9ª aula
Trabalho da força elétrica. Potencial Elétrico (II)
Borges e Nicolau
Energia potencial elétrica
Vamos inicialmente fazer algumas analogias. Quando você ergue um livro para colocá-lo numa estante, a energia que você despende não é perdida. Ela fica armazenada no livro e, como advém de uma posição dentro do campo gravitacional, recebe o nome de energia potencial gravitacional (Ep).
Em relação a um referencial no solo a energia potencial gravitacional é dada
por: Ep = m.g.h, sendo m a massa do livro, g a aceleração da gravidade e h a altura do livro em relação ao solo.
Da mesma maneira, quando você comprime ou distende uma mola, diminuindo ou aumentando seu comprimento, ela armazena energia potencial elástica (Ep), dada por Ep = K.x2/2, onde K é a constante elástica e x a deformação da mola. O referencial para o cálculo da energia potencial Ep é a mola não deformada.
Considere, agora, o campo elétrico gerado por uma carga elétrica puntiforme Q, por exemplo positiva, fixa num ponto O. Seja P um ponto do campo. Um operador desloca uma carga elétrica puntiforme q, também positiva de um ponto bem afastado de O até o ponto P.
A energia despendida pelo operador (veja que Q > 0 repele q > 0) não é perdida. Fica armazenada na carga q e recebe o nome de energia potencial elétrica. A energia potencial elétrica Ep que q adquire ao ser colocada em P, situado a uma distância d de O, em relação a um referencial muito distante da carga Q (dizemos, referencial no infinito) é dada por:
Onde k a constante eletrostática do meio. Se o meio for o vácuo a constante eletrostática é indicada por k0.
Da fórmula anterior podemos escrever
A grandeza:
é indicada por Vp e recebe o nome de potencial elétrico no ponto P do campo da carga elétrica puntiforme Q fixa. Vamos conhecê-la melhor.
Em primeiro lugar observe que o potencial elétrico é uma grandeza escalar, que depende do meio onde a carga elétrica Q se encontra, expresso pelo valor de k. Depende do valor da carga Q que gera o campo e varia de ponto para ponto: mudando-se o valor de d, muda o valor do potencial. Assim temos:
De Vp = Ep/q, concluímos que a unidade de potencial elétrico no SI é joule/coulomb (J/C) que recebe o nome de volt (V).
Potencial elétrico no campo de várias cargas elétricas puntiformes
Trabalho da força elétrica no deslocamento de uma carga elétrica q do ponto A ao ponto B de um campo elétrico
τAB = EPA - EPB = q.(VA - VB) => τAB = q.(VA - VB)
VA - VB = U é a ddp (diferença de potencial ou tensão elétrica entre os pontos A e B).
O trabalho da força elétrica não depende da trajetória. A força elétrica é conservativa.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Considere o campo elétrico originado por duas cargas elétricas puntiformes +2Q e –Q, fixas nos pontos A e B, conforme indica a figura. Existem dois pontos N e M, da reta definida por A e B, nos quais o potencial elétrico resultante é nulo. Determine as distâncias de B a N e de B a M.
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Exercício 2:
Três cargas elétricas estão fixas nos vértices de um triângulo equilátero, conforme o esquema. Qual é o potencial elétrico resultante no ponto M, médio do lado AB.
Dados: Q = 10-6 C; L = 2√3 m; k0 = 9.109 N.m2/C2
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Exercício 3:
No campo elétrico gerado por uma carga elétrica puntiforme Q fixa num ponto O, considere os pontos A e B. O potencial elétrico no ponto A é VA = 6.105 V. Determine:
a) O potencial elétrico do ponto B.
b) O trabalho da força elétrica que age numa partícula P eletrizada com carga elétrica q = 1 μC, ao ser deslocada de A até B.
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Exercício 4:
Retome o exercício anterior. Com que velocidade v0 a partícula P deve ser lançada do ponto A para atingir o ponto B com velocidade nula?
A massa de P é m = 6.10-5 kg.
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Exercício 5:
Considere o campo elétrico gerado0pela cargas elétricas puntiformes +Q e –Q, separadas pela distância 2a e seja P um0ponto situado a uma distância d de cada carga. A constante eletrostática do meio é k0. A intensidade do vetor campo elétrico resultante e o potencial elétrico resultante0em P são, respectivamente iguais a:
a) k0.Q/d2 e k0.Q/d
b) zero e k0.Q/d
c) k0.Q/d2 e zero
d) 2.a.k0.Q/d3 e zero
e) k0.a.Q/d2 e k0.a.Q/d
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Exercícios de revisão
Revisão/Ex 1:
(FEI-SP)
O diagrama representa o potencial elétrico em função da distância do ponto considerado até a carga-fonte do campo.
Sabe-se que o meio que envolve a carga-fonte é o vácuo. Pede-se:
a) O valor da carga-fonte Q.
b) Qual o potencial elétrico a 2 m da carga-fonte?
Dado: k0 = 9.109 N.m2/C2
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Revisão/Ex 2:
(Mackenzie-SP)
Duas cargas elétricas puntiformes, Q1 = 4.10-8 C e Q2 = -3.10-8 C estão localizadas em pontos A e B, separados1por uma distãncia de 10 cm, no vácuo.
a) Calcule o potencial no ponto C médio entre A e B e no ponto1D a 8 cm de a e a 6 cm de B1
b) Qual o trabalho das forças elétricas sobre1a carga q = 25.10-9 C que se desloca de C para1D?
Dado k0 = 9.109 N.m2/C2
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Revisão/ Ex 3:
(FUVEST)
Duas cargas -q distam a do ponto A, como indicado na figura.
A) A que distância de A, sobre a reta Ax, devemos colocar uma carga +q para que o potencial elétrico em A seja nulo?
B) É este o único ponto do plano da figura em que a carga +q pode ser colocada para anular o potencial em A? Justifique a resposta.
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Revisão/ Ex 4:
(International Junior Science Olympiad)
A energia potencial eletrostática de um par de cargas elétricas puntiormes de valores Q e q, situadas a uma distância d, em relação a um referencial no ininito, é dada por
Epot = k0.Q.q/d,
em que k0 é a constante eletrostática do meio.
Considere três partículas eletrizadas com cargas elétricas iguais e fixas nos vértices de um triângulo equilátero. Se dobrássemos os valores das cargas elétricas, o que aconteceria com a energia potencial eletrostática da configuração de cargas?
a) permaneceria a mesma
b) ficaria duas vezes maior
c) ficaria quatro vezes maior
d) ficaria 8 vezes maior
e) ficaria 12 vezes maior
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Revisão/ Ex 5:
(UFAL)
Em cada vértice de um quadrado de lado L = √2 m, no vácuo, está fixa uma carga puntiorme positiva, Q = 10-6 C (ver figura). Considerando que o potencial eletrostático no ininito é nulo, e dado que o valor da constante eletrostática no vácuo é 9.109 N.m2/C, assinale a alternativa com os valores do potencial eletrostático no centro do quadrado e da energia potencial eletrostática do sistema
A) zero e 9.10-3.(1-2√2) J
B) 104 V e 9.10-3.(1-2√2) J
C) 3,6.104 V e 9.10-3.(1-2√2) J
D) 3,6.104 V e 9.10-3.(1+2√2) J
E) zero e 9.10-3.(1+2√2) J
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A necessidade do ser humano de compreender o ambiente que o cerca e explicar os fenômenos naturais é a gênese da Física.
Postagem em destaque
Como funciona o Blog
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...
quarta-feira, 17 de abril de 2013
terça-feira, 16 de abril de 2013
Cursos do Blog - Termologia, Óptica e Ondas
9ª aula
Mudanças de fase (II)
Borges e Nicolau
Mudanças de fase ou estados de agregação
Tipos de vaporização
Evaporação: processo espontâneo e lento que ocorre na superfície do líquido.
Ebulição: processo no qual há formação tumultuosa de bolhas, ocorrendo em toda massa líquida. A ebulição se verifica a uma determinada temperatura (temperatura de ebulição) que depende da pressão exercida sobre a superfície do líquido. Por exemplo, a água entra em ebulição a 100 ºC sob pressão normal (1 atmosfera).
Lei da mudança de fase
Sob pressão constante, durante a mudança de fase a temperatura permanece constante.
Calor latente (L)
Numericamente é a quantidade de calor que a substância troca (ganha ou perde), por unidade de massa, durante a mudança de estado, mantendo-se constante a temperatura.
Unidade: cal/g
Quantidade de calor trocada durante a mudança de estado por uma massa m de uma substância.
Q = m.L
Curva de aquecimento da água
A: aquecimento do gelo
B: fusão do gelo a 0 ºC
C: aquecimento da água líquida
D: vaporização da água líquida a 100 ºC
E: aquecimento do vapor Lf
Calor latente de fusão do gelo (Lf) e de vaporização da água (Lv)
Imaginemos uma certa quantidade de gelo a -20 ºC, ao nível do mar, sendo aquecido por uma fonte de calor de potência constante. A temperatura do gelo sobe até atingir 0 ºC. Nessa condição começa o processo de fusão e o calor recebido é usado apenas para quebrar a cadeia cristalina, não havendo aumento de temperatura. Enquanto ocorre a fusão o gelo precisa de 80 calorias para cada grama, para ser transformado em água. Dizemos então que o calor latente de fusão do gelo Lf é igual a 80 cal/g.
Caso a massa de gelo, a 0 ºC, fosse igual a 100 g, para transformá-la em água seriam necessárias 8000 cal.
Q = m.Lf => Q = 100.80 => Q = 8000 cal
Uma vez transformada em água e continuando a receber calor, a massa que inicialmente era gelo terá a agitação térmica das moléculas aumentada até atingir a temperatura de ebulição (100 ºC) quando ocorre a vaporização. Para cada grama de água que passa para a fase gasosa (vapor) são necessárias 540 calorias. Dizemos então que o calor latente de vaporização da água, Lv é igual a 540 cal/g.
Para vaporizar 100 g de água a 100 ºC são necessárias 54000 cal.
Q = m.Lv => Q = 100.540 => Q = 54000 cal
Animações:
x
Os estados físicos da matéria e mudanças de fase.
Clique aqui
x
Você pode visualizar as temperaturas de fusão e de ebulição dos diversos elementos da tabela periódica. Em azul, sólidos; em amarelo, líquidos e em vermelho, gases. Com o mouse, arraste o cursor, a partir da esquerda e verifique a temperatura de mudança de estado.
Clique aqui
x
Os estados físicos da matéria
Clique aqui
Curva de aquecimento
Clique aqui
Exercícios básicos
Exercício 1:
No interior de uma cavidade existente num grande bloco de gelo, à temperatura de
0 °C, é colocada uma pequena esfera de ferro de massa 100 g à temperatura de
40 °C. Desprezadas as perdas de calor para o ambiente, determine a quantidade de água que se forma na cavidade quando se estabelece o equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,113 cal/g.ºC e o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g.
Resolução: clique aqui
Exercício 2:
Uma esfera de cobre de massa 270 g e à temperatura de 200 ºC é colocada num recipiente contendo água em ebulição a 100 ºC. Atingido o equilíbrio térmico, observa-se que ainda existe água no recipiente. Qual é a massa de água que vaporizou?
Dados:
calor específico do cobre 0,094 cal/g.ºC
calor latente de vaporização da água 540 cal/g.
Resolução: clique aqui
x
Exercício 3:
Quantos bloquinhos de gelo, cada um de massa 10 g à temperatura
de 0 ºC, devem ser colocados em 240 g de água a 60 ºC, para que a temperatura final de equilíbrio, desprezadas as perdas, seja de 40 ºC?
Dados:
calor específico da água 1,0 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo 80 cal/g.
Resolução: clique aqui
Exercício 4:
Qual é a quantidade de calor necessária para transformar 50 g de gelo a -20 ºC em vapor de água a 110 ºC?
São dados:
calor específico do gelo: 0,50 cal/g.ºC
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
calor específico do vapor de água: 0,45 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
calor latente de vaporização da água: 540 cal/g
Faça, a seguir, o gráfico da temperatura θ em função da quantidade de calor Q,
representando todas as etapas do processo (curva de aquecimento).
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Exercício 5:
Num calorímetro de capacidade térmica desprezível são misturados uma massa m de gelo a -20 ºC com 90 g de água a 20 ºC. Determine, em cada caso abaixo, o valor de m para que no equilíbrio térmico tenha somente:
a) água a 0 ºC
b) gelo a 0 ºC
c) água a 10 ºC
d) gelo a -10 ºC
Dados:
calor específico do gelo: 0,50 cal/g.ºC
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
calor latente de solidificação da água: -80 cal/g
Despreze as perdas de calor para o meio exterior.
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Exercícios de revisão
Revisão/Ex 1:
(UNIFESP)
O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100 g.
Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do corpo, em graus Celsius, determine:
a) o calor específico do corpo em cal/(g.ºC), na fase sólida e na fase líquida.
b) a temperatura de fusão, em ºC, e o calor latente de fusão, em calorias, do corpo.
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Revisão/Ex 2:
(Fuvest-SP)
Determinada massa de uma substância, inicialmente no estado sólido, encontra-se num recipiente. Um elemento aquecedor, que lhe fornece uma potência constante, é ligado no instante t = 0 e desligado num certo instante. O gráfico indica a temperatura θ da substância em função do tempo.
a) Em que instante o aquecedor foi desligado e em que intervalo de tempo a substância está totalmente sólida?
b) Descreva que fenômeno físico está ocorrendo no trecho BC e que fenômeno físico está ocorrendo no trecho EF.
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Revisão/Ex 3:
(Mackenzie)
Uma das características meteorológicas da cidade de São Paulo é a grande diferença de temperatura registrada em um mesmo instante em diversos pontos do município. Segundo dados do Instituto Nacional de Meteorologia, a menor temperatura registrada nessa cidade foi -2 ºC, no dia 2 de agosto de 1955, embora haja algumas indicações, não oficiais, de que, no dia 24 de agosto de 1898, registrou-se a temperatura de -4 ºC. Em contrapartida, a maior temperatura teria sido 37 ºC, medida em 20 de janeiro de 1999. Considerando-se 100 g de água sob pressão atmosférica normal, inicialmente a -4 ºC, para chegar a 37 ºC, a quantidade de Energia Térmica que esta massa deverá receber é:
a) 11,3 kcal
b) 11,5 kcal
c) 11,7 kcal
d) 11,9 kcal
e) 12,1 kcal
Dados: águaf
calor latente de fusão (Lf) => 80 cal/g
calor específico no estado sólido (c) => 0,50 cal/(g.ºC)f
calor específico no estado líquido (c) => 1,0 cal/(g.ºC)
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Revisão/Ex 4:
(UFT-Tocantins)
Considere que os calores específicos do gelo e da água são constantes e valem 2,05.103 J/(kg.K) e 4,18.103 J/(kg.K) respectivamente. O calor latente de fusão e o calor latente de vaporização da água são 333,5.103 J/kg e 2257.103 J/kg respectivamente.3Baseado nestas informações, pode-se dizer que o valor que melhor representa a3quantidade mínima de calor necessária para transformar 10 g de gelo a 0 ºC, sujeito a3uma pressão de 1 atm, em vapor, é de:
(A) 22,57.103 J
(B) 52,07.103 J
(C) 42,18.103 J
(D) 30,09.103 J
(E) 35,05.103 J
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Revisão/Ex 5:
(UFAC)
Em geral, a temperatura do corpo humano é constante e igual a 37 ºC. A hipotermia é caracterizada pela redução da temperatura padrão de nosso corpo. A Medicina faz o uso controlado da hipotermia, em determinadas cirurgias cerebrais e cardíacas. Esse procedimento diminui o consumo de oxigênio do cérebro e do coração, bem como reduz a chance de danos ocasionados pela falta de circulação do sangue. Suponha que um paciente, de massa 60 kg, seja submetido a uma cirurgia do coração. A temperatura inicial de seu corpo é 37 ºC e pretende-se diminuí-la para 30 ºC. Considere o calor específico do corpo humano igual a 1,0 cal/g.ºC e o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g. A massa mínima de gelo necessária para diminuir a temperatura do paciente até 30 ºC é:
a) 10 g
b) 4,25 g
c) 4,25 kg
d) 5,25 g
e) 5,25 kg
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Mudanças de fase (II)
Borges e Nicolau
Mudanças de fase ou estados de agregação
x
Tipos de vaporização
Evaporação: processo espontâneo e lento que ocorre na superfície do líquido.
Ebulição: processo no qual há formação tumultuosa de bolhas, ocorrendo em toda massa líquida. A ebulição se verifica a uma determinada temperatura (temperatura de ebulição) que depende da pressão exercida sobre a superfície do líquido. Por exemplo, a água entra em ebulição a 100 ºC sob pressão normal (1 atmosfera).
Lei da mudança de fase
Sob pressão constante, durante a mudança de fase a temperatura permanece constante.
Calor latente (L)
Numericamente é a quantidade de calor que a substância troca (ganha ou perde), por unidade de massa, durante a mudança de estado, mantendo-se constante a temperatura.
Unidade: cal/g
Quantidade de calor trocada durante a mudança de estado por uma massa m de uma substância.
Q = m.L
Curva de aquecimento da água
A: aquecimento do gelo
B: fusão do gelo a 0 ºC
C: aquecimento da água líquida
D: vaporização da água líquida a 100 ºC
E: aquecimento do vapor Lf
Calor latente de fusão do gelo (Lf) e de vaporização da água (Lv)
Imaginemos uma certa quantidade de gelo a -20 ºC, ao nível do mar, sendo aquecido por uma fonte de calor de potência constante. A temperatura do gelo sobe até atingir 0 ºC. Nessa condição começa o processo de fusão e o calor recebido é usado apenas para quebrar a cadeia cristalina, não havendo aumento de temperatura. Enquanto ocorre a fusão o gelo precisa de 80 calorias para cada grama, para ser transformado em água. Dizemos então que o calor latente de fusão do gelo Lf é igual a 80 cal/g.
Caso a massa de gelo, a 0 ºC, fosse igual a 100 g, para transformá-la em água seriam necessárias 8000 cal.
Q = m.Lf => Q = 100.80 => Q = 8000 cal
Uma vez transformada em água e continuando a receber calor, a massa que inicialmente era gelo terá a agitação térmica das moléculas aumentada até atingir a temperatura de ebulição (100 ºC) quando ocorre a vaporização. Para cada grama de água que passa para a fase gasosa (vapor) são necessárias 540 calorias. Dizemos então que o calor latente de vaporização da água, Lv é igual a 540 cal/g.
Para vaporizar 100 g de água a 100 ºC são necessárias 54000 cal.
Q = m.Lv => Q = 100.540 => Q = 54000 cal
Animações:
x
Os estados físicos da matéria e mudanças de fase.
Clique aqui
x
Você pode visualizar as temperaturas de fusão e de ebulição dos diversos elementos da tabela periódica. Em azul, sólidos; em amarelo, líquidos e em vermelho, gases. Com o mouse, arraste o cursor, a partir da esquerda e verifique a temperatura de mudança de estado.
Clique aqui
x
Os estados físicos da matéria
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Curva de aquecimento
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Exercícios básicos
Exercício 1:
No interior de uma cavidade existente num grande bloco de gelo, à temperatura de
0 °C, é colocada uma pequena esfera de ferro de massa 100 g à temperatura de
40 °C. Desprezadas as perdas de calor para o ambiente, determine a quantidade de água que se forma na cavidade quando se estabelece o equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,113 cal/g.ºC e o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g.
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Exercício 2:
Uma esfera de cobre de massa 270 g e à temperatura de 200 ºC é colocada num recipiente contendo água em ebulição a 100 ºC. Atingido o equilíbrio térmico, observa-se que ainda existe água no recipiente. Qual é a massa de água que vaporizou?
Dados:
calor específico do cobre 0,094 cal/g.ºC
calor latente de vaporização da água 540 cal/g.
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x
Exercício 3:
Quantos bloquinhos de gelo, cada um de massa 10 g à temperatura
de 0 ºC, devem ser colocados em 240 g de água a 60 ºC, para que a temperatura final de equilíbrio, desprezadas as perdas, seja de 40 ºC?
Dados:
calor específico da água 1,0 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo 80 cal/g.
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Exercício 4:
Qual é a quantidade de calor necessária para transformar 50 g de gelo a -20 ºC em vapor de água a 110 ºC?
São dados:
calor específico do gelo: 0,50 cal/g.ºC
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
calor específico do vapor de água: 0,45 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
calor latente de vaporização da água: 540 cal/g
Faça, a seguir, o gráfico da temperatura θ em função da quantidade de calor Q,
representando todas as etapas do processo (curva de aquecimento).
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Exercício 5:
Num calorímetro de capacidade térmica desprezível são misturados uma massa m de gelo a -20 ºC com 90 g de água a 20 ºC. Determine, em cada caso abaixo, o valor de m para que no equilíbrio térmico tenha somente:
a) água a 0 ºC
b) gelo a 0 ºC
c) água a 10 ºC
d) gelo a -10 ºC
Dados:
calor específico do gelo: 0,50 cal/g.ºC
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
calor latente de solidificação da água: -80 cal/g
Despreze as perdas de calor para o meio exterior.
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Exercícios de revisão
Revisão/Ex 1:
(UNIFESP)
O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100 g.
Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do corpo, em graus Celsius, determine:
a) o calor específico do corpo em cal/(g.ºC), na fase sólida e na fase líquida.
b) a temperatura de fusão, em ºC, e o calor latente de fusão, em calorias, do corpo.
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Revisão/Ex 2:
(Fuvest-SP)
Determinada massa de uma substância, inicialmente no estado sólido, encontra-se num recipiente. Um elemento aquecedor, que lhe fornece uma potência constante, é ligado no instante t = 0 e desligado num certo instante. O gráfico indica a temperatura θ da substância em função do tempo.
a) Em que instante o aquecedor foi desligado e em que intervalo de tempo a substância está totalmente sólida?
b) Descreva que fenômeno físico está ocorrendo no trecho BC e que fenômeno físico está ocorrendo no trecho EF.
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Revisão/Ex 3:
(Mackenzie)
Uma das características meteorológicas da cidade de São Paulo é a grande diferença de temperatura registrada em um mesmo instante em diversos pontos do município. Segundo dados do Instituto Nacional de Meteorologia, a menor temperatura registrada nessa cidade foi -2 ºC, no dia 2 de agosto de 1955, embora haja algumas indicações, não oficiais, de que, no dia 24 de agosto de 1898, registrou-se a temperatura de -4 ºC. Em contrapartida, a maior temperatura teria sido 37 ºC, medida em 20 de janeiro de 1999. Considerando-se 100 g de água sob pressão atmosférica normal, inicialmente a -4 ºC, para chegar a 37 ºC, a quantidade de Energia Térmica que esta massa deverá receber é:
a) 11,3 kcal
b) 11,5 kcal
c) 11,7 kcal
d) 11,9 kcal
e) 12,1 kcal
Dados: águaf
calor latente de fusão (Lf) => 80 cal/g
calor específico no estado sólido (c) => 0,50 cal/(g.ºC)f
calor específico no estado líquido (c) => 1,0 cal/(g.ºC)
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Revisão/Ex 4:
(UFT-Tocantins)
Considere que os calores específicos do gelo e da água são constantes e valem 2,05.103 J/(kg.K) e 4,18.103 J/(kg.K) respectivamente. O calor latente de fusão e o calor latente de vaporização da água são 333,5.103 J/kg e 2257.103 J/kg respectivamente.3Baseado nestas informações, pode-se dizer que o valor que melhor representa a3quantidade mínima de calor necessária para transformar 10 g de gelo a 0 ºC, sujeito a3uma pressão de 1 atm, em vapor, é de:
(A) 22,57.103 J
(B) 52,07.103 J
(C) 42,18.103 J
(D) 30,09.103 J
(E) 35,05.103 J
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Revisão/Ex 5:
(UFAC)
Em geral, a temperatura do corpo humano é constante e igual a 37 ºC. A hipotermia é caracterizada pela redução da temperatura padrão de nosso corpo. A Medicina faz o uso controlado da hipotermia, em determinadas cirurgias cerebrais e cardíacas. Esse procedimento diminui o consumo de oxigênio do cérebro e do coração, bem como reduz a chance de danos ocasionados pela falta de circulação do sangue. Suponha que um paciente, de massa 60 kg, seja submetido a uma cirurgia do coração. A temperatura inicial de seu corpo é 37 ºC e pretende-se diminuí-la para 30 ºC. Considere o calor específico do corpo humano igual a 1,0 cal/g.ºC e o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g. A massa mínima de gelo necessária para diminuir a temperatura do paciente até 30 ºC é:
a) 10 g
b) 4,25 g
c) 4,25 kg
d) 5,25 g
e) 5,25 kg
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segunda-feira, 15 de abril de 2013
Cursos do Blog - Mecânica
9ª aula
Movimento vertical no vácuo
Borges e Nicolau
Movimento vertical no vácuo
Borges e Nicolau
x
O movimento vertical no vácuo é um caso particular de movimento uniformemente variado (MUV).A aceleração α é igual à aceleração da gravidade g.
Um móvel lançado verticalmente para cima, no vácuo, descreve um movimento uniformemente variado retardado, atingindo a altura máxima quando sua velocidade escalar, cujo módulo decresce com o tempo, torna-se igual a zero.
Ao descer, a velocidade escalar do móvel aumenta em módulo, o movimento é acelerado. A velocidade com que o móvel atinge o solo é, em módulo, igual à velocidade de lançamento. O tempo de subida é igual ao tempo de descida.
Animação:
Movimento vertical no vácuo
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Exercícios básicos
Exercício 1:
Na superfície terrestre a aceleração da gravidade “g” tem um valor próximo
de 10 m/s2. Na prática isso significa que a velocidade de um corpo abandonado em queda livre, aumenta 10 m/s a cada segundo. Ou seja, no primeiro segundo o corpo atinge 10 m/s, depois, em intervalos de um segundo, 20 m/s, 30 m/s, 40 m/s, 50 m/s e assim por diante.
Em 5 segundos de queda, portanto, a velocidade é igual a
50 m/s = (50 x 3,6) km/h = 180 km/h.
Você sabe que quando a aceleração é constante, o movimento é uniformemente variado. (MUV)
Calcule:
a) a altura da qual um corpo partiu do repouso e atingiu o solo com
velocidade de 50 m/s;
b) o tempo de queda.
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Exercício 2:
Uma pedra é abandonada de uma altura igual a 20 m. Determine o intervalo de tempo decorrido para a pedra percorrer os últimos 15 m de queda. Considere
g = 10 m/s2 e despreze a resistência do ar.
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Exercício 3:
Você faz uma pequena bolinha de papel e a lança verticalmente para cima com velocidade de 5 m/s. Quanto tempo a bolinha demora para voltar à sua mão. Qual é a altura máxima atingida pela bolinha. Considere g = 10 m/s2 e despreze a resistência do ar.
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Exercício 4:
Uma bolinha é abandonada de uma altura H e percorre no último segundo de queda a distância 3H/4. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2. Determine o valor de H.
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Exercício 5:
De uma altura igual a 40 m lança-se verticalmente para baixo uma bolinha com velocidade 10 m/s. Depois de 1 s, lança-se do mesmo ponto, também verticalmente para baixo, outra bolinha com a mesma velocidade inicial da primeira. Qual é a distância entre elas no instante que a primeira bolinha atinge o solo? Despreze a resistência do ar e considere g = 10 m/s2.
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Exercício 6:
Um helicóptero sobe verticalmente em movimento uniforme e com velocidade 10 m/s. Ao atingir a altura de 75 m um pequeno parafuso desprende-se do helicóptero. Quanto tempo o parafuso leva para atingir o solo? Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2.
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Exercícios de revisão
Revisão/Ex1:
(Vunesp)
Em um dia de calmaria, um garoto1sobre uma ponte deixa cair, verticalmente e a partir do repouso, uma bola no instante t0 = 0 s. A bola atinge, no instante t4, um ponto localizado no nível das águas do1rio e a distância h do ponto de lançamento. A figura apresenta, fora de escala, cinco1posições da bola, relativas aos instantes t0, t1, t2, t3 e t4. Sabe-se que entre os instantes t2 e t3 a bola percorre 6,25 m e que gx=x10xm/s2.
Desprezando a resistência do ar e sabendo que o intervalo de tempo entre duas posições consecutivas apresentadas na figura é sempre o mesmo, pode-se afirmar que a distância h, em metros, é igual a
a) 25. b) 28. c) 22. d) 30. e) 20.
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Revisão/Ex2:
(UFscar)
Em julho de 2009 comemoramos os 40 anos da primeira viagem tripulada à Lua. Suponha que você é um astronauta e que, chegando à superfície lunar, resolva fazer algumas brincadeiras para testar seus conhecimentos de Física.
a) Você lança uma pequena bolinha, verticalmente para cima, com velocidade v0 igual a 8 m/s. Calcule a altura máxima h atingida pela bolinha, medida a partir da altura do lançamento, e o intervalo de tempo Δt que ela demora para subir e descer, retornando à altura inicial.
b) Na Terra, você havia soltado de uma mesma altura inicial um martelo e uma pena, tendo observado que o martelo alcançava primeiro o solo. Decide então fazer o mesmo experimento na superície da Lua, imitando o astronauta David Randolph Scott durante a missão Apolo 15, em 1971. O resultado é o mesmo que o observado na Terra? Explique o porquê.
Dados:
- Considere a aceleração da gravidade na Lua como sendo 1,6 m/s2.
- Nos seus cálculos mantenha somente 1 (uma) casa depois da vírgula.
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Revisão/Ex 3:
(ITA-SP)
Um elevador está descendo com velocidade constante. Durante este movimento, uma lâmpada, que o iluminava, desprende-se do teto e cai. Considere g = 9,8 m/s2. Sabendo-se que o teto está a 3,0 m de altura acima do piso do elevador, o tempo que a lâmpada demora para atingir o piso é:
a) 0,61 s.
b) 0,78 s.
c) 1,54 s.
d) Infinito, pois a lâmpada só atingirá o piso se o elevador sofrer uma desaceleração.
e) Indeterminado, pois não se conhece a velocidade do elevador.
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Revisão/Ex 4:
(UECE)
Uma pedra cai de uma altura H, a partir0do repouso. No mesmo instante, uma segunda pedra é lançada, do chão, verticalmente para cima com velocidade v0. Desprezando a resistência do ar e supondo0constante a aceleração da gravidade no local da experiência, o valor de v0, para que uma pedra passe pela outra a uma altura H/2, é igual a:
a) 1/2√(gh)
b) √(gh)
c) 1/2√(2gh)
d) √(2gh)
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Revisão/Ex 5:
(UFU-MG)
Duas pedras são abandonadas do repouso, ambas de uma altura de 20 m, porém uma na Terra e outra em Marte. Após 1 s ela são observadas nas posições indicadas abaixo.
Considerando gTerra = 10 m/s2 e gMarte = gTerra/3, marque para as alternativas abaixo (V) Verdadeira, (F) Falsa ou (SO) Sem Opção.
1 ( ) O planeta A corresponde à Terra e o planeta B corresponde a Marte.
2 ( ) O módulo da velocidade da partícula em Marte, 3 s após ser abandonada, é 30 m/s.
3 ( ) A pedra abandonada na Terra percorreu uma distância de 20 m após 2 s de queda.
4 ( ) Para que a pedra abandonada em Marte adquira uma mesma velocidade da abandonada na Terra, a pedra em Marte deve percorrer uma distância três vezes maior que a distância percorrida pela pedra na Terra.
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domingo, 14 de abril de 2013
Arte do Blog
Composition - 1937
Hans Hartung (Leipzig 1904 - Antibes 1989) foi um pintor alemão-francês, conhecido por seu estilo gestual abstrato. Hartung começou a estudar filosofia e história da arte em 1924, na Universidade de Leipzig, mas logo mudou para a Akademie der Künste Bildenden em Leipzig e Dresden.
Composition - 1973
Composition - 1974
Composition in black and yellow - 1958
Após o fim do conflito Hartung tornou-se cidadão francês. Seu trabalho durante este período é caracterizado por áreas suspensas de cor sobrepostas por cachos de caligrafia de linhas. Hans Hartung teve importantes exposições em Paris, Bruxelas, Munique e Basiléia depois de 1949 e, frequentemente, mostrou trabalhos na "documenta" de Kassel entre 1955 e 1964. Ele foi homenageado com o "Prêmio Guggenheim" em 1956 e premiado com um membro honorário da Akademie der Künste, em Berlim. Em 1960 ele foi agraciado com o Grande Prémio Internacional de Pintura na Bienal de Veneza. Hans Hartung morreu em 1989, como um dos pintores mais importantes da Europa.
Composition - 1936
sábado, 13 de abril de 2013
Especial de Sábado
Ganhadores do Premio Nobel de Física
Borges e Nicolau
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2000
Zhores Ivanovich Alferov, Herbert Kroemer e Jack Kilby, por suas pesquisas em semicondutores que permitiram o desenvolvimento de computadores ultra-rápidos.
Zhores Ivanovich Alferov, Herbert Kroemer e Jack Kilby, por suas pesquisas em semicondutores que permitiram o desenvolvimento de computadores ultra-rápidos.
Zhores I. Alferov (1930), físico russo, Herbert Kroemer (1928), físico alemão e Jack Kilby (1923-2005), engenheiro estadunidense
Zhores Alferov, Herbert Kroemer e Jack Kilby receberam o premio Nobel de Física de 2000. Embora trabalhando de forma autônoma eles inventaram e desenvolveram componentes com base em estruturas de semicondutores em camadas, conhecidas como heteroestruturas, que podem ser utilizado em lasers. Os lasers contendo heteroestruturas de semicondutores enviam pulsos de luz que transmitem mensagens através de fibras ópticas em sistemas de telefonia. Eles também são usados em leitores de discos compactos, leitores de código de barras, impressoras laser, e instrumentos científicos.
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Próximo Sábado: Ganhadores do Premio Nobel de 2001:
Próximo Sábado: Ganhadores do Premio Nobel de 2001:
Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle e Carl E. Wieman - pela obtenção de condensado Bose-Einstein de átomos de gás diluído de metais alcalinos e pelos estudos anteriores sobre os fundamentos das propriedades dos condensados.
sexta-feira, 12 de abril de 2013
quinta-feira, 11 de abril de 2013
Caiu no vestibular
Na gravidade da Lua
(AFA-SP)
Em uma experiência realizada na Lua uma pedra é lançada verticalmente para cima e, no mesmo instante, outra pedra é abandonada de uma altura de 40 m. Sabendo-se que as pedras colidem a 20 m de altura e que a aceleração da gravidade na Lua é de 1,6 m/s2, a velocidade com que foi lançada a primeira pedra tem módulo, em m/s, igual a:
a) 2,0 b) 4,0 c) 6,0 d) 8,0
Resolução:
Orientando-se a trajetória para cima e adotando-se a origem dos espaços no solo, temos:
Pedra P1: s1 = v0.t-g.t2/2
Pedra P2: s2 = 40-g.t2/2
Encontro: 40-g.t2/2 = v0.t-g.t2/2 => 40 = v0.t (1)
Mas no encontro s2 = 20 m => 40-g.t2/2 = 20 => g.t2/2 = 20 =>
t = √(40/1,6) => t = 5,0 s (2)
(2) em (1): 40 = v0.5,0 => v0 = 8,0 m/s
Resposta: b
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