Eletrostática, Eletrodinâmica, Cinemática e Ondulatória
Exercício 1:
(IJSO)
Denomina-se “série triboelétrica” uma sequência ordenada de substâncias de modo que cada substância ao ser atritada com qualquer outra que a sucede adquire carga elétrica positiva e quando atritada com qualquer outra que a antecede, adquire carga elétrica negativa.
Exemplo de uma série triboelétrica com algumas substâncias:
... vidro, mica, lã, pele de coelho, seda, algodão, ebonite, cobre, enxofre...
Atrita-se uma barra de vidro com um pano de lã, inicialmente neutros. Depois, coloca-se o pano de lã em contato com uma bolinha de isopor, também neutra, suspensa por um fio isolante. A seguir, aproxima-se a bolinha de isopor de outra bolinha idêntica, eletrizada e também suspensa por um fio isolante. Observa-se que entre as esferas ocorre repulsão.
Pode-se afirmar que:
a) a barra de vidro adquire, depois do atrito, carga elétrica negativa;
b) o pano de lã se eletriza positivamente;
c) a segunda esfera de isopor está eletrizada negativamente;
d) a segunda esfera de isopor está eletrizada positivamente;
e) entre a segunda esfera de isopor e o pano de lã, depois de ser atritado com a barra de vidro, observa-se atração.
Resolução:
Consultando a série triboelétrica, concluímos que ao atritar a barra de vidro com o pano de lã, este se eletriza negativamente. Por contato a primeira esfera de isopor se eletriza negativamente, isto é, com carga elétrica de mesmo sinal que o pano de lã. Como as esferas se repelem concluímos que elas são eletrizadas com carga elétrica de mesmo sinal. Logo, a segunda esfera está negativamente eletrizada.
Exercício 2:
A chave seletora de um chuveiro elétrico apresenta três posições: quente (inverno), morna (verão) e desliga (água fria). Estando o chuveiro em funcionamento, passe a chave seletora da posição “morna” para a posição “quente”. A resistência elétrica R do chuveiro aumenta, diminui ou não se modifica? Nestas condições, a intensidade da corrente elétrica i que atravessa o chuveiro aumenta, diminui ou não se modifica?
a) R aumenta e i diminui;
b) R aumenta e i aumenta;
c) R diminui e i aumenta;
d) R diminui e i diminui;
e) R e i não se modificam.
Resolução:
A potência elétrica P dissipada pelo resistor do chuveiro é dada por P = U2/R, onde U é a tensão aplicada ao chuveiro (constante ) e R sua resistência elétrica. Ao passar a chave da posição “morna” para a posição “quente” a potência dissipada aumenta e como U é constante, concluímos que R diminui.
De U = R.i, sendo U constante, como R diminui resulta que i aumenta.
Resposta: c
Exercício 3:
A tabela indica a quantidade de aparelhos elétricos utilizados numa residência, a potência de cada aparelho e o intervalo de tempo de utilização diária:
A residência possui também um refrigerador que consome 51,2 kWh/mês.
O proprietário da residência pretende instalar um sistema de aquecimento solar para suprir a energia elétrica fornecida pela Companhia de Eletricidade. O custo da instalação deste sistema foi orçado em R$ 12000,00. Sabendo-se que a energia elétrica fornecida pela companhia é de R$ 0,50 por kWh consumido e considerando o mês de 30 dias, pode-se afirmar que o investimento poderá ser recuperado em aproximadamente:
a) 15 meses
b) 24 meses
c) 30 meses
d) 35 meses
e) 40 meses
Resolução:
Lâmpadas: 10.(60/1000)kW.8.30h = 144 kWh
Chuveiro: 2.(5000/1000)kW.1.30h = 300 kWh
Torneira: (4000/1000)kW.1.30h = 120 kWh
Televisor: (200/1000)kW.6.30h = 36 kWh
Ferro: (500/1000)kW.0,5.30h = 7,5 kWh
Rádio: (50/1000)kW.1.30h = 1,5 kWh
Aparelho de som: (100/1000)kW.0,5.30h = 1,5 kWh
Purificador de água: (60/1000)kW.1.30h = 1,8 kWh
Micro Ondas: (550/1000)kW.1.30h = 16,5 kWh
Refrigerador: 51,2 kWh
Energia elétrica total consumida num mês: 680 kWh
Custo mensal da energia elétrica consumida: 680kWh.R$0,50 = R$ 340,00
O investimento poderá ser recuperado em: R$12000,00/R$340,00 = 35,29 meses, o que é aproximadamente igual a 35 meses.
Resposta: d
Exercício 4:
O professor de Cinemática, visando preparar os alunos para a prova discursiva bimestral, passa uma série de exercícios sobre velocidade escalar média e pede para que três alunos, que chamaremos de aluno 1, aluno 2 e aluno 3, resolvam para os colegas de sala, na aula que antecede a prova, respectivamente os exercícios A, B e C:
A) Um carro parte às 8 h de São Paulo e depois de percorrer 400 km chega às 13 h, no Rio de janeiro. Qual é a velocidade escalar média desenvolvida pelo carro na viagem toda?
B) Um carro parte as 8h de São Paulo e depois de percorrer 200 km, para às 10h30min numa lanchonete partindo da mesma às 11 h. Chega exatamente ao Rio de janeiro às 13 h. Qual é a velocidade escalar média desenvolvida pelo carro na viagem toda?
C) Um carro parte às 8h de São Paulo e depois de percorrer 200km, para às 10h30min numa lanchonete partindo da mesma às 11 h. Para chegar ao Rio de janeiro, percorre os 200km restantes com velocidade escalar média de 50km/h. Qual é a velocidade escalar média desenvolvida pelo carro na viagem toda?
Na aula que antecedia a prova os três alunos afirmaram que a velocidade escalar média no percurso de São Paulo ao Rio de Janeiro independia de ter parado ou não e era igual a 80 km/h.
Podemos afirmar:
a) os três alunos estão corretos.
b) somente o aluno 1 está correto
c) somente os alunos 1 e 2 estão corretos
d) somente os alunos 1 e 3 estão corretos
e) os três alunos estão incorretos.
Resolução:
Exercício A)
Para o cálculo da velocidade escalar média dividimos a variação de espaço pelo intervalo de tempo entre a partida e a chegada. A variação de espaço coincide com a distância percorrida, quando não há inversão no sentido do movimento e adotamos a origem dos espaços em São Paulo e orientamos a trajetória de São Paulo ao Rio de Janeiro.
Δs = d = 400 km; Δt = 13h-8h = 5h
vm = Δs/Δt = 400km/5h = 80 km/h
Exercício B)
Neste caso, a variação de espaço é de 400 km e os instantes de partida e chegada não mudam, não importando se o carro parou ou não e nem dependo do tempo que ficou parado. Temos, portanto:
vm = Δs/Δt = 400km/5h = 80 km/h
Exercício C)
Neste exercício devemos calcular o instante que o carro chega ao Rio de Janeiro.
Das 8h às 10h30min decorrem 2h30min, o carro ficou parado 30min e os 200 km restantes foram feitos no tempo: 200km/50km/h = 4h. Assim, desde a saída de São Paulo a viagem demorou: 2h30min + 30mim + 4h = 7h.
Como o carro saiu às 8h da manha de São Paulo, chegou ao Rio de Janeiro às 15h. Veja que é diferente dos exercícios anteriores onde o carro chegou ao Rio às 13h, parando ou não. Temos:
vm = Δs/Δt = 400km/7h ≅ 57 km/h
Resposta: c
Exercício 5:
Um observador em repouso no solo lança verticalmente para cima, uma pequena fonte sonora. Ao atingir o ponto mais alto o observador recebe um som de frequência 570 Hz. Despreze os atritos, considere a velocidade de propagação do som no ar 340xm/s e g = 10 m/s2. As frequências percebidas pelo observador 4,0 s após o início da descida e 4,0 s antes de atingir a altura máxima são, respectivamente, iguais a:
a) 646 Hz e 510 Hz
b) 570 Hz e 570 Hz
c) 570 Hz e 510 Hz
d) 636 Hz e 570 Hz
e) 20 Hz e 20 kHz
Como no ponto mais alto da trajetória a velocidade é nula, a frequência real f emitida pela fonte é 570 Hz.
Calculo da frequência aparente f0
Sejam os v, vF e v0 os módulos das velocidades da onda (som), da fonte e do observador, respectivamente. Temos a fórmula do efeito Doppler:
f/(v±vF) = f0/(v±v0)
o sinal que precede vF ou v0 é definido em relação a um eixo orientado do observador para a fonte.
No caso em estudo, v0 = 0 (observador em repouso) e teremos –vF na descida da fonte (figura 1) e +vF, na subida (figura 2).
Sendo vF = g.t, vem vF = 10.4,0 => vF = 40 m/s
Frequência percebida pelo observador 4,0 s após o início da descida:
f/(v-vF) = f0/v => 570/(340-40) = f0/340 => f0 = 646 Hz
Frequência percebida pelo observador 4,0 s antes de atingir altura máxima:
f/(v+vF) = f0/v => 570/(340+40) = f0/340 => f0 = 510 Hz
Resposta: a
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