Física Animada

Desafio de Mestre (Especial)

Olá pessoal. Hoje estamos desafiando vocês pela segunda vez neste mês de agosto. Sempre convém lembrar que o primeiro que enviar a resolução correta será premiado com um linda camiseta. Avante!

Transformação cíclica

Dois mols de um gás ideal monoatômico sofrem uma transformação cíclica ABCDA, representada no diagrama p (pressão) em função da temperatura absoluta T. Qual é a quantidade de calor trocada no ciclo em questão?

Dados: Temperaturas absolutas do gás nos estados A, B, C e D são, respectivamente, T_A = 300 K, T_B = 700 K, T_C = 1800 K e T_D = 1000 K.

Constante universal dos gases perfeitos: R = 8,3 J/(mol.K)

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24ª aula
Lei de Pouillet.
Associação de geradores.
x
Borges e Nicolau
x
Considere o circuito constituído de um gerador ligado aos terminais de um resistor. Este circuito é percorrido por uma corrente somente e é denominado circuito simples.

A tensão elétrica entre os polos do  gerador (U = E – r.i) é igual à tensão elétrica no resistor (U = R.i). Portanto, podemos escrever:

E - r.i = R.i

E = (r + R).i

i = E/(r + R)

Esta fórmula que permite calcular a intensidade da corrente elétrica num circuito simples recebe o nome de Lei de Pouillet, em homenagem ao físico francês Claude Pouillet.
Se o gerador estiver ligado a uma associação de resistores, determina-se a resistência equivalente R_eq e, a seguir, aplica-se a Lei de Pouillet:

i = E/(r+R_eq)

x
Se tivermos uma associação de geradores, determinamos a fem equivalente e, a seguir, aplicamos a lei de Pouillet. Exemplos:

1º)

i = 3E/(3r+R)

2º)
x

 i = E/[(r/3)+R]

x
Animação
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Exercícios básicos

Exercício 1:
Considere o circuito abaixo. Determine as leituras do amperímetro e do voltímetro, considerados ideais.

Resolução: clique aqui

Exercício 2:
Determine a intensidade da corrente que atravessa o circuito simples esquematizado abaixo. Ao lado do circuito são representadas as curvas características do gerador e do resistor.

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Exercício 3:
Para o circuito esquematizado, determine as intensidades das correntes i, i₁ e i₂.

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Exercício 4: 
Determine a leitura do amperímetro ideal inserido no circuito, conforme indicado a seguir. 

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Exercício 5: 
Determine a leitura do amperímetro ideal inserido no circuito abaixo.

  
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Exercícios de revisão

Revisão/Ex 1:
(UEG-GO)
No circuito desenhado ao lado, têm-se duas pilhas de resistências internas r fornecendo corrente para três resistores idênticos R. Ao circuito estão ligados ainda um voltímetro V e um amperímetro A de resistências internas, respectivamente, muito alta e muito baixa.

O esquema que melhor representa o circuito descrito é:

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Revisão/Ex 2:
(UFPE)
No circuito da figura, a corrente através do amperímetro é igual a 3,5 A, quando a chave S está aberta. Desprezando as resistências internas do amperímetro e da bateria, calcule a corrente no amperímetro, em ampères, quando a chave estiver fechada.

A) 4,0
B) 6,0
C) 7,5
D) 8,0
E) 3,5

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Revisão/Ex 3:
(UESPI)
O circuito indicado na figura é composto por uma bateria ideal de força eletromotriz ε e cinco resistores ôhmicos idênticos, cada um deles de resistência elétrica R. Em tal situação, qual é a intensidade da corrente elétrica que atravessa a bateria ideal?

A) 3ε/(7R)
B) ε/(5R)
C) 3ε/(4R)
D) 4ε/(5R)
E) ε/R

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Revisão/Ex 4:
(UFPI)
Considere o circuito elétrico abaixo em que a chave S pode ser ligada em a ou b. As resistências dos resistores são: R₁ = 5,0 Ω e R₂ = 2,0 Ω. Com a chave S ligada na posição a, a corrente que percorre a parte esquerda do circuito é igual a 2,0 A; e com a chave S ligada na posição b, a corrente que percorre a parte direita do circuito é igual a 4,0 A. Utilizando esses dados, podemos afirmar que os valores da resistência interna e da força eletromotriz da bateria são, respectivamente:

A) 1,0 Ω e 12 V
B) 2,0 Ω e 24 V
C) 1,5 Ω e 6 V
D) 1,0 Ω e 6 V
E) 2,0 Ω e 12 V

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Revisão/Ex 5:
(UFAP)
No circuito elétrico, mostrado na figura a seguir, um eletricista lê em seu amperímetro, considerado ideal, uma corrente elétrica de intensidade 8 A, quando a chave ch está aberta. Quando a chave está fechada, o eletricista lê no amperímetro o valor de 9 A. Nestas condições, obtenha o(s) valor(es) numérico(s) associado(s) à(s) proposição(ões) VERDADEIRA(S).

(01) A resistência elétrica do resistor R₁ é 4 Ω.
(02) A diferença de potencial entre os pontos M e N é 32 V, com a chave aberta.
(04) A resistência elétrica do resistor R₂ é 4 Ω.
(08) A potência elétrica dissipada no resistor R₂ é 36 W, com a chave aberta.

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b
Desafio: 

Determine a leitura do amperímetro considerado ideal.
São dados: E = 14 V e R = 8,0 Ω

A resolução será publicada na próxima quarta-feira.

Resolução do desafio anterior: 

São dadas as curvas características de um gerador e de um resistor ligado ao gerador. Os fios de ligação têm resistência elétrica desprezível.

Determine:

a) a resistência elétrica do resistor;
b) a força eletromotriz E do gerador;
c) a resistência interna r do gerador. 

Resolução:
 

a) 
U = R.i => 12 = R.2,0 => R = 6,0 Ω

b) e c) 
U = E - r.i => 12 = E - r.2,0 (1)
icc = E/r => 5,0 = E/r => E = 5,0.r (2)

(2) em (1):

12 = 5,0.r - r.2,0
12 = 3,0.r => r = 4,0 Ω

De (2): E = 5,0.4,0 => E = 20 V

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24ª aula
Imagem de um objeto extenso. Associação de espelhos planos.

Borges e Nicolau

Imagem de um objeto extenso

Considere um objeto extenso colocado em frente de um espelho plano. Para obtermos a imagem deste objeto basta aplicar a propriedade de simetria para cada um de seus pontos.

Observe que a imagem tem as mesmas dimensões do objeto e é direita em relação ao objeto.

O espelho plano não inverte a imagem mas troca o lado direito do objeto pelo lado esquerdo e vice-versa.

Associação de espelhos planos

Considere dois espelhos planos dispostos de modo que suas superfícies refletoras formem um certo ângulo α. Quando 360º/α for inteiro, o número N de imagens é dado por:

N = (360º/α) - 1

Se 360º/α for par a fórmula anterior vale qualquer que seja a posição do objeto.
Se 360º/α for ímpar a fórmula vale para o objeto no plano bissetor de α.

Foto 1

Na foto 1 temos α = 90º e observamos 3 imagens.
Conferindo N = (360º/90º) - 1 => N = 4 - 1 => N = 3 imagens

Foto 2

Na foto 2, α = 60º e observamos 5 imagens.
Conferindo N = (360º/60º) - 1 => N = 6 - 1 => N = 5 imagens

Exercícios básicos

Exercício 1:
Obtenha a imagem do objeto ABCD formada pelo espelho plano E.

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Exercício 2:
Uma pessoa de altura H está diante de um espelho plano vertical. A representa a cabeça, B seus pés e O os seus olhos.
a) Trace os raios de luz que partem de A e B, sofrem reflexão no espelho e chegam aos olhos O da pessoa.
b) Prove que o tamanho mínimo do espelho para que a pessoa possa se ver de corpo inteiro não depende de sua distância ao espelho e é igual a H/2.

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Exercício 3:
Olhando pelo espelho retrovisor plano de seu automóvel um motorista lê, no pára-choque do caminhão que está atrás, a frase NÃO CORRA. Como esta frase foi escrita no para-choque?

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Exercício 4:
Dois espelhos planos formam entre si um ângulo de 30º. Um pequeno objeto é colocado entre os espelhos. O número de imagens que se forma é igual a:
a) 9  b) 10  c) 11  d) 12  e) 13

Resolução: clique aqui

Exercício 5:
Um fotógrafo coloca três velas entre dois espelhos planos e consegue obter uma foto onde aparecem no máximo 24 velas. Um valor possível do ângulo entre os espelhos é de:
a) 90º  b) 60º  c) 45º  d) 30º  e) 20º

Resolução: clique aqui 

Exercícios de revisão

Revisão/Ex 1:
(PUC-MG)
Uma pessoa deseja usar um espelho plano vertical, a partir do chão, para ver-se de corpo inteiro, desde a cabeça até os pés. A altura do espelho:

a) deve ser pelo menos igual à altura da pessoa.
b) deve ser pelo menos igual à metade da altura da pessoa.
c) depende da distância da pessoa ao espelho.
d) depende da altura da pessoa e da sua distância ao espelho.

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Revisão/Ex 2:
(UFPE)
Um homem de 1,70 m de altura tem seus olhos 10 cm abaixo do topo da cabeça. Qual deve ser a máxima distância d, em cm, da borda inferior de um espelho plano, em relação ao chão, para que o homem veja a imagem de seu sapato?

a) 10     b) 40     c) 80     d) 160     e) 170

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Revisão/Ex 3:
(Vunesp-SP)
Um estudante veste uma camiseta em cujo peito se lê a inscrição seguinte:

UNESP

a) Reescreva essa inscrição, na forma que sua imagem aparece para o estudante, quando ele se encontra frente a um espelho plano.
b) Suponha que a inscrição esteja a 70 cm do espelho e que cada letra da camiseta tenha 10 cm de altura. Qual a distância entre a inscrição e sua imagem? Qual a altura de cada letra da imagem?

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Revisão/Ex 4:
(UFPA)
Um ponto luminoso é colocado entre dois espelhos planos que formam entre si um ângulo de 45°. O número de imagens desse ponto luminoso é igual a:

a) 8    b) 7    c) 10    d) 11     e) 12

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Revisão/Ex 5:
(UFRJ)
Uma criança segura uma bandeira do Brasil como ilustrado na figura 1. A criança está diante de dois espelhos planos verticais A e B que fazem entre si um ângulo de 60°. A figura 2 indica seis posições, 1, 2, 3, 4, 5 e 6, relativas aos espelhos. A criança se encontra na posição 1 e pode ver suas imagens nas posições 2, 3, 4, 5 e 6.
Em qual das cinco imagens a criança pode ver os dizeres ORDEM E PROGRESSO? Justifique a sua resposta.

Resolução: clique aqui
h
Desafio:
 
O nome de um aluno é JOSÉ WALFRIDO DIAZ GONÇALVES. Como ele deve escrever seu nome, numa folha de papel, para que colocando-se o papel em frente de um espelho plano, seu nome apareça normalmente? 
 
A resolução será publicada na próxima terça-feira

Resolução do desafio anterior:

Um observador O situa-se diante de um espelho plano E. 

No instante t = 0 um móvel P está na posição indicada na figura. Sua velocidade vetorial v é constante de módulo 4,0 cm/s, direção horizontal e sentido da esquerda para a direita.

a) O observador O vê a imagem de P no instante t = 0?
b) Em caso positivo, depois de quanto tempo, após partir no instante t = 0, o observador O deixa de ver a imagem de P? 
Em caso negativo, depois de quanto tempo, após partir no instante t = 0, o observador O passa a ver a imagem de P? 

Resolução:

Note que no instante t = 0 o móvel P não está no campo visual.

a) O observador NÃO vê a imagem de P.

b) Após atingir o ponto A, o observador O passa a ver a imagem de P. 
Isso ocorre até P atingir o ponto B e sair do campo visual.

De v = Δs/Δt => v = PA/Δt, vem: 4,0cm/s = 20cm/Δt => Δt = 5,0 s

Após 5,0 s o observador O passar a ver a imagem de P.

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À esquerda: Elevador subindo acelerado ou descendo retardado
No centro: Elevador em repouso ou em movimento uniforme
À direita: Elevador subindo retardado ou descendo acelerado

24ª aula
Aplicando as Leis de Newton (II)

Borges e Nicolau

Leis de Newton

Primeira lei

Um ponto material isolado ou está em repouso ou realiza movimento retilíneo uniforme.

Segunda lei

A resultante das forças aplicadas a um ponto material é igual ao produto de sua massa pela aceleração adquirida:

F_R = m.a

Terceira lei

Quando um corpo 1 exerce uma força F12 sobre um corpo 2, este exerce no primeiro outra força F21 de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto.

Exercícios básicos

Exercício 1:
O dispositivo representado na figura, conhecido como máquina de Atwood, é constituído por dois blocos, A e B, de massas m e M, ligados por um fio ideal que passa por uma polia também ideal.

Considere  M = 3,0 kg, m = 2,0 kg e g = 10 m/s².

a) Represente as forças que agem em A e B
b) Aplique a segunda lei de Newton aos blocos e calcule a intensidade da aceleração de A e B e a intensidade da força de tração no fio que envolve a polia
c) A intensidade da força de tração no fio OC

Resolução: clique aqui

Exercício 2: 

Uma caixa escorrega num plano inclinado perfeitamente liso. Seja α o ângulo que o plano inclinado forma com a horizontal (figura a). Na caixa agem as forças: seu peso de intensidade P e a força normal de intensidade F_N (figura b). Na figura c a força peso foi decomposta nas componentes P_n perpendicular ao plano inclinado e P_t tangente ao plano.

 Clique para ampliar

Prove que:

a) P_n = P.cosα e P_t = P.senα
b) A caixa escorrega com aceleração de intensidade a = g.senα

Resolução: clique aqui

Exercício 3: 

Considere dois blocos A e B de massas m = 2.0 kg e M = 3,0 kg, respectivamente. O bloco A está apoiado numa plano inclinado perfeitamente liso e é ligado, por um fio ideal, ao bloco B que se move verticalmente. Considere g = 10 m/s². Determine a intensidade da aceleração dos blocos e a intensidade da força de tração no fio.

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Exercício 4: 

Uma esfera de massa m = 1,0 kg é suspensa por um fio ideal ao teto de um elevador, conforme mostra a figura a. Na figura b representamos as forças que agem na esfera: seu peso de intensidade P e a força de tração de intensidade T. 

Sendo g = 10 m/s², determine T nos casos:

a) O elevador está parado.
b) O elevador sobe em movimento uniforme.
c) O elevador sobe acelerado com aceleração a = 2,0 m/s²
d) O elevador desce acelerado com aceleração a = 2,0 m/s²
e) O elevador desce em queda livre (a = g).

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Exercício 5:
No interior de um elevador coloca-se uma balança graduada em newtons. Uma pessoa de massa 60 kg está sobre a balança (figura a). As forças que agem na pessoa são: seu peso de intensidade P e a força normal de intensidade FN (figura b). A reação da força normal que age na pessoa está aplicada na balança (figura c).
A balança marca F_N.

Sendo g = 10 m/s², determine a indicação da balança  nos casos:

a) O elevador está parado.
b) O elevador sobe em movimento uniforme.
c) O elevador sobe acelerado com aceleração a = 2,0 m/s²
d) O elevador desce acelerado com aceleração a = 2,0 m/s²
e) O elevador desce em queda livre (a = g).

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Exercícios de revisão

Revisão/Ex 1:
(UFLA-MG)
Na figura abaixo, pode-se observar um corpo A de massa  m_A e um corpo B de massa m_B, ligados por um fio ideal (sem massa, inextensível), que passa por uma roldana isenta de atrito.

Considerando o sistema em equilíbrio estático, em que a massa m_B = 3m_A, pode-se afirmar que a força normal que o solo exerce sobre o corpo B é

(A) zero
(B) 3/2m_B.g
(C) 3m_A.g
(D) 2/3m_B.g

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Revisão/Ex 2:
(CEFET-MG)
Dois blocos A e B, de massas m = 2,0 kg e M = 3,0 kg estão acoplados através de uma corda inextensível e de peso desprezível que passa por uma polia conforme figura.

Esses blocos foram abandonados, e, após mover-se por 1,0 m, o bloco B encontrava-se a 3,0 m do solo quando se soltou da corda. Desprezando-se a massa da polia e quaisquer formas de atrito, o tempo necessário, em segundos, para que B chegue ao chão é igual a

a) 0,2. 
b) 0,4. 
c) 0,6. 
d) 0,8.

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Revisão/Ex 3:
(PUC-MG )
Um bloco de 5 kg e um bloco de 10 kg deslizam por um plano inclinado sem atrito. Pode-se afirmar que:
 
a) ambos têm a mesma aceleração.  
b) o bloco de 5 kg tem o dobro da aceleração do bloco de 10 kg.  
c) o bloco de 10 kg tem o dobro da aceleração do bloco de 5 kg.  
d) a aceleração dos blocos depende da força normal do plano sobre eles.

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Revisão/Ex 4:
(UFPE)
Um objeto de massa igual a 2 kg tem seu peso medido com um dinamômetro suspenso no teto de um elevador, conforme a figura.

Qual a aceleração do elevador, em m/s², quando o dinamômetro marca 16 N?
g = 10 m/s²

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Revisão/Ex 5:
(Espcex)
Um elevador possui massa de 1500 kg. Considerando a aceleração da gravidade igual a 10 m/s² a tração no cabo do elevador, quando ele sobe vazio, com uma aceleração de 3 m/s² é de:

a) 4500 N 
b) 6000 N 
c) 15500 N 
d) 17000 N 
e) 19500 N

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b
Desafio:

Na máquina de Atwood esquematizada, o bloco A tem massa 2,0 kg.

Quando o sistema é abandonado do repouso, o bloco B desce 1,0 m em 1,0 s, sem colidir com o solo. Considerando os fios e a polia ideais e adotando g = 10 m/s², determine:

a) a massa do bloco B;
b) a intensidade da força de tração no fio que sustenta a polia.
 
A resolução será publicada na próxima segunda-feira.

Resolução do desafio anterior: 

As massa dos blocos A e B são respectivamente 3,0 kg e 2,0 kg.
A força F₁ tem intensidade 20 N.

Determine:

a) A intensidade da força F₂.
b) O módulo da aceleração a dos blocos.

Sabe-se que o bloco A exerce no bloco B uma força de intensidade 26 N.

Resolução:

PFD (A)
Forças que agem no bloco A:
f - F₁ = m_A.a 
26 - 20 = 3,0.a => a = 2,0 m/s²

PFD (B)
Forças que agem no bloco B:
F₂ - f = m_B.a 
F₂ - 26 = 2,0.2,0 => F₂ = 30 N