e está eletrizada com carga elétrica Q, uniformemente distribuída em sua superfície. Seja C sua capacitância e V seu potencial elétrico. Infla-se a bexiga de modo que seu raio passa a ser igual a 2R e sua carga elétrica permanece igual a Q. Nesta nova condição, a capacitância da bexiga e o seu potencial elétrico são, respectivamente, iguais a:

a) 2C e V
b) 2C e 2V
c) 2C e V/2
d) C/2 e V/2
e) C/2 e 2V
 

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terça-feira, 25 de maio de 2021

Termologia, Óptica e Ondas - Aula 14


14ª aula
Estudos dos gases (II)

Borges e Nicolau

Equação de Clapeyron

Sejam p, V e T as variáveis de estado de um gás perfeito. O físico francês Paul-Émile Clapeyron verificou que o quociente (p.V)/T é diretamente proporcional ao número de mols (n) do gás.

Assim, podemos escrever: (p.V)/T = R.n, onde R é uma constante de proporcionalidade, igual para todos os gases, denominada constante universal dos gases perfeitos.

Desde modo, resulta:

Equação de Clapeyron

Sendo n = m/M, onde m é a massa do gás e M a massa molar, podemos escrever:


Valores de R

Os valores de R dependem do sistema de unidades utilizado. Temos:

R = 0,082 (atm.L)/(mol.K)
R 62,36 (mmHg.L)/(mol.K)
R 8,31 J/mol.K
R 2,0 cal/mol.K

Equação geral dos gases perfeitos

De p.V/T = R.n, observamos que para um dado número de mols n, ou seja, para uma dada massa m de um gás perfeito, o produto R.n é constante e portanto: p.V/T = constante. Concluímos, então, que se uma dada massa de gás perfeito passa do estado p1. V1, T1 para o estado p2, V2, T2, podemos escrever:


Particularizando para as transformações já estudadas, temos:

a) Transformação isobárica: p1 = p2  =>  V1/T1 = V2/T2
b) Transformação isocórica: V1 = V2  =>  p1/T1 = p2/T2
c) Transformação isotérmica: T1 = T2  =>  p1.V1 = p2.V2

Exercícios básicos

Exercício 1:
Dez mols de um gás perfeito exercem a pressão de 1,0 atm, à temperatura de 0 ºC. Qual é o volume do recipiente que contém o gás?
É dada a constante universal dos gases perfeitos:
R = 0,082 (atm.L)/(mol.K)

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Exercício 2:
Um recipiente contém 6,0 mols de um gás perfeito, sob pressão de 4,0 atm e à temperatura ambiente. A pressão externa é constante e igual a 1,0 atm. Um furo é feito no recipiente e parte do gás escapa até que seja atingido o equilíbrio. Qual é o número de mols do gás que permanece no recipiente?

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Exercício 3:
Certa massa de gás perfeito ocupa um volume de 5,0 L, sob pressão de 2,0 atm e à temperatura de 300 K. O gás sofre uma determinada transformação ocorrendo mudanças em suas três variáveis de estado. Três estados finais são propostos:

I) 3,0 L; 5,0 atm; 500 K
II) 8.0 L; 2,5 atm; 600 K
III) 6,0 L; 4,0 atm; 450 K

Qual destes estados é possível?

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Exercício 4:
A pressão de uma determinada massa de gás perfeito, contida num cilindro provido de êmbolo, triplica e seu volume se reduz à metade. Sejam T1 e T2 as temperaturas inicial e final do gás, medidas em kelvin. Determine a relação T2/T1.

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Exercício 5:
Determinada massa de um gás perfeito sofre a transformação AB indicada no diagrama. Determine a temperatura T2.

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Resolução:  clique aqui 

segunda-feira, 24 de maio de 2021

Mecânica - Aula 14


14ª aula
Cinemática vetorial (II)

Borges e Nicolau

Aceleração vetorial média (am)

Seja v1 a velocidade de um móvel num instante t1 e v2 sua velocidade num instante posterior t2.

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A aceleração vetorial média am é o quociente entre a variação da velocidade 
Δv = v2 - v1 e o correspondente intervalo de tempo Δt = t2 - t1.


am tem a direção e o sentido de Δv.

Aceleração vetorial instantânea (a)

Aceleração centrípeta (acp)
É a aceleração que indica a variação na direção da velocidade vetorial. Existe aceleração centrípeta sempre que o móvel percorre trajetória curva.

Características de acp:

Módulo: IacpI = v2/R, em que v é a velocidade escalar e R, o raio da curva descrita.
Direção: perpendicular à velocidade vetorial em cada ponto.
Sentido: orientado para o centro (C) de curvatura da trajetória.

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Aceleração tangencial (at)
É a aceleração que indica variação no módulo da velocidade vetorial. Existe aceleração tangencial nos movimentos variados.

Características de at:

Módulo: IatI = IαI, em que α é a aceleração escalar.
Direção: tangente à trajetória.
Sentido: o mesmo de v se o movimento for acelerado, oposto ao de v se o movimento for retardado.

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Aceleração vetorial (a)
É a soma vetorial da aceleração centrípeta (acp) e da aceleração tangencial (at):

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Exercícios básicos
x
Lembrete:
Notação vetorial em negrito
x
Exercício 1:
Um ciclista realiza um movimento circular e uniforme com velocidade escalar 
v = 10 m/s. No instante t1 = 10 s ele passa pela posição A e no instante 
t2 = 30 s pela posição B, movimentando-se no sentido horário.

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a) Represente as velocidade vetoriais v1 e v2 nos instantes em que o ciclista passa por A e B, respectivamente.
b) Represente o vetor Δv = v2 - v1.
c) Calcule o módulo de Δv.
d) Calcule o módulo da aceleração vetorial média am no intervalo de tempo 
de t1 a t2.

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Exercício 2:
Retome o exercício anterior e represente a aceleração vetorial no instante em que o ciclista passa pela posição C e calcule o módulo desta aceleração. Sabe-se que o raio da trajetória é de 100 m.

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Exercício 3:
Um carro parte do repouso e realiza um movimento circular e uniformemente variado de raio 100 m, com aceleração escalar α = 2 m/s2.
a) Calcule os módulos da aceleração centrípeta, da aceleração tangencial e da aceleração total, 5 s após a partida. Sabe-se que neste instante o carro está passando pela posição P.
b) Represente os vetores velocidade, aceleração centrípeta, aceleração tangencial e aceleração total, no instante em que o carro passa por P.

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Exercício 4:
Uma moto desenvolve um movimento circular e num determinado instante passa pela posição P. Neste instante representamos sua velocidade vetorial v, a aceleração resultante a e suas componentes centrípeta acp e tangencial at.
Responda:
a) O movimento da moto, no instante em que passa por P, é acelerado ou retardado?
b) Sendo o módulo da aceleração resultante na posição P igual a 6 m/s2, calcule os módulos das acelerações tangencial e centrípeta.
c) No instante indicado v = 10 m/s, qual é o raio da trajetória?
Dados: sen 30º = 0,5 e cos 30º = 3/2

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x
Exercício 5:
Complete a tabela escrevendo uma das opções: nula ou não nula.

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sábado, 22 de maio de 2021

Eletricidade - Aula 13 (continuação)

Exercícios de revisão

Revisão/Ex 1:
(UEL-PR)
Considere uma esfera metálica eletrizada positivamente, no vácuo e distante de outros corpos. Nessas condições:

a) o campo elétrico é nulo no interior da esfera.
b) as cargas estão localizadas no centro da esfera.
c) o campo elétrico aumenta à medida que se afasta da esfera.
d) o potencial elétrico é nulo no interior da esfera.
e) o potencial elétrico aumenta à medida que se afasta da esfera.


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Revisão/Ex 2:
(UEM-PR)
Uma esfera metálica de raio R, isolada, está carregada com uma carga elétrica Q. Seja r a distância do centro da esfera a qualquer ponto dentro (r < R) ou fora (r > R) da esfera. Nessas condições, assinale o que for correto:

(01) A carga elétrica se distribui uniformemente em toda a massa da esfera.
(02) O campo elétrico e o potencial elétrico são constantes no interior da esfera.
(04) Para r > R, o campo elétrico é inversamente proporcional ao quadrado da distância e tem direção perpendicular à superfície da esfera.
(08) As equipotenciais associadas ao campo elétrico da esfera, para r > R, são superfícies esféricas concêntricas com a esfera e igualmente espaçadas.
(16) O potencial elétrico é uma grandeza escalar, enquanto o campo elétrico é uma grandeza vetorial.

Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas corretas.


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Revisão/Ex 3:
(Uesb-BA)
Considere um condutor esférico maciço eletrizado e os pontos 1, 2, 3 e 4, indicados no esquema a seguir. Dois desses pontos, em que o potencial eletrostático gerado pelo condutor assume o mesmo valor, são:



a) 1 e 2.
b) 1 e 3.
c) 2 e 3.
d) 2 e 4.
e) 3 e 4.


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Revisão/Ex 4:
(UEL-PR)
Um condutor esférico, de 20 cm de diâmetro, está uniformemente eletrizado com carga de 4,0
μC e em equilíbrio eletrostático. Em relação a um referencial no infinito, o potencial elétrico de um ponto P que está a 8,0 cm do centro do condutor vale, em volts:
Dado: constante eletrostática do meio =
9.109 N.m2/C2.
  
a) 3,6.1
05.
b) 9,0.1
04.
c) 4,5.1
04.
d) 3,6.1
04.
e) 4,5.1
03.

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Revisão/Ex 5:
(UFSC)
Assinale a(s) proposição(ões) correta(s):

(01) O campo elétrico, no interior de um condutor eletrizado em equilíbrio eletrostático, é nulo.
(02) O campo elétrico, no interior de um condutor eletrizado, é sempre diferente de zero, fazendo com que o excesso de carga se localize na superfície do condutor.
(04) Uma pessoa dentro de um carro está protegida de raios e descargas elétricas, porque uma estrutura metálica blinda o seu interior contra efeitos elétricos externos.
(08) Numa região pontiaguda de um condutor, há uma concentração de cargas elétricas maior do que numa região plana, por isso a intensidade do campo elétrico próximo às pontas do condutor é muito maior do que nas proximidades de regiões mais planas.
(16) Como a rigidez dielétrica do ar é 3.1
06 N/C, a carga máxima que podemos transferir a uma esfera de 30 cm de raio é 10 microcoulombs.
(32) Devido ao poder das pontas, a carga que podemos transferir a um corpo condutor pontiagudo é menor que a carga que podemos transferir para uma esfera condutora que tenha o mesmo volume.
(64) O potencial elétrico, no interior de um condutor carregado, é nulo.

Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas corretas.


Resolução: clique aqui
n
Desafio:

O potencial elétrico de uma esfera condutora, de raio R e eletrizada com carga elétrica Q, varia com a distância ao seu centro, segundo o gráfico abaixo. É dada a constante eletrostática do meio K
0 = 9.109 N.m2/C2.


Determine:


a) o raio R
b) a carga elétrica Q
c) a que distância do centro da esfera o potencial elétrico é igual a 60 V?
d) a intensidade do vetor campo elétrico num ponto externo à esfera e 

situado a 2,0 cm da superfície.

A resolução será publicada na próximo sábado.

Resolução do desafio anterior:
 
O torniquete elétrico

É um aparelho constituído de braços metálicos terminados em pontas recurvadas, como indica a figura abaixo e que pode girar em torno de seu eixo.



Explique por que o aparelho gira ao ser eletrizado, ligando-o, por exemplo, a um gerador eletrostático de Van de Graaf? Qual é o sentido de rotação, em relação ao observador O?


O intenso campo elétrico que se estabelece nas vizinhanças das pontas, provoca a ionização do ar. Os íons de mesmo sinal que a ponta são repelidos por ela. Assim, cada ponta repele o ar ao seu redor. Pelo Princípio da Ação e Reação o ar repele a ponta e o torniquete gira em sentido oposto ao indicado pelas pontas, isto é, no caso ilustrado na figura em sentido anti-horário, em relação ao observador O.