ENEM - Física

Física

FÍSICA

2.2. Movimento Retilíneo Uniformemente Variado v  v0  at at 2 2 v 2  v02  2ad

UNIDADE 1

d  d 0  v0 t 

A física explica como Usain Bolt vence o ar O homem mais rápido da Terra correu os 100 metros em 9,58 segundos e esse desempenho foi esmiuçado por uma equipa de físicos.

Com o seu 1,96 metros de altura, Usain Bolt não é propriamente um modelo de aerodinamismo. Mesmo assim, detém desde 2009 o recorde mundial dos 100 metros. Físicos mexicanos analisaram agora este feito e, num artigo publicado esta sexta-feira na revista European Journal of Physics, concluem que o poder que o atleta jamaicano põe em acção é extraordinário.

Segundo um modelo matemático da equipa de Jorge Hernández, da Universidade Autónoma do México, o tempo de 9,58 segundos obtido por Bolt nos Mundiais de atletismo de Berlim necessitou de uma força média de 815,8 newtons. E o atleta jamaicano atingiu uma velocidade máxima de 12,2 metros por segundo, explica um comunicado do Instituto de Física, no Reino Unido, que edita a European Journal of Physics http://www.publico.pt/ciencia/noticia/como-usain-bolt-e-mais-forte-doque-ar-1601419

CINEMÁTICA

v média 

v  v0 d  2 t

2.2. Movimento Circular Uniforme

Exercícios 01 - (ENEM - 2012) Uma empresa de transporte precisa efetuar a entrega de uma encomenda o mais breve possível. Para tanto, a equipe de logística analisa o trajeto desde a empresa até o local da entrega. Ela verifica que o trajeto apresenta dois trechos de distâncias diferentes e velocidades máximas permitidas diferentes. No primeiro trecho, a velocidade máxima permitida é de 80 km/h e a distância a ser percorrida é de 80 km. No segundo trecho, cujo comprimento vale 60 km, a velocidade máxima permitida é 120 km/h.

Supondo que as condições de trânsito sejam favoráveis para que o veículo da empresa ande continuamente na velocidade máxima permitida, qual será o tempo necessário, em horas, para a realização da entrega?

1. Conceitos e definições básicas a) b) c) d) e)

OBSERVAÇÃO: Velocidade e aceleração são grandezas vetoriais.

Possuem módulo, direção e sentido.

2. Tipos de Movimentos 2.1. Movimento Retilíneo Uniforme d v  d  d 0  vt t

ENEM

0,7 1,4 1,5 2,0 3,0

02 - (ENEM - 2012) Para melhorar a mobilidade urbana na rede metroviária é necessária minimizar o tempo entre estações. Para isso a administração do metrô de uma grande cidade adotou o seguinte procedimento entre duas estações: a locomotiva parte do repouso com aceleração constante por um terço do tempo de percurso, mantém a velocidade constante por outro terço e reduz sua velocidade com desaceleração constante no trecho final, até parar.

Qual é o gráfico de posição (eixo vertical) em função do tempo (eixo horizontal) que representa o movimento desse trem?

1

Ciências da Natureza e suas Tecnologias a)

b)

c) Força de Atrito

f at   N

d)

Exercícios 01 - (ENEM) Os freios ABS são uma importante medida de segurança no trânsito, os quais funcionam para impedir o travamento das rodas do carro quando o sistema de freios é acionado, liberando as rodas quando estão no limiar do desliza mento. Quando as rodas travam, a força de frenagem é governada pelo atrito cinético.

e)

UNIDADE 2 DINÂMICA E ESTÁTICA

As representações esquemáticas da força de atrito fat entre os pneus e a pista, em função da pressão p aplicada no pedal de freio, para carros sem ABS e com ABS, respectivamente, são:

1. Leis de Newton a) 1ª Lei de Newton (Lei da Inércia)

b)

c) 2ª Lei de Newton (Princípio Fundamental)

FR  ma d)

e)

3ª Lei de Newton (Ação e Reação) “Toda AÇÃO corresponde a uma REAÇAO de mesmo módulo, mesma direção, sentidos contrários e que atuam em corpos diferentes”.

2

Física RESULTANTE CENTRÍPETA

2 - (Emescam ES) John Paul Stapp, nascido em 11 de julho de 1910, Bahia, Brasil, Ph. D., médico, e coronel da Força Aérea dos Estados Unidos, foi um pioneiro nos estudos dos efeitos das forças de aceleração e desaceleração no organismo humano. Na época, Stapp tornou-se conhecido como o "homem mais rápido da terra". Viajando no trenó pessoalmente, Stapp demonstrou que um ser humano pode suportar aproximadamente 45g (440m/s2) voltado à frente, desde que adequadamente fixado, sendo g a aceleração da gravidade na superfície da Terra. Esta é a maior aceleração conhecida experimentada voluntariamente por um homem.

[Adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/John_Paul_Stapp#Lei_de_Stapp]

Suponha que um homem de 80kg partindo do repouso seja submetido a aceleração constante de 440m/s2 durante 2 segundos numa trajetória em linha reta. Qual das alternativas abaixo representa corretamente, respectivamente, a velocidade final do homem, o espaço percorrido por ele e a força resultante sobre ele? a) 440m/ s, 880m e 35200N b) 880m/ s, 880m e 35200N c) 880m/ s, 440m e 35200N d) 880m/ s, 880m e 40000N e) 440m/ s, 880m e 40000N

UNIDADE 3 PARQUE DE DIVERSÕES – A RODA GIGANTE Para os ingleses, a maior roda-gigante do mundo não é uma roda-gigante. Os donos da London Eye, em Londres, preferem chamá-la de torre de observação, já que as 32 cabines são climatizadas e têm capacidade para 25 pessoas cada. Mas a verdade é que a criação dos arquitetos londrinos David Marks e Julia Barfield é chamada por todos os turistas de roda-gigante. Com 135 metros de diâmetro, a London Eye foi inaugurada em 10 de fevereiro de 2000 e aberta ao público no mês seguinte, dentro das festividades de final do milênio. Desde então, anualmente, a roda-gigante recebe cerca de 2,2 milhões de passageiros e gira cerca de 6 000 vezes, levando trinta minutos para dar uma volta completa, à baixíssima velocidade de três quilômetros por hora – aproximadamente igual ao passo de um ser humano. O design lembra a roda de uma bicicleta, com outra roda no centro conectada a aros. Os oitenta raios são feitos de seis quilômetros de cabo.

Para atingir os 135 metros de diâmetro e altura da London Eye, que lembra uma gigantesca roda de bicicleta, seria preciso empilhar 205 rodas aro 26, usadas em uma mountain bike.

Adaptado de http://super.abril.com.br/cotidiano/roda-gigante-olho-gira445370.shtml

ENEM

Fc 

mv 2 R

Exercícios 1 - (UEPB) No dia 15 de junho de 2008, depois de um jogo sofrido, a seleção brasileira feminina de basquete conquistou a última vaga para os Jogos Olímpicos de Pequim, depois de vencerem as cubanas, numa partida repleta de adrenalina, na final da repescagem do PréOlímpico Mundial de Madri. Aos 4s finais do jogo, Mama fez um lançamento de bola, fechando o placar do jogo em 72 a 67. Considerando que, nesta última bola lançada pela jogadora em direção à cesta, a velocidade e trajetória da bola em um determinado instante são ilustradas pela figura ao lado, e que os efeitos do ar são desprezados, a(s) força(s) que age(m) sobre a bola, nesse instante, pode(m) ser representada(s) por:

a)

b)

c)

3

Ciências da Natureza e suas Tecnologias d)

motocicleta deve possuir uma velocidade mínima v.

Considere M a massa total (motociclista+artista), Fn a força normal e g a aceleração da gravidade.

e)

02 - (UFPR) Suponha uma máquina de lavar e centrifugar roupa com cuba interna cilíndrica que gira em torno de um eixo vertical.

Um observador externo à máquina, cujo referencial está fixo ao solo, acompanha o processo pelo visor da tampa e vê a roupa “grudada” em um ponto da cuba interna, que gira com velocidade angular constante. Se estivesse no interior da máquina, situado sobre a peça de roupa sendo centrifugada, o observador veria essa peça em repouso.

De acordo com a mecânica, para aplicar a segunda Lei de Newton ao movimento da roupa no processo de centrifugação, cada observador deve inicialmente identificar o conjunto de forças que atua sobre ela. Com base no texto acima e nos conceitos da Física, considere as seguintes afirmativas: 1.

O observador externo à máquina deverá considerar a força peso da roupa, apontada verticalmente para baixo, a força de atrito entre a roupa e a cuba, apontada verticalmente para cima, e a força normal exercida pela cuba sobre a roupa, apontada para o eixo da cuba, denominada de força centrípeta.

2.

Um observador que estivesse situado sobre a peça de roupa sendo centrifugada deveria considerar a força peso da roupa, apontada verticalmente para baixo, a força de atrito entre a roupa e a cuba, apontada verticalmente para cima, a força normal exercida pela cuba sobre a roupa, apontada para o eixo da cuba, e também uma outra força exercida pela roupa sobre a cuba, apontada para fora desta, denominada de força centrífuga, necessária para explicar o repouso da roupa.

3.

O referencial fixo ao solo, utilizado pelo observador externo à máquina, é chamado de não-inercial, e o referencial utilizado pelo observador postado sobre a roupa sendo centrifugada é denominado de inercial.

Assinale a alternativa correta. a) b) c) d) e)

Somente a afirmativa 1 é verdadeira.

Somente a afirmativa 2 é verdadeira.

Somente a afirmativa 3 é verdadeira.

Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras.

As afirmativas 1, 2 e 3 são verdadeiras.

3 - (UFT TO) Durante uma apresentação circense um artista se apresenta com sua motocicleta em um globo da morte de raio R. Num dado instante da apresentação a motocicleta passa pelo ponto mais alto do globo, conforme ilustrado na figura. Para não cair verticalmente a

4

Desprezando o atrito dos pneus da motocicleta com o globo qual é a expressão CORRETA da velocidade mínima? a)

Rg

b)

MRg

c)

Rg M

d)

(Fn  Mg)R M

e)

(Fn  Mg)R M

UNIDADE 4 PARQUE AQUÁTICO, FÍSICA NA VEIA! Na indústria dos parques de diversões, a montanha-russa é a rainha. Mas durante os meses quentes de verão, estas atrações clássicas sofrem dura concorrência dos toboáguas. Nos últimos 30 anos, o mundo dos toboáguas explodiu. Os parques aquáticos ostentam escorregadores com dúzias de voltas, picos de velocidades, excitação e descidas de 30 m. Um toboágua é como uma montanha-russa molhada, sem assento e sem cinto de segurança.

A física da queda No seu nível mais básico, um toboágua é uma montanharussa relativamente dócil, sem trilho, nem carro. Se você já leu Como funcionam as montanhas-russas, então sabe que os carros são dirigidos pela gravidade. No início do percurso, o carro pára em uma colina. À medida que o carro sobe mais alto, a sua energia potencial ou a energia de posição aumenta. Simplesmente posicionado, ele tem

Física uma extensão maior para cair. Quando o carro é lançado do topo da colina, a gravidade o puxa para baixo ao longo dos trilhos, convertendo a energia potencial em energia cinética ou energia de movimento.

Os toboáguas funcionam exatamente no mesmo princípio.

Mas ao invés de uma colina, você tem uma escada. Ao subir os degraus ocorre um certo acréscimo da quantidade de energia potencial, que se transforma em energia cinética quando você desce pelo escorregador. Um escorregador mais alto tem mais energia potencial para ser ativada, do que um escorregador mais baixo.

Em um toboágua, o seu corpo às vezes em conjunto com uma esteira ou bóia, toma o lugar dos carros da montanharussa. Os carros da montanha-russa têm rodas que rolam ao longo dos trilhos. Isto reduz a fricção entre o carro e o trilho, assim o carro pode se mantiver em movimento. Os toboáguas têm uma corrente de água fluindo constantemente do topo à base. A água lubrifica o escorregador para reduzir a fricção entre ele e o seu corpo.

6. Sistema Dissipativo (dissipação da Energia Mecânica)

Exercícios 1 - (ENEM) Uma das modalidades presentes nas olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta estão representadas na figura:

[Adaptado de http://casa.hsw.uol.com.br/toboaguas.htm]

TRABALHO E ENERGIA MECÂNICA 1. Trabalho Físico (  



)

  Fd cos 

O Trabalho e a Energia são grandezas escalares.

Lembre que a Resultante Centrípeta é perpendicular ao vetor velocidade num movimento curvilíneo, portanto não realiza trabalho, apenas modifica a direção deste vetor velocidade.



2. Trabalho Físico da Força Peso ( P ) O Trabalho realizado pela força Peso, em qualquer situação física, independe da trajetória e é definido pela expressão:

 Peso  mgh

3. Teorema da Energia Cinética (TEC)

 F  FR d  EC  R

4. Energia Mecânica

5. Sistema Conservativo (Conservação de Energia Mecânica)

mv2 mv02  2 2

Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou seja, o máximo de energia seja conservada, é necessário que a) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica representada na etapa IV. b) a energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV. c) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III. d) a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV. e) a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III. 2 - (ENEM) No nosso dia a dia deparamo-nos com muitas tarefas pequenas e problemas que demandam pouca energia para serem resolvidos e, por isso, não consideramos a eficiência energética de nossas ações. No

ENEM

5

Ciências da Natureza e suas Tecnologias global, isso significa desperdiçar muito calor que poderia ainda ser usado como fonte de energia para outros processos.

Em ambientes industriais, esses reaproveitamente é feito por um processo chamado de cogeração. A figura a seguir ilustra um exemplo de cogeração na produção de energia elétrica.

IV. Se a descida fosse em linha reta, a velocidade final seria a mesma.

Marque a opção VERDADEIRA: a) Somente a afirmativa II é correta. b) As afirmativas II e III são corretas. c) As afirmativas I e IV são corretas. d) As afirmativas II e IV são corretas. e) Somente a afirmativa IV é correta.

UNIDADE 5 IMPULSO E QUANTIDADE DE MOVIMENTO 1. Impulso ( I )

I  F t  N  s

2. Quantidade de Movimento ( Q )

Q  m v  kg  m / s Em relação ao processo secundário de aproveitamento de energia ilustrado na figura,a perda global de energia é reduzida por meio da transformação de energia a) térmica em mecânica. b) mecânica em térmica. c) química em térmica. d) química em mecânica. e) elétrica em luminosa.

3 - (UNIFOR CE) O Ceará é hoje um dos principais destinos turísticos do país e uma das suas atrações é o Beach Park, um parque temático de águas. O toboágua, um dos maiores da América Latina, é uma das atrações preferidas e mais radicais, com uma altura de 41m.

Considere uma criança deslizando desta altura e despreze o atrito. Analise as afirmações:

I. Quanto maior for o peso da criança, maior a velocidade final alcançada.

II. A energia cinética da criança, na chegada, depende da altura do toboágua.

III. O tempo de queda não depende da altura do toboágua.

6

3. Teorema do Impulso 

I  Q

4. Sistema Isolado Um sistema é isolado quando a Força Resultante de todas as forças externas ao sistema é nula.

Haverá uma conservação no vetor Quantidade de movimento do sistema.

5. Colisões

Física

UNIDADE 6 ENFIM, PODEMOS VOAR!!!

Exercícios 1 - Sabemos que um livro fica em equilíbrio sobre uma mesa porque a força normal equilibra o peso do livro, isto é, tem o mesmo módulo, a mesma direção e o sentido contrário ao do peso do livro. Concluímos pela 3ª Lei de Newton, que a força normal é a reação do Num jogo de futebol americano, o jogador A, de massa mA = 72kg, avança com a bola (de massa desprezível), com velocidade vA = 5 m/s. Um defensor B do time adversário, de massa mB = 75kg, avança com vB = 4m/s, na mesma direção de vA, mas em sentido oposto. O defensor se agarra com A, e os dois permanecem juntos por algum tempo. Qual a velocidade (em m/s) e o sentido com que os dois se movem depois do choque, supondo que ele seja totalmente inelástico? a) b) c) d) e)

0,4 no sentido de vB 0,4 no sentido de vA 4,5 no sentido de vB 4,5 no sentido de vA zero

2 - (UDESC) Um veículo tipo X, cuja massa é de 1200 kg, colide com um veículo tipo Y, cuja massa é de 1300 kg. A colisão acontece em um ângulo reto, quando ambos atravessam um cruzamento, durante uma tempestade de neve. A velocidade dos veículos, ao entrarem nesse cruzamento, é de 144 km/h e 90 km/h, respectivamente. Despreze a força de atrito, e admita que os veículos se mantenham unidos um ao outro, logo após a colisão.

O balonismo é um esporte aeronáutico praticado com um balão de ar quente. Possui adeptos em todo o mundo.

No Brasil, o esporte começou a se popularizar a partir dos anos 90.

O balão é considerado uma aeronave assim como avião, helicópteros e outros. Por esta razão o balão deve ter uma matricula (prefixo) registrado junto à ANAC, seu piloto deve possuir uma licença (brevê) específico para a pratica do balonismo também emitido pela ANAC. Além disso o balão deve possuir uma apólice de seguro aeronáutico, um certificado de autorização de voo obrigatórios O balonismo no Brasil (e no mundo) vem se desenvolvendo principalmente por servir como uma poderosa ferramenta de mídia, atraindo anunciantes de todos os segmentos, ou seja; a presença nos balões de logomarcas de grandes empresas e/ou campanhas publicitárias vem auxiliando no desenvolvimento e popularização do esporte.

[Adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Balonismo]

HIDROSTÁTICA 

Massa Específica e Densidade



m V

d

m  g kg   1 3  103 3  V cm m  

 Pressão F N    2  Pa  A m 

p

 Pressão Atmosférica

1atm  105 Pa  760 mmHg Nível do Mar 

 Pressão Hidrostática

p Hidrostática  gh

 Princípio de Pascal

F1 F2  A1 A2  Princípio de Arquimedes (Força Empuxo)

E  Vg Assinale a alternativa que melhor representa a trajetória dos veículos, depois da colisão, com base nas informações e na figura acima. a) b) c) d) e)

C B A D E

ENEM

Exercícios 1 - (ENEM) O manual que acompanha uma ducha higiênica informa que a pressão mínima da água para o seu funcionamento apropriado é de 20 kPa. A figura mostra a instalação hidráulica com a caixa d’água e o cano ao qual deve ser conectada a ducha.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

UNIDADE 7 A lua e as marés tudo bem, mas será que o cabelo também?

O valor da pressão da água na ducha está associado à altura a) b) c) d) e)

h1. h2. h3. h4. h5.

2- (ENEM) Em um experimento realizado para determinar a densidade da água de um lago, foram utilizados alguns materiais conforme ilustrado: um dinamômetro D com graduação de 0 N a 50 N e um cubo maciço e homogêneo de 10 cm de aresta e 3 kg de massa.

Inicialmente, foi conferida a calibração do dinamômetro, constatando-se a leitura de 30 N quando o cubo era preso ao dinamômetro e suspenso no ar. Ao mergulhar o cubo na água do lago, até que metade do seu volume ficasse submersa, foi registrada a leitura de 24 N no dinamômetro.

Na verdade, a Lua não produz esse efeito sozinha. Os movimentos de subida e descida do nível do mar - as chamadas marés - também sofrem influência do Sol, dependendo da intensidade da força de atração dele e da Lua sobre o nosso planeta. Assim como a Terra atrai a Lua, fazendo-a girar ao seu redor, a Lua também atrai a Terra, só que de um jeito mais sutil. O puxão gravitacional de nosso satélite tem pouco efeito sobre os continentes, que são sólidos, mas afeta consideravelmente a superfície dos oceanos devido à fluidez, com grande liberdade de movimento, da água. A cada dia, a influência lunar provoca correntes marítimas que geram duas marés altas (quando o oceano está de frente para a Lua e em oposição a ela) e duas baixas (nos intervalos entre as altas). O Sol, mesmo estando 390 vezes mais distante da Terra que a Lua, também influi no comportamento das marés - embora a atração solar corresponda a apenas 46% da lunar.

[Adaptado de http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-asfases-da-lua-influenciam-as-mares]

GRAVITAÇÃO LEIS DE KEPLER 1a Lei – Lei das Órbitas Cada planeta descreve uma órbita elíptica em torno do Sol, da qual o Sol ocupa um dos focos.

2a Lei – Lei das Áreas O raio-vetor (segmento de reta imaginário que liga o Sol ao planeta) "varre" áreas iguais, em intervalos de tempo iguais.

3a Lei – Lei dos Períodos Os quadrados dos períodos de translação dos planetas em torno do Sol são proporcionais aos cubos dos raios médios de suas órbitas.

T 2  kR3 LEI DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL Gravidade = “Matéria atrai matéria”

FG  Considerando que a aceleração da gravidade local é de 10 m/s2, a densidade da água do lago, em g/cm3, é a) b) c) d) e)

8

0,6.

1,2.

1,5.

2,4.

4,8.

GMm d2

G  6,67 x1011

Nm 2 kg 2

Exercícios 1 - (ENEM) Na linha de uma tradição antiga, o astrônomo grego Ptolomeu (100-170 d.C.) afirmou a tese do geocentrismo, segundo a qual a Terra seria o centro do universo, sendo que o Sol, a Lua e os planetas girariam em seu redor em órbitas circulares. A teoria de Ptolomeu resolvia de modo razoável os problemas astronômicos da sua época. Vários séculos mais tarde, o clérigo e

Física astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), ao encontrar inexatidões na teoria de Ptolomeu, formulou a teoria do heliocentrismo, segundo a qual o Sol deveria ser considerado o centro do universo, com a Terra, a Lua e os planetas girando circularmente em torno dele. Por fim, o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler (15711630), depois de estudar o planeta Marte por cerca de trinta anos, verificou que a sua órbita é elíptica. Esse resultado generalizou-se para os demais planetas.

A respeito dos estudiosos citados no texto, é correto afirmar que a) Ptolomeu apresentou as ideias mais valiosas, por serem mais antigas e tradicionais. b) Copérnico desenvolveu a teoria do heliocentrismo inspirado no contexto político do Rei Sol. c) Copérnico viveu em uma época em que a pesquisa científica era livre e amplamente incentivada pelas autoridades. d) Kepler estudou o planeta Marte para atender às necessidades de expansão econômica e científica da Alemanha. e) Kepler apresentou uma teoria científica que, graças aos métodos aplicados, pôde ser testada e generalizada.

UNIDADE 8 A Terra é a nossa salvação?

Energia Geotérmica O calor da terra existe uma parte por baixo da superfície do planeta, mas em algumas partes está mais perto da superfície do que outras, o que torna mais fácil a sua utilização.

Em certos locais, fazendo furos de apenas 100 metros é possível alcançar calor útil, assim como existem zonas onde contém nascentes de água quente completamente espontâneas. Mas na maior parte do mundo é necessário fazer furos de quilómetros de profundidade para encontrar calor significativo. (Tipicamente na crosta terrestre o calor aumenta 25º a 30º celsius por cada quilómetro de profundidade em direcção ao centro da terra.)

A energia geotérmica tem muitas aplicações práticas, pode servir para aquecer habitações, piscinas, estufas de agricultura e Centrais geotérmicas para a produção de energia elétrica.

Devido à necessidade de se obter energia elétrica de uma maneira mais limpa e em quantidades cada vez maiores, existe um interesse renovado neste tipo de energia pouco poluente.

[Adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_geot%C3%A9rmica]

CALORIMETRIA 1. Calor x Temperatura

Calor Energia em trânsito, que se transfere naturalmente de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura.

Equilíbrio Térmico Constitui em um estado onde dois ou mais corpos se encontram na mesma temperatura. Não há transferência de calor.

FIQUE LIGADO NO ENEM! • Nenhum corpo ou sistema perde ou ganha temperatura, pois a mesma é apenas uma indicação indireta do grau de vibração ou agitação molecular.

• Como calor é energia em trânsito, então, ou ele está se transferindo de um corpo a outro, devido a diferença de temperatura ou não existe, como é o caso do equilíbrio térmico.

Portanto, a idéia de calor contido, armazenado ou acumulado em um corpo é sempre falsa. Por exemplo: “estou com calor” é uma afirmação incorreta pois dá a idéia de calor contido.

• O frio não existe fisicamente, nenhum corpo ganha ou perde frio. O frio constitui uma sensação decorrente da perda de calor.

• Casaco, jaqueta, cobertor são bons isolantes térmicos e não fontes térmicas. Por exemplo: “vou colocar o casaco para me esquentar” é uma afirmação falsa pois o casaco é um bom isolante térmico, ele não produz calor, o papel dele é evitar a transferência de calor.

2. Calor Sensível x Calor Latente Calor Sensível Quantidade de energia necessária para variar temperatura de uma certa quantidade de substância.

Q  mcT Q = Quantidade de calor sensível m = massa da substância c = calor específico da substância T = T – T0 = variação de Temperatura

FIQUE LIGADO NO ENEM! • O calor específico é uma característica própria da substância e indica o quanto é fácil ou difícil de variar a sua temperatura.

Calor Latente Quantidade de energia necessária para mudar o estado físico de uma substância, sob temperatura constante.

Q  mL Q = Quantidade de calor latente m = massa da substância L = calor Latente de mudança de estado.

Temperatura Indicação do grau de vibração molecular de um corpo.

ENEM

a

9

Ciências da Natureza e suas Tecnologias 6. Capacidade Térmica A capacidade térmica indica a quantidade de calor sensível que um corpo ou sistema perde ou ganha para variar a sua temperatura.

C

Q  mc T

Exercícios 1 - (ENEM) Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100 ºC. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência:  Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa.  Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosamente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando-a em seguida.  Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo.

Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento a) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa. b) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa. c) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água. d) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água. e) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição.

2 - (ENEM) O Sol representa uma fonte limpa e inesgotável de energia para o nosso planeta. Essa energia pode ser captada por aquecedores solares, armazenada e convertida posteriormente em trabalho útil. Considere determinada região cuja insolação — potência solar incidente na superfície da Terra — seja de 800 watts/m2.

Uma usina termossolar utiliza concentradores solares parabólicos que chegam a dezenas de quilômetros de extensão. Nesses coletores solares parabólicos, a luz refletida pela superfície parabólica espelhada é focalizada em um receptor em forma de cano e aquece o óleo contido em seu interior a 400 ºC. O calor desse óleo é transferido para a água, vaporizando-a em uma caldeira. O vapor em alta pressão movimenta uma turbina acoplada a um gerador de energia elétrica.

Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de largura e que focaliza no receptor os 800 watts/m2 de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal g–1 ºC–1 = 4.200 J kg–1 ºC–1, então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1 m3 (equivalente a 1 t) de água de 20 ºC para 100 ºC, em uma hora, estará entre a) 15 m e 21 m. b) 22 m e 30 m. c) 105 m e 125 m. d) 680 m e 710 m. e) 6.700 m e 7.150 m.

UNIDADE 9 A terra está aquecendo. Será? Como?

Ultimamente, o aquecimento global virou assunto nos mais diversos meios de comunicação, a população está preocupada com o que poderá acontecer com o nosso planeta.

Como o próprio nome já diz, aquecimento global é a elevação da temperatura do planeta, gerando sérias complicações como: furacões, secas, enchentes, extinção de milhares de animais e vegetais, derretimento dos pólos e vários outros problemas que o homem não tem condições de enfrentar ou controlar.

Há muitos anos, o homem destrói o planeta (matando e poluindo) e os pesquisadores alertam sobre as conseqüências graves desses atos.

Existem várias evidências que a temperatura do planeta aumentou: os termômetros subiram 0,6ºC desde o meio do século XIX, o nível dos oceanos também subiu e as regiões glaciais do planeta estão diminuindo. Os cientistas também consideram prova do aquecimento global, a diferença de temperatura entre a superfície terrestre e a troposfera (zona atmosférica mais próxima do solo).

A maioria dos cientistas climáticos acredita que o aumento da quantidade de gases estufa (gás carbônico, metano, etc) lançados na atmosfera provoca uma elevação da temperatura, a emissão desses gases (fruto do desmatamento e da queima de combustíveis fósseis) formam uma barreira impedindo que o calor se propague aumentando a temperatura da terra.

[Adaptado de http://www.infoescola.com/geografia/o-que-eaquecimento-global/]

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Física PROPAGAÇÃO DE CALOR Condução Processo de transferência de calor que ocorre preferencialmente nos matérias sólidos. Neste processo, a energia (calor) é transferida através de choques moleculares que ocorrem no interior das substâncias, portanto não há transporte de matéria neste processo. Os melhores condutores de calor são os metais e dentre os péssimos condutores (isolantes térmicos) podemos destacar: vidro comum, gelo, ar, madeira, isopor, couro...

b) O calor é transmitido do ar para as placas difusoras e das placas para o processador através do fenômeno de convecção. c) O calor é transmitido do processador para as placas difusoras através do fenômeno de condução. d) O frio é transmitido do processador para as placas difusoras e das placas para o ar através do fenômeno de radiação. e) O frio é transmitido das placas difusoras para o ar através do fenômeno de radiação.

02 - (IFSP) Leia o texto a seguir.

FIQUE LIGADO NO ENEM! • A condução ocorre também nos líquidos e gases, porém a condutibilidade nestes meios é extremamente baixa.

Convecção Processo de transferência de calor que ocorre nos fluidos (líquidos e gases). Neste processo, a energia (calor) é transferida através do transporte de matéria que se efetua em virtude da diferença de densidade proporcionada no interior de um fluido. Um fluido quente como é menos denso tende a subir e um fluido frio por ser mais denso tende a descer.

Durante o dia, parte da energia solar é captada pela superfície da Terra e absorvida, enquanto a outra parte é irradiada para a atmosfera, de volta para o espaço. Os gases naturais que existem na atmosfera funcionam como uma espécie de capa protetora que impede a dispersão total do calor, o que ajuda a manter o planeta quente.

Se esse processo, denominado efeito estufa, não existisse, a temperatura da superfície terrestre seria, em média, cerca de 34ºC mais fria do que é hoje. Portanto, pode-se afirmar que o efeito estufa é imprescindível para a manutenção da vida sobre a Terra. (www.rudzerhost.com/ambiente/estufa.htm#topo Acesso em: 22.10.2012. Adaptado.)

Irradiação ou Radiação Processo de transferência de calor que se dá através de ondas eletromagnéticas. Em virtude disto, este é o único processo que, além de ocorrer nos meios sólido, líquido e gasoso, pode ocorrer no vácuo.

Nos últimos séculos, a ação do homem vem promovendo, na atmosfera, um aumento considerável na taxa de dióxido de carbono (CO2), gás importante na produção do efeito estufa. A ação antropogênica, ou seja, a interferência humana sobre o meio ambiente é apontada como uma das responsáveis pelo aumento, acima do normal, da temperatura no planeta.

Exercícios

Sobre esse assunto assinale a alternativa correta.

01 - (UEL PR) O cooler, encontrado em computadores e em aparelhos eletroeletrônicos, é responsável pelo resfriamento do microprocessador e de outros componentes. Ele contém um ventilador que faz circular ar entre placas difusoras de calor. No caso de computadores, as placas difusoras ficam em contato direto com o processador, conforme a figura 10, a seguir.

a) A destruição da camada de ozônio pelo aumento de dióxido de carbono na atmosfera é um dos fatores responsáveis pelo efeito estufa. b) O aumento da concentração de gases, como o gás carbônico, por ação antropogênica se deve principalmente pela queima de combustíveis fósseis e destruição de florestas naturais. c) Uma das consequências do efeito estufa é a diminuição de absorção de raios solares, o que interfere na fotossíntese, provocando alterações na cadeia alimentar dos diferentes ecossistemas. d) A ação antropogênica não pode ser considerada um fator de alteração ambiental, uma vez que o efeito estufa existe independentemente da supressão de gases como o CO2 pelo homem. e) As chuvas ácidas são consequência do efeito estufa e provocam a acidificação de oceanos, interferindo na sobrevivência do fitoplancton marinho.

Figura 10: Vista lateral do cooler e do processador.

Sobre o processo de resfriamento desse processador, assinale a alternativa correta.

a) b) c) d)

Apenas II. Apenas III. Apenas I e II. Apenas II e III.

a) O calor é transmitido das placas difusoras para o processador e para o ar através do fenômeno de radiação.

ENEM

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

UNIDADE 10 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS Dilatação Linear É aquela em que predomina a variação em uma única dimensão, ou seja, o comprimento. Para estudarmos a dilatação linear, consideremos uma barra de comprimento inicial Li, à temperatura inicial ti.

Aumentando a temperatura da barra tf, seu comprimento passa a Lf.

Em que L = Lf - Li é a variação de comprimento, isto é, a dilatação linear da barra, na variação de temperatura t = tf - ti.

L = Li  t Dilatação Superficial É aquela em que predomina a variação em duas dimensões, ou seja, a área. Consideremos uma placa de área inicial Ai, à temperatura inicial ti. Aumentando a temperatura da placa para tf, sua área passa para Af.

Em que: A = Af - Ai t = tf - ti

Em que  é o coeficiente de dilatação volumétrica do material que constitui o corpo.

O coeficiente de dilatação volumétrica  é aproximadamente igual ao triplo do coeficiente de dilatação linear , isto é:  = 3 Dilatação dos Líquidos Como os líquidos não apresentam forma própria, só tem significado o estudo de sua dilatação volumétrica. Ao estudar a dilatação dos líquidos precisa-se levar em conta a dilatação do recipiente sólido que o contém.

De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos ao serem igualmente aquecidos.

No aquecimento de um líquido contido num recipiente, o líquido irá, ao dilatar-se juntamente com o recipiente, ocupar parte da dilatação sofrida pelo recipiente, além de mostrar uma dilatação própria, chamada dilatação aparente.

A dilatação aparente é aquela diretamente observada e a dilatação real é aquela que o líquido sofre realmente.

Consideremos um recipiente totalmente cheio de um líquido à temperatura inicial ti.

Aumentando a temperatura do conjunto (recipiente + líquido) até uma temperatura tf, nota-se um extravasamento do líquido, pois este se dilata mais que o recipiente.

A dilatação aparente do líquido é igual ao volume que foi extravasado.

A dilatação real do líquido é dada pela soma da dilatação aparente do líquido e da dilatação volumétrica sofrida pelo recipiente.

A = Ai t O coeficiente de dilatação superficial para cada substância é igual ao dobro do coeficiente de dilatação linear, isto é:

 = 2 Dilatação Volumétrica É aquela em que ocorre quando existe variação das três dimensões de um corpo: comprimento, largura e espessura. Com o aumento da temperatura, o volume da figura sofre um aumento ΔV, tal que:

real = ap + recip.

Exercícios

V = Vf - Vi t = tf - ti

V = Vi.  . t Em que Vi = volume inicial.

Vf = volume final .V = variação de volume (dilatação volumétrica).

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Vreal = Vap + Vrecip  Vireal t = ViapT + Virecip. t

01 - (UERGS) A dilatação de sólidos, líquidos e gases é um fenômeno relacionado à variação da temperatura e tem muitas aplicações no dia-a-dia das pessoas. Sobre dilatação, é correto afirmar que: a) O volume de 1 kg de água é maior a 4 °C do que a 2 °C. b) O volume de 1 kg de água é menor a 4 °C do que a 2 °C. c) O tamanho de um furo em uma placa metálica diminui quando esta é aquecida. d) O volume de água, a 0 °C, resultante do derretimento de um cubo de gelo, a 0 °C, é maior que o volume do cubo de gelo original.

Física e) As unidades dos coeficientes de dilatação linear, superficial e volumétrica são, respectivamente, °C/m, °C/m² e °C/m³.

02 - (UDESC) A figura (a) mostra um dispositivo que pode ser usado para ligar ou desligar um forno, dependendo da temperatura do local onde se encontra o sensor (barra AB). Essa barra é constituída de dois metais diferentes e, ao ser aquecida, fecha o circuito, como indicado na figura (b).

O funcionamento do dispositivo acima indicado ocorre devido: a) a metais diferentes possuírem calores específicos diferentes. b) a metais diferentes possuírem condutividades térmicas diferentes. c) ao calor fluir sempre de um corpo a uma temperatura maior para um corpo a uma temperatura menor, e nunca ocorrer o fluxo contrário. d) a metais diferentes possuírem calores latentes diferentes. e) a metais diferentes possuírem coeficientes de dilatação térmica diferentes.

03 - (FURG RS) Analise cada uma das seguintes afirmativas relacionadas à termodinâmica e indique se são verdadeiras (V) ou falsas (F). ( ) Átomos ou moléculas de um corpo, seja no estado sólido, líquido ou gasoso, estão em constante movimento. ( ) O limite inferior para a temperatura de um corpo, já obtido em laboratório, é de –273 oC (zero absoluto), situação em que os átomos cessam seus movimentos. ( ) Uma lâmina bimetálica, constituída de duas lâminas de metais diferentes, que é plana na temperatura ambiente, entorta ao ser aquecida. ( ) Quando dois corpos distintos são colocados em contato, isolados de influências externas, após um certo tempo eles atingem uma situação de mesma energia interna.

Quais são, respectivamente, as indicações corretas? a) F-F-V-V b) F - V - F- V c) V-V-F-F d) V - F - V - F e) V-F-V-V

UNIDADE 11 ESTUDO DOS GASES 1. Comportamento Térmico dos Gases

Exercícios 01 - (UNIFOR CE) Em um sistema termodinâmico, um gás considerado perfeito encontra-se no estado A com pressão pA, volume VA e temperatura TA, conforme diagrama pressão x volume mostrado abaixo. É então levado para o estado indicado pelo ponto B (p B, VB, TB) e em seguida para o estado C (pC, VC, TC).

Leia e analise os itens que se seguem: I. A temperatura do gás no ponto B é 50% maior que a temperatura no ponto A. II. A temperatura do gás no ponto C é três vezes maior que a temperatura no ponto A. III. A temperatura do gás no ponto B é metade da temperatura do gás no ponto C. IV. A temperatura do gás no ponto A é igual a temperatura no ponto B. É verdadeiro o que se afirma em:

ENEM

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias a) b) c) d) e)

I e II apenas.

II e III apenas.

I, II e IV. II, III e IV. I, II e III.

02 - (UNIFOR CE) O Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) é um dos subprodutos do petróleo, como a gasolina, o diesel e os lubrificantes. Torna-se liquefeito por compressão em botijões de aço, atingindo pressões que variam entre 6 e 8 atm. Todos os recipientes são cheios até 85% de sua capacidade volumétrica, ficando 15% de espaço livre destinado à vaporização do produto.

Considere um botijão de 13 Kg de gás. Abre-se a válvula do botijão e deixa-se escapar certa massa do gás, menor que a massa inicial. Fechando-se novamente a válvula, podemos concluir que:

a) as explosões nas erupções vulcânicas se devem, na realidade, à expansão de bolhas de gás. b) a expansão dos gases próximos à superfície se deve à diminuição da temperatura do magma. c) a ascensão do magma é facilitada pelo aumento da pressão sobre o gás, o que dificulta a expansão das bolhas. d) a densidade aparente do magma próximo à cratera do vulcão é maior que nas regiões mais profundas do vulcão, o que facilita sua subida.

UNIDADE 12 Carros Elétricos, será que são viáveis?

Táxi elétrico desmistifica autonomia dos veículos a bateria

a) A pressão do gás no espaço livre diminui proporcionalmente ao volume do gás expelido. b) A pressão do gás no espaço livre não varia, permanecendo a mesma que a pressão inicial. c) A pressão do gás no espaço livre diminui, porém não proporcionalmente ao volume do gás expelido. d) A pressão do gás no espaço livre aumenta proporcionalmente ao volume do gás expelido. e) A pressão do gás no espaço livre aumenta porém, não proporcionalmente ao volume do gás expelido.

TEXTO: 1 - Comum à questão: 3 Em abril de 2010, erupções vulcânicas na Islândia paralisaram aeroportos em vários países da Europa. Além do risco da falta de visibilidade, as cinzas dos vulcões podem afetar os motores dos aviões, pois contêm materiais que se fixam nas pás de saída, causando problemas no funcionamento do motor a jato.

03 - (UNICAMP SP) Uma erupção vulcânica pode ser entendida como resultante da ascensão do magma que contém gases dissolvidos, a pressões e temperaturas elevadas. Esta mistura apresenta aspectos diferentes ao longo do percurso, podendo ser esquematicamente representada pela figura abaixo, onde a coloração escura indica o magma e os discos de coloração clara indicam o gás. Segundo essa figura, pode-se depreender que

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Além de carros a hidrogênio e veículos para guiar de pé, o Salão do Automóvel de Tóquio está revelando várias novidades no campo dos veículos elétricos.

Um dos que está fazendo maior sucesso é o EVA, criado por engenheiros da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha.

O EVA é um protótipo de táxi elétrico projetado para grandes centros urbanos.

A ideia é desafiar o conceito largamente disseminado de que osveículos elétricos não têm autonomia adequada para as necessidades urbanas.

Afinal, um táxi precisa ficar rodando o dia todo, não pode ficar parado horas para recarregar, e menos ainda deixar o passageiro no meio da viagem porque acabou a bateria.

Para isso, o EVA possui um conjunto de baterias que recarregam em apenas 15 minutos, oferecendo uma autonomia de 200 quilômetros.

Os primeiros testes do táxi elétrico foram feitos em Cingapura, onde se registraram percursos de até 500 km em um dia - o que foi suprido por três recargas das baterias, feitas entre uma corrida e outra. [adaptado de http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/meta. php?meta=Ve%EDculos%20H%EDbridos%20e%20El%E9tricos]

TERMODINÂMICA Trabalho Termodinâmico ()

Física 3. Energia Interna (U) Lembre-se de que as moléculas de um corpo possuem movimentação (translação e/ou rotação) e para que elas tenham esta movimentação devem ser dotadas de energia.

Portanto ao somarmos a energia de cada uma das moléculas que formam o corpo teremos uma energia total, denominada Energia Interna.

Pode-se observar na equação mais abaixo que a Energia Interna é diretamente proporcional ao número de moléculas do corpo e diretamente proporcional a Temperatura absoluta (Kelvin) do corpo.

3 3 U  nRT  pV 2 2 1a Lei da Termodinâmica HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente.

São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).

Se fosse necessário melhorar o rendimento dessa usina, que forneceria eletricidade para abastecer uma cidade, qual das seguintes ações poderia resultar em alguma economia de energia, sem afetar a capacidade de geração da usina?

a

2 Lei da Termodinâmica

a) Reduzir a quantidade de combustível fornecido à usina para ser queimado. b) Reduzir o volume de água do lago que circula no condensador de vapor. c) Reduzir o tamanho da bomba usada para devolver a água líquida à caldeira. d) Melhorar a capacidade dos dutos com vapor conduzirem calor para o ambiente. e) Usar o calor liberado com os gases pela chaminé para mover um outro gerador.

2. (ENEM) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira.

Exercícios 1 - (ENEM) O esquema mostra um diagrama de bloco de uma estação geradora de eletricidade abastecida por combustível fóssil.

Disponível em: http://home.howstuffworks.com.

Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado).

ENEM

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira,

Classificação das Ondas

a) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira. b) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. c) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira. d) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. e) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia.

UNIDADE 13 VIVEMOS EM UM MAR ELETROMAGNÉTICO

Equação Fundamental Da Ondulatória

v Telefone celular (português brasileiro) ou tele móvel (português europeu) é um aparelho de comunicação por ondas eletromagnéticas que permite a transmissão bidirecional de voz e dados utilizáveis em uma área geográfica que se encontra dividida em células (de onde provém a nomenclatura celular), cada uma delas servida por um transmissor/receptor. A invenção do telefone celular ocorreu em 1947 pelo laboratório Bell, nos Estados Unidos.1 Há diferentes tecnologias para a difusão das ondas eletromagnéticas nos telefones móveis, baseadas na compressão das informações ou na sua distribuição: na primeira geração (1G) (a analógica, desenvolvida no início dos anos 1980), com os sistemas NMT e AMPS; na segunda geração (2G) (digital, desenvolvida no final dos anos 1980 e início dos anos 1990): GSM, CDMA e TDMA; na segunda geração e meia (2,5G) (uma evolução à 2G, com melhorias significativas em capacidade de transmissão de dados e na adoção da tecnologia de pacotes e não mais comutação de circuitos), presente nas tecnologias GPRS, EDGE, HSCSD e 1xRTT; na terceira geração (3G) (digital, com mais recursos, em desenvolvimento desde o final dos anos 1990), como UMTS e EVDO; na terceira geração e meia (3,5G), como HSDPA, HSPA e HSUPA. Já em desenvolvimento a4G (quarta geração).

Aparelhos análogos baseados no rádio já eram utilizados pelos autoridades policiais de Chicago na década de trinta, entre outras tecnologias.

 T

 f

ONDE: v = velocidade de propagação da onda  = comprimento de onda (distância que a onda percorre para completar um ciclo ou uma oscilação.

T = período (tempo que a onda leva para completar um ciclo ou uma oscilação) f = freqüência (número de oscilações ou ciclos que a onda completa na unidade de tempo.

Exercícios 1 - (UEM) Duas pessoas estão nas margens opostas de um lago de águas tranqüilas. Para comunicar-se com a outra, uma delas coloca um bilhete dentro de uma garrafa que, depois de arrolhada, é abandonada na água, sem velocidade inicial. A seguir, a pessoa bate na água, periodicamente, produzindo ondas que se propagam conforme mostra a figura a seguir. A freqüência da onda produzida é 10 Hz. Dessa maneira, pensa que a garrafa será transportada para a outra margem, à medida que os pulsos a atingem. Em relação a essa situação, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).

[adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Telefone_celular]

INTRODUÇÃO À ONDULATÓRIA Onda consiste numa perturbação ou vibração que se propaga transmitindo ENERGIA, sem transporte de matéria.

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a) O comprimento de onda  é 50 cm. b) A velocidade da onda é 50 cm/s. c) O período T da onda é 1x10-2 s. d) A amplitude de oscilação da onda é 5 cm. e) Se o comprimento de onda for aumentado, a garrafa chegará do outro lado mais depressa.

Física 2 - (ENEM) Em um dia de chuva muito forte, constatouse uma goteira sobre o centro de uma piscina coberta, formando um padrão de ondas circulares. Nessa situação, observou-se que caíam duas gotas a cada segundo. A distância entre duas cristas consecutivas era de 25 cm e cada uma delas se aproximava da borda da piscina com velocidade de 1,0 m/s. Após algum tempo a chuva diminuiu e a goteira passou a cair uma vez por segundo.

Com a diminuição da chuva, a distância entre as cristas e a velocidade de propagação da onda se tornaram, respectivamente,

01 - (UEPB) Todo corpo capaz de vibrar ou oscilar tem frequência natural de oscilação, quer seja ele uma lâmina de aço, um copo de vidro, um automóvel, quer seja uma ponte. Se uma fonte oscilante tiver a mesma frequência que a frequência natural de um corpo, este pode atingir o colapso. Foi o que aconteceu com a ponte de Tacoma em 1940 nos Estados Unidos, levando-a quebrar-se, conforme ilustrado ao lado.

(Gaspar, A. Experiências de Ciências para o Ensino Fundamental, editora Ática, São Paulo, 2005)

a) maior que 25 cm e maior 1,0 m/s. b) maior que 25 cm e igual a 1,0 m/s. c) menor que 25 cm e menor que 1,0 m/s. d) menor que 25 cm e igual a 1,0 m/s. e) igual a 25 cm e igual a 1,0 m/s.

UNIDADE 14 FENÔMENOS ONDULATÓRIOS

Sobre este fenômeno, é correto afirmar: a) Não há relação alguma entre as frequências da fonte oscilante e a frequência natural do corpo, que possa ocasionar o colapso. b) É devido à superposição de ondas que a frequência da fonte oscilante pode atingir a freqüência natural do corpo, e este entrar em colapso. c) É devido à interferência das ondas que a frequência da fonte oscilante pode atingir a frequência natural do corpo, e este entrar em colapso. d) Quando a fonte oscilante tem frequência igual à frequência natural do corpo, este entra em ressonância. e) O colapso acontece devido ao efeito Doppler.

02 - (UDESC) Analise as proposições em relação ao efeito de polarização das ondas eletromagnéticas.

I. A polarização é uma característica das ondas transversais.

II. A polarização é uma característica das ondas longitudinais.

III. Os óculos de sol são exemplos de filtros polarizadores e aumentam a intensidade da radiação incidente.

IV. Os óculos de sol são exemplos de filtros polarizadores e reduzem a intensidade da radiação incidente.

Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras. c) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. e) Somente a afirmativa III é verdadeira.

ENEM

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias 03 - (UDESC) De acordo com o princípio da superposição, duas ondas luminosas podem se somar (interferência construtiva) ou se subtrair (interferência destrutiva) quando atingem simultaneamente o mesmo ponto do espaço.

Analise as proposições em relação ao exposto.

I. Luz mais luz pode resultar em escuridão.

II. Luz mais escuridão pode resultar em escuridão.

III. Luz mais escuridão pode resultar em luz.

IV. Escuridão mais escuridão pode resultar em luz.

Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são verdadeiras.

TEXTO: 1 - Comum à questão: 4 Peritos utilizam técnica arqueológica para descobrir conexões clandestinas de água em postos de gasolina Usado para descoberta de nichos arqueológicos, o georadar prova que é uma excelente tecnologia para detectar conexões clandestinas de água em postos de gasolina.

04 - (UFABC) Enquanto passeia sobre o pátio, o georadar capta informações que são visualizadas na tela de um computador, de modo semelhante a uma ultrasonografia. Apesar da semelhança do geo-radar com o ultra-som, as ondas emitidas por esses aparelhos guardam extremas distinções, já que para o primeiro são utilizadas ondas eletromagnéticas, enquanto que o segundo utiliza ondas mecânicas.

Com respeito a essas formas de ondas, analise: I. uma onda mecânica apenas se propaga em meios materiais; II. a lei que determina a velocidade de propagação da onda eletromagnética, em função do comprimento de onda e da freqüência da onda, não se aplica a ondas mecânicas; III. a reflexão, a refração e a difração são fenômenos que ambas as formas de onda podem sofrer. É correto o contido em a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III.

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UNIDADE 15 O som dos instrumentos musicais propaga-se, salvo algumas exceções, em todas as direções.

Quando se criam grandes auditórios, e de forma a não se perder a pressão sonora das orquestras, criam-se conchas acústicas. A concha acústica é um equipamento (fixo ou móvel) disposto à volta da orquestra mas aberto para o lado da platéia, refletindo o som em direção ao público. As conchas acústicas podem ser ao ar livre ou estar dentro de uma sala de espetáculo. As conchas acústicas ao ar livre normalmente são fixas, construídas em alvenaria ou betão, podendo no entanto ser em madeira, vidro ou metal. As conchas acústicas nas salas de espetáculo são, normalmente, amovíveis de forma a que a sua presença não impeça a utilização do palco para outro tipo de espetáculo.

Sendo amovíveis têm que ser construídas em materiais leves e esbeltos, como a madeira ou fibras de vidro. [adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Concha_ac%C3%BAstica]

ACÚSTICA A acústica é a parte da Física que estuda a natureza do som, a sua propagação nos diferentes meios materiais, bem como os efeitos fisiológicos provocados nos seres humanos.

1 - Ondas Sonoras São Ondas Mecânicas Longitudinais e Tridimensionais.

2 - Velocidade do Som

Física Observa-se pela tabela que a velocidade do som no ar é proporcional a Temperatura.

Velocidade de uma onda produzida em uma corda

3 - Qualidades Fisiológicas do Som Altura A altura do som está relacionada à sua freqüência.

SOM ALTO SOM BAIXO

 

SOM AGUDO SOM GRAVE

5 - Cordas Vibrantes

2L v e fN  N N 2L em que : N  1,2,3...

N  Intensidade A intensidade de um som está relacionada a Amplitude da onda. Quanto maior for a sua Amplitude, mais intenso é o som.

6 - Tubos Sonoros Tubos Abertos

2L v e fN  N N 2L em que : N  1,2,3...

N 

Tubos Fechados

NÍVEL SONORO



N  10 log

I I0

Timbre Timbre é a qualidade que permite diferenciar dois sons de mesma freqüência e mesma intensidade, emitidos por fontes diferentes. O Timbre de um som está relacionado a respectiva forma de onda.

4L v e fN  N N 4L em que : N  1,2,3...

N 

*só existem harmônicos ímpares

Exercícios 4 - Ondas Estacionárias

ENEM

01 - (UFRN) O violão, instrumento musical bastante popular, possui seis cordas com espessuras e massas diferentes, resultando em diferentes densidades lineares.

As extremidades de cada corda são fixadas como mostra a figura abaixo.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias Para produzir sons mais agudos ou mais graves, o violonista dispõe de duas alternativas: aumentar ou diminuir a tensão sobre a corda; e reduzir ou aumentar seu comprimento efetivo ao pressioná-la em determinados pontos ao longo do braço do instrumento. Para uma dada tensão, F, e um dado comprimento, L, a frequência de vibração, f, de uma corda de densidade linear  é determinada pela expressão f

1 F 2L 

Levando em consideração as características descritas acima, para tocar uma determinada corda de violão visando produzir um som mais agudo, o violonista deverá a) diminuir o comprimento efetivo da corda, ou aumentar sua tensão. b) aumentar o comprimento efetivo da corda, ou diminuir sua tensão. c) diminuir o comprimento efetivo da corda, ou diminuir sua tensão. d) aumentar o comprimento efetivo da corda, ou aumentar sua tensão.

02 - (UEM) Uma flauta e uma clarineta estão emitindo sons de mesma altura, sendo a amplitude do som da clarineta maior que a amplitude do som da flauta.

Considere uma pessoa situada à mesma distância dos dois instrumentos e assinale o que for correto. a) Os dois sons serão percebidos pela pessoa com a mesma intensidade. b) As formas das ondas sonoras emitidas pelos dois instrumentos são diferentes, caracterizando timbres diferentes para ambas as ondas sonoras. c) Os dois instrumentos estão emitindo a mesma nota musical, ou seja, a mesma intensidade sonora. d) A freqüência do som emitido pela flauta é menor que a freqüência do som emitido pela clarineta. e) A quantidade de energia transportada na onda sonora produzida pela clarineta é menor que na onda sonora produzida pela flauta.

03 - (UEL) Corpos em vibração podem levar à produção de sons, sendo que sons musicais são distinguidos dos sons ordinários pela sua periodicidade. Assim, as notas musicais foram convencionadas como os sons que correspondem a certas freqüências fixas de vibração. Para os músicos, o intervalo entre duas notas de freqüências f1 e f2 é determinado pela razão entre elas f1/f2 e, quando uma freqüência é o dobro da outra, dizemos que os dois sons correspondem à mesma nota, estando a freqüência maior uma oitava acima. Num instrumento de cordas, a freqüência das notas musicais produzidas é determinada pelas características materiais da corda, pelo seu comprimento de vibração e pela tensão a que está submetida. Considere as afirmativas a seguir.

I. Quando, através da mudança da posição do dedo, diminuirmos o comprimento de uma mesma corda de violão pela metade, haverá uma conseqüente diminuição da freqüência de vibração do som resultante, acarretando um som de uma oitava abaixo.

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II. Mesmo possuindo cordas com comprimentos diferentes, violão e cavaquinho podem produzir sons de freqüências diferentes que, ainda assim, corresponderão à mesma nota musical.

III. A mesma nota musical será produzida quando, através da mudança da posição do dedo, quadruplicarmos o comprimento da mesma corda de um violão.

IV. Se fizermos com que duas cordas, uma num violão e outra num cavaquinho, assumam o mesmo comprimento de vibração elas produzirão, necessariamente, a mesma nota musical.

V. Quando, através de um toque com o dedo, dobramos o comprimento de vibração de uma corda de violão, estamos produzindo a mesma nota musical, mas uma oitava abaixo.

Estão corretas apenas as afirmativas: a) b) c) d) e)

I e II. I e V. III e IV. I, II e IV. II, III e V.

UNIDADE 16 A Lua Sangrenta Um eclipse total, deixará a Lua cor de sangue.

Na madrugada do dia 14 para o dia 15 de abril de 2014 ocorreu o primeiro de uma série de 4 eclipses lunares totais. Durante o fenômeno, visível a olho nu, a Lua ficou vermelha. A data marca também o momento de maior aproximação entre Marte e a Terra.

A Lua ficou vermelha durante o eclipse da madrugada.

O fenômeno acontece porque a luz do Sol é filtrada pela Terra antes de chegar à Lua Os astrônomos dão ao fenômeno o nome de tétrade.

Somente oito tétrades devem ocorrer durante todo o século XXI. A desta data é a segunda.

Além disso, a Lua ficou vermelha por 78 minutos. Isso acontece porque, durante um eclipse lunar total, a lua não fica completamente encoberta. Na verdade, ela passa para uma região mais escura na sombra da Terra, conhecida como umbra. Ali, em lugar de receber a luz do Sol diretamente, ela recebe a luz filtrada pela atmosfera terrestre, o que confere uma coloração avermelhada ao satélite. Pelos astrônomos, a Lua vermelha é conhecida como Lua Sangrenta. [adaptado de http://epoca.globo.com/tempo/noticia/2014/04/um-eclipse-totalnesta-madrugada-deixara-lua-bcor-de-sangueb.html]

PRINCÍPIOS DA ÓTICA GEOMÉTRICA 1. Fundamentos Fontes de Luz Primária – Emite luz própria, podem ser chamados de corpos luminosos. (estrelas, vaga-lume, lâmpada acesa...)

Física Secundária – Emite luz refletida, podem ser chamados de corpos iluminados (Lua, parede, quadro negro...)

Princípios de propagação da Luz 1o) Princípio da Propagação Retilínea

As figuras a seguir mostram como um observador, da Terra, pode ver a Lua. Numa noite de Lua Cheia, ele vê como na figura I.

2o) Princípio da Propagação Independente A propagação de um raio de luz independe da existência de outros raios.

3o) Princípio da Propagação Reversa O caminho descrito por um raio de luz é independente do sentido de propagação.

Assinale a alternativa em que haja correta correspondência entre a posição da Lua, a figura observada e o tipo de eclipse.

Exercícios 01 - (IFSP) Leia atentamente o texto a seguir.

Mecanismos do Eclipse

a)

A condição para que ocorra um Eclipse é que haja um alinhamento total ou parcial entre Sol, Terra e Lua. A inclinação da órbita da Lua com relação ao equador da Terra provoca o fenômeno da Lua nascer em pontos diferentes no horizonte a cada dia.

Se não houvesse essa inclinação, todos os meses teríamos um Eclipse da Lua (na Lua Cheia) e um Eclipse do Sol (na Lua Nova).

b)

(www.seara.ufc.br/astronomia/fenomenos/eclipses.htm Acesso em: 03.10.2012.)

Abaixo vemos a Lua representada, na figura, nas posições 1, 2, 3 e 4, correspondentes a instantes diferentes de um eclipse.

ENEM

c) d) e)

Lua na Figura Tipo de posição observada eclipse Solar 1 III parcial Lunar 2 II parcial Solar 3 I total Lunar 4 IV total Lunar 3 V parcial

02 - (UNESP) Cor da chama depende do elemento queimado Por que a cor do fogo varia de um material para outro?

A cor depende basicamente do elemento químico em maior abundância no material que está sendo queimado.

A mais comum, vista em incêndios e em simples velas, é a chama amarelada, resultado da combustão do sódio, que emite luz amarela quando aquecido a altas temperaturas.

Quando, durante a combustão, são liberados átomos de cobre ou bário, como em incêndio de fiação elétrica, a cor da chama fica esverdeada.

(Superinteressante, março de 1996. Adaptado.)

A luz é uma onda eletromagnética. Dependendo da frequência dessa onda, ela terá uma coloração diferente. O valor do comprimento de onda da luz é relacionado com a sua frequência e com a energia que ela transporta: quanto mais energia, menor é o comprimento de onda e mais

21

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

UNIDADE 17

quente é a chama que emite a luz. Luz com coloração azulada tem menor comprimento de onda do que luz com coloração alaranjada.

REFLEXÃO LUMINOSA Leis Da Reflexão

(http://papofisico.tumblr.com. Adaptado.)

Baseando-se nas informações e analisando a imagem, é correto afirmar que, na região I, em relação à região II, a) a luz emitida pela chama se propaga pelo ar com maior velocidade. b) a chama emite mais energia. c) a chama é mais fria. d) a luz emitida pela chama tem maior frequência. e) a luz emitida pela chama tem menor comprimento de onda.

03 - (UNESP) Para que alguém, com o olho normal, possa distinguir um ponto separado de outro, é necessário que as imagens desses pontos, que são projetadas em sua retina, estejam separadas uma da outra a uma distância de 0,005 mm.

a

1 LEI

RI, RR e a Normal são coplanares (mesmo plano).

a

2 LEI i=r

3. Espelho Plano Características da imagem formada num espelho plano:    

O objeto e a imagem possuem naturezas opostas.

Obejeto REAL  Imagem VIRTUAL Obejeto VIRTUAL  Imagem REAL Distância do Objeto ao espelho é sempre igual a distância da imagem ao espelho ( p = p’).  Tamanho do Objeto é igual ao tamanho da Imagem (I = O).  Imagem é DIREITA.  Imagem é REVERSA. Em razão da simetria, um objeto extenso conjuga uma imagem de mesmas dimensões, mas não superponível a ele, como pode ser observado na figura abaixo.

Propriedades do Espelho Plano a) Para que um observador veja sua imagem de corpo inteiro, num espelho vertical, este deve ter metade do tamanho do observador.

Adotando-se um modelo muito simplificado do olho humano no qual ele possa ser considerado uma esfera cujo diâmetro médio é igual a 15 mm, a maior distância x, em metros, que dois pontos luminosos, distantes 1 mm um do outro, podem estar do observador, para que este os perceba separados, é a) b) c) d) e)

1.

2.

3.

4.

5.

b) Campo visual de um espelho é a região espacial que um observador consegue ver por reflexão no espelho.

c)

22

Quando um espelho plano sofre um deslocamento X, perpendicular em relação a imagem, esta sofrerá um deslocamento 2X.

Física d) Quando um espelho é rotacionado de um ângulo , a imagem sofrerá uma rotação igual a 2. e)

Quando dois espelho planos são associados, formando entre si um ângulo, obtemos um sistema óptico capaz de gerar imagens múltiplas.

a) b) c) d) e)

Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

Somente a afirmativa I é verdadeira.

Somente a afirmativa II é verdadeira.

Somente a afirmativa III é verdadeira.

02 - (UPE) Em relação aos espelhos esféricos, analise as proposições que se seguem: Em que  é o ângulo entre os espelhos e N é o número de imagens.

4. Espelhos Esféricos Espelho Convexo

Espelho Côncavo

1. A reta definida pelo centro de curvatura e pelo vértice do espelho é denominada de eixo secundário.

3. O ponto de encontro dos raios refletidos ou de seus prolongamentos, devido aos raios incidentes paralelos ao eixo principal, é denominado de foco principal.

5. O espelho côncavo tem foco virtual, e o espelho convexo, foco real.

7. Todo raio de luz que incide passando pelo foco, ao atingir o espelho, é refletido paralelo ao eixo principal.

9. Quando o objeto é posicionado entre o centro de curvatura e o foco do espelho côncavo, conclui imagem é real, invertida e maior do que o objeto.

A soma dos números entre parênteses que correspondem aos itens CORRETOS é igual a a) b) c) d) e)

25 18 19 10 9

03 - (MACK SP) Um pequeno objeto é colocado sobre o eixo principal de um espelho esférico côncavo, a 40 cm de seu vértice, conforme a figura abaixo (sem escala). O espelho obedece às condições de Gauss e seu raio de curvatura mede 4,00 m. A imagem desse objeto

Exercícios 01 - (UDESC) João e Maria estão a 3m de distância de um espelho plano. João está 8m à esquerda de Maria.

Analise as proposições em relação à informação acima.

a) b) c) d) e)

é virtual e se localiza a 0,50 m do vértice do espelho. é real e se localiza a 0,50 m do vértice do espelho. é virtual e se localiza a 2,50 m do vértice do espelho. é real e se localiza a 2,50 m do vértice do espelho. é virtual e se localiza a 0,40 m do vértice do espelho.

I. A distância de João até a imagem de Maria, refletida pelo espelho, é de 10m.

II. A distância de João e Maria até suas próprias imagens é 6m.

III. A distância de João até a imagem de Maria, refletida pelo espelho, é de 11m.

Assinale a alternativa correta.

ENEM

23

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

UNIDADE 18

 Quanto ao possível desvio na trajetória da luz

Luz do Sol Caetano Veloso Luz do sol Que a folha traga e traduz Em verde novo Em folha, em graça Em vida, em força, em luz...

Céu azul Que venha até Onde os pés Tocam a terra E a terra inspira E exala seus azuis...

REFRAÇÃO LUMINOSA 4. Refração Luminosa A refração Luminosa ocorre quando a luz varia sua velocidade devido a mudança de meio de propagação.

 Dispersão da Luz Branca * O índice de refração no interior do prisma é diferente para cada cor, por isso as mesmas sofrem desvios diferentes ao se refratarem.

Características da Refração  A luz muda de meio de propagação e consequentemente muda de velocidade de propagação.  A luz ao mudar de meio de propagação sofre alteração no seu comprimento de onda.  A luz muda de meio de propagação mas mantém a freqüência constante, ou seja, o raio luminoso não muda de cor.  A luz pode sofrer um desvio na sua trajetória.



Leis da Refração a

1 LEI RI, RR e N são coplanares (mesmo plano). a

2 LEI (Snel-Descartes)

 Posição Aparente a) Observador no meio menos refringente e objeto no meio mais refringente. Os objetos parecem mais próximos.

 Índice de Refração Absoluto (n) O índice de refração é um fator que indica a relação entre a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 10 8 m/s) e a velocidade da luz no meio considerado (v). c * o índice de refração é uma grandeza n adimensional, não possui unidade. v b) Observador no meio mais refringente e objeto no meio menos refringente. Os objetos parecem mais afastados.

24

Física

Tanto para o primeiro caso como para o segundo caso é valido a seguinte expressão matemática para calcular a posição aparente p’. nobservador p'  nobjeto p 

Ângulo Limite de Refração e Reflexão Total

Sendo o meio 1 mais refringente que o meio 2, ao passar de 1 para 2, um raio luminoso sofre um desvio, afastandose da normal. À medida que o ângulo de incidência cresce, o de refração também cresce, mas numa proporção maior.

No esquema abaixo, o ângulo de incidência do raio c é o ângulo-limite porque o seu ângulo de refração é 90º.

Se um raio de luz incidir na superfície de separação de dois meios com ângulo maior que o ângulo-limite, a superfície reflete o raio incidente. A esse fenômeno chamamos reflexão total.

Calculo do Ângulo Limite

n1 sen i  n2 sen re Para a situação Limite, raios c e c’:

i  L e re  90o

n1 sen L  n2 sen 90o n n sen L  2  menor n1 nmaior 01 - (UFPR) Descartes desenvolveu uma teoria para explicar a formação do arco-íris com base nos conceitos da óptica geométrica. Ele supôs uma gota de água com forma esférica e a incidência de luz branca conforme mostrado de modo simplificado na figura ao lado. O raio incidente sofre refração ao entrar na gota (ponto A) e apresenta uma decomposição de cores. Em seguida, esses raios sofrem reflexão interna dentro da gota (região B) e saem para o ar após passar por uma segunda refração (região C).

Posteriormente, com a experiência de Newton com prismas, foi possível explicar corretamente a decomposição das cores da luz branca. A figura não está desenhada em escala e, por simplicidade, estão representados apenas os raios violeta e vermelho, mas deve-se considerar que entre eles estão os raios das outras cores do espectro visível.

ENEM

Sobre esse assunto, avalie as seguintes afirmativas: 1. O fenômeno da separação de cores quando a luz sofre refração ao passar de um meio para outro é chamado de dispersão.

2. Ao sofrer reflexão interna, cada raio apresenta ângulo de reflexão igual ao seu ângulo de incidência, ambos medidos em relação à reta normal no ponto de incidência.

3. Ao refratar na entrada da gota (ponto A na figura), o violeta apresenta menor desvio, significando que o índice de refração da água para o violeta é menor que para o vermelho.

Assinale a alternativa correta. a) b) c) d) e)

Somente a afirmativa 1 é verdadeira.

Somente a afirmativa 2 é verdadeira.

Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras.

Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.

Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.

02 - (UNEMAT MT) Analise as afirmativas.

I. Índice de refração absoluto de um meio é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio.

II. A luz tem sua maior velocidade quando se propaga no vácuo, em qualquer outro meio sua velocidade será menor.

III. Quanto menor a velocidade de propagação da luz num determinado meio, menor o seu índice de refração absoluto.

IV. Um meio é considerado mais refringente que outro quando possui menor índice de refração absoluto.

Assinale a alternativa correta. a) b) c) d) e)

Somente I é verdadeira.

Somente IV é verdadeira.

Somente I e III são verdadeiras.

Somente III é verdadeira.

Somente I e II são verdadeiras.

03 - (PUC SP) A figura mostra a trajetória de um feixe de luz branca que incide e penetra no interior de um diamante.

25

Ciências da Natureza e suas Tecnologias luz branca

violeta

face 1

vermelho

face 2

próprio rato e pingavam o medicamento, um tipo de colírio nos olhos de ratos prématuros que não enxergavam corretamente e a partir de um tempo notaram que eles ficaram curados.

Ainda mais pesquisas devem ser feitas para aprimorar a técnica e verificar se é possível curar qualquer tipo de cegueira ou se somente aquelas pessoas que não nasceram cegas, mas que por algum motivo perderam a visão, como ocorre em casos avançados de diabetes é que poderão ficar curadas. [adaptado de http://www.tuasaude.com/cura-da-cegueira/]

Sobre a situação fazem-se as seguintes afirmações: I. A luz branca ao penetrar no diamante sofre refração e se dispersa nas cores que a constituem.

II. Nas faces 1 e 2 a luz incide num ângulo superior ao ângulo limite (ou crítico) e por isso sofre reflexão total.

III. Se o índice de refração absoluto do diamante, para a luz vermelha, é 2,4 e o do ar é 1, certamente o ângulo limite nesse par de meios será menor que 30º, para a luz vermelha.

Em relação a essas afirmações, pode-se dizer que: a) são corretas apenas I e II. b) são corretas apenas II e III. c) são corretas apenas I e III. d) todas são corretas. e) nenhuma é correta.

LENTES E DEFEITOS DA VISÃO Lentes Esféricas 

Tipos de Lentes



Comportamento Óptico das Lentes



Construção de Imagens

04 - (UFMG) Um professor pediu a seus alunos que explicassem por que um lápis, dentro de um copo com água, parece estar quebrado, como mostrado nesta figura:

Lente Divergente

Bruno respondeu: “Isso ocorre, porque a velocidade da luz na água é menor que a velocidade da luz no ar”.

Tomás explicou: “Esse fenômeno está relacionado com a alteração da freqüência da luz quando esta muda de meio”.

Considerando-se essas duas respostas, é correto afirmar que: a) apenas a de Bruno está certa. b) apenas a de Tomás está certa. c) as duas estão certas. d) nenhuma das duas está certa.

UNIDADE 19 Ver ou não ver, eis a questão!

Cura para a cegueira pode estar próxima, é o que cientistas afirmam. Foram realizadas algumas pesquisas em laboratório utilizando as células tronco em ratos e estes voltaram a enxergar.

A técnica ainda não foi feita em humanos, mas os pesquisadores encontram-se animados com a possibilidade.

Eles criaram um medicamento com base nas células tronco do

26

Lente Convergente

Física

Anomalias Da Visão

Exercícios 1 - (PUC-SP) As figuras a seguir são fotografias de feixes de luz paralelos que incidem e atravessam duas lentes esféricas imersas no ar. Considere que as lentes são feitas de um material cujo índice de refração absoluto é maior do que o índice de refração do ar.

ENEM

Sobre essa situação fazem-se as seguintes afirmações: I. A lente da figura A comporta-se como lente

convergente e a lente da figura B comporta-se como lente divergente.

II. O comportamento óptico da lente da figura A não mudaria se ela fosse imersa em um líquido de índice de refração absoluto maior que o índice de refração absoluto do material que constitui a lente.

III. Lentes com propriedades ópticas iguais às da lente da figura B podem ser utilizadas por pessoas portadoras de miopia.

IV. Para queimar uma folha de papel, concentrando a luz solar com apenas uma lente, uma pessoa poderia utilizar a lente B.

27

Ciências da Natureza e suas Tecnologias Das afirmações, estão corretas apenas a)I e II. b) II e III. c) I e III. d) II e IV. e) I, III e IV 2 - (UFRN) Durante uma consulta ao seu médico oftalmologista, um estudante obteve uma receita com as especificações dos óculos que ele deve usar para corrigir seus defeitos de visão. Os dados da receita estão apresentados no quadro abaixo.

I. O excerto de Leonardo da Vinci é um exemplo do humanismo renascentista que valoriza o racionalismo como instrumento de investigação dos fenômenos naturais e a aplicação da perspectiva em suas representações pictóricas.

II. Num olho humano com visão perfeita, o cristalino focaliza exatamente sobre a retina um feixe de luz vindo de um objeto. Quando o cristalino está em sua forma mais alongada, é possível focalizar o feixe de luz vindo de um objeto distante. Quando o cristalino encontra-se em sua forma mais arredondada, é possível a focalização de objetos cada vez mais próximos do olho, até uma distância mínima.

III. Um dos problemas de visão humana é a miopia. No olho míope, a imagem de um objeto distante formase depois da retina. Para corrigir tal defeito, utilizase uma lente divergente.

Está correto o que se afirma em

Em suas aulas de física, ele havia aprendido como se formam as imagens no olho hipermétrope e no míope, as quais estão representadas nas Figuras I e II abaixo.

a) b) c) d) e)

I, apenas.

I e II, apenas.

I e III, apenas.

II e III, apenas.

I, II e III.

UNIDADE 20 Os LEDs vão dominar o mundo Sabendo que a dioptria, D, popularmente conhecida como “grau da lente”, é determinada pelo inverso da distância focal f(m), medida em metros, isto é, D 

1 , é correto f ( m)

afirmar que o estudante é a) hipermétrope, e as lentes de seus óculos devem ter distância focal igual a 0,5 m. b) hipermétrope, e as lentes de seus óculos devem ter distância focal igual a 2,0 m. c) míope, e as lentes de seus óculos devem ter distância focal igual a 0,5 m. d) míope, e as lentes de seus óculos devem ter distância focal igual a 2,0 m.

3 - (FUVEST SP) O olho é o senhor da astronomia, autor da cosmografia, conselheiro e corretor de todas as artes humanas (...). É o príncipe das matemáticas; suas disciplinas são intimamente certas; determinou as altitudes e dimensões das estrelas; descobriu os elementos e seus níveis; permitiu o anúncio de acontecimentos futuros, graças ao curso dos astros; engendrou a arquitetura, a perspectiva, a divina pintura (...). O engenho humano lhe deve a descoberta do fogo, que oferece ao olhar o que as trevas haviam roubado.

Leonardo da Vinci, Tratado da pintura.

Considere as afirmações abaixo:

28

Olhe para esta pequena luz verde ou azul que indica que seu monitor, notebook, ou tablet está ligado. Perceba como ela é precisa, controlada e pequena o suficiente para caber, muitas vezes, dentro do próprio botão “power “.

Agora imagine se, no lugar dessa luz, houvesse uma lâmpada incandescente igual àquelas mais antigas: um bulbo de vidro quente e amarelado com dois centímetros de diâmetro no mínimo e que precisa ser substituído a cada ano. É assim que seria o mundo sem os LEDs. Esse é apenas um exemplo de como os LEDs já mudaram o mundo atual, mas ainda podemos citar milhares de aplicações para esse pequeno componente eletrônico capaz produzir luz (quase) sem emitir calor.

Mas que mudanças o LED ainda pode trazer para o futuro? [adaptado de http://www.tecmundo.com.br/led/13362-cinco-tecnologiasled-que-vao-dominar-o-mundo.htm]

ELETRODINÂMICA I Resistores, Tensão e Corrente Elétrica 1. Corrente Elétrica (conceito) Normalmente, o movimento dos elétrons livres no metal é caótico e imprevisível. No entanto, em certas condições, esse movimento torna-se ordenado, constituindo o que chamamos de corrente elétrica.

Física CORRENTE ELÉTRICA É O MOVIMENTO ORDENADO DE CARGAS ELÉTRICAS Quando fechamos um circuito elétrico temos uma fonte (pilha, bateria...) que estabelece no material condutor (geralmente metal) uma ddp (diferença de potencial), originando um campo eletrodinâmico no interior do mesmo e e ordenando os elétrons livres a se movimentarem em um único sentido.  Sentido da Corrente Elétrica

 Existem dois tipos de Corrente Elétrica

Os aparelhos resistivos são formados por um fio metálico enrolado que é chamado de resitor. Quando o aparelho entra em funcionamento, a corrente elétrica no circuito faz com que o aquecimento fique mais concentrado no resistor. Por exemplo, nas lâmpadas, esse aquecimento é super e o filamento atinge temperaturas acima de 2000 oC. Já nos chuveiros e torneiras elétricas, a temperatura atingida é menor, até porque ele está em contato com a água. A mesma coisa acontece nos aquecedores que são utilizados nos dias frios onde o resistor adquire a cor vermelha. Sua temperatura está entre 650oC e 1000oC, dependendo da intensidade da cor.

“Onde houver corrente elétrica haverá aquecimento.”

4. Primeira Lei de Ohm

V  Ri

2. Intensidade da Corrente Elétrica

i

Q C   Unidade    A t s 

3. Efeito Joule A partir do momento que se estabelece uma corrente elétrica, os elétrons livres possuem uma certa resistência ao sua movimentação ordenada no interior do condutor.

Os mesmos chocam-se com os nódulos da rede cristalina da matéria que é feito o material condutor. Neste choque ocorre um aquecimento, ou seja, uma transformação de Energia Elétrica em Energia Térmica. Esta transformação denomina-se Efeito Joule.

ENEM

Voltagem é diretamente proporcional a corrente elétrica, sendo a resistência elétrica constante (resistor ôhmico).

5. Segunda Lei de Ohm R

L

A A resistência elétrica depende do material e das características geométricas do condutor.

Onde: R = resistência elétrica ()  = resistividade elétrica do material ( m) L = comprimento do condutor (m) A = área da secção reta do condutor (m2)

29

Ciências da Natureza e suas Tecnologias Exercícios 01 - (FGV) Sobre as características de resistores exclusivamente ôhmicos, analise: I. a potência elétrica dissipada pelo resistor depende do valor da intensidade da corrente elétrica que o atravessa; II. a resistividade é uma característica do material do qual o resistor é feito, e quanto maior for o valor da resistividade, mantidas as dimensões espaciais, menos condutor é esse resistor; III. a classificação como resistor ôhmico se dá pelo fato de que nesses resistores, os valores da diferença de potencial aplicada e da intensidade de corrente elétrica, quando multiplicados, geram sempre um mesmo valor constante; IV. a potência elétrica total de um circuito elétrico sob diferença de potencial não nula e constituído apenas por resistores é igual à soma das potências dissipadas individualmente em cada resistor, independentemente de como eles são associados.

Está correto apenas o contido em a) b) c) d) e)

03 - (UFRR) A figura mostra três condutores cilíndricos de cobre, juntamente com as áreas das bases e comprimentos. Considerando que a mesma diferença de potencial “V” é aplicada entre as suas bases circulares, em relação à corrente elétrica (I1, I2 e I3) que os atravessa, a afirmativa CORRETA é:

a) b) c) d) e)

I1 = I2 = I3 I1 = I3 > I2 I2 > I1 > I3 I1 > I2 > I3 I3 > I2 > I1

4 - (ENEM) Um curioso estudante, empolgado com a aula de circuito elétrico que assistiu na escola, resolve desmontar sua lanterna. Utilizando-se da lâmpada e da pilha, retiradas do equipamento, e de um fio com as extremidades descascadas, faz as seguintes ligações com a intenção de acender a lâmpada:

I e II. I e III. III e IV. I, II e IV. II, III e IV.

02 - (UFRJ) Ao realizar um experimento de comprovação da Lei de Ohm, um estudante aplicou diferentes correntes, I, num resistor elétrico, R, e obteve, em seus terminais, os valores de voltagem, V, correspondentes, apresentados na tabela abaixo.

I (ampère)

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

V (volt)

10,0 18,0

33,0

40,0

45,0

66,0

R (ohm)

10,0

11,0

10,0

9,0

11,0

9,0

Sabendo-se que, pela Lei de Ohm, o valor da resistência a ser obtido deveria ser constante, vê–se que a grandeza obtida não apresentou o valor constante previsto pela referida lei. Isso aconteceu a) porque, durante o experimento, não foram tomados todos os cuidados necessários para a sua realização. b) devido à existência de fontes de erros experimentais, que sempre existem, por mais cuidadosas que sejam as medidas realizadas. c) porque, durante a realização do experimento, o estudante deveria ter eliminado todos os erros experimentais associados às medidas. d) devido ao fato de que, para determinar o valor correto da resistência, o estudante teria de realizar apenas uma medida.

30

GONÇALVES FILHO, A.; BAROLLI, E. Instalação Elétrica: investigando e aprendendo.São Paulo: Scipione, 1997 (adaptado).

Tendo por base os esquemas mostrados, em quais casos a lâmpada acendeu? a) b) c) d) e)

(1), (3), (6) (3), (4), (5) (1), (3), (5) (1), (3), (7) (1), (2), (5)

UNIDADE 21 ELETRODINÂMICA II Associação de Resistores Associação de Resistores SÉRIE  Corrente elétrica é a mesma que passa em todos os resistores.  Voltagem se divide entre os resistores.  Requivalente  R1  R2  ...

Física

PARALELO  Corrente elétrica se divide ao longo do circuito elétrico, por isso nem sempre é a mesma que passa por todos os resistores.  Voltagem (ddp) é a mesma para todos os resistores da associação.

1 1 1 1     Requivalente R1 R2 RN Requivalente 

R1 R2

R1  R2 (para dois resistores diferentes)

Requivalente 

R n

(para n resistores iguais)

A intensidade da corrente amperímetro, em A, é de a) b) c) d) e)

elétrica

indicada

pelo

3.

4.

8.

12.

15.

03 - (PUC RS) No esquema de circuito elétrico abaixo, RV representa a resistência de um reostato, cujo valor é variável desde zero até um valor máximo, dependendo da posição do cursor C. Esse tipo de dispositivo é utilizado, por exemplo, em interruptores conectados a uma lâmpada, para permitir alterações no seu brilho.

Os valores das resistências R1 e R2 dos demais resistores são fixos. V é a tensão fornecida ao circuito, cujo valor é mantido constante.

Exercícios 01 - (ASCES PE) Um trecho de um circuito elétrico composto de resistores ôhmicos é mostrado na figura a seguir. Sabe-se que a diferença de potencial entre os pontos A e B é de 12 V. Nessa situação, qual é a corrente elétrica que atravessa o resistor de resistência 1000  ?

Considerando as informações anteriores, é correto afirmar que

a) b) c) d) e)

0,03 A 0,06 A 0,12 A 0,012 A 0,013 A

02 - (UFTM) No circuito mostrado no diagrama, todos os resistores são ôhmicos, o gerador e o amperímetro são ideais e os fios de ligação têm resistência elétrica desprezível.

ENEM

a) a intensidade de corrente elétrica no circuito é máxima se o valor da resistência do reostato for máxima. b) a resistência equivalente do circuito é mínima se o valor da resistência do reostato é nulo. c) para qualquer valor da resistência do reostato, as intensidades de corrente que passam por R1 e Rv são iguais. d) se o valor de R2 é muito pequeno, a corrente que passa por R1 e por Rv pode tender a zero. e) independentemente do valor de Rv, a tensão sobre R2 se mantém constante.

31

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

UNIDADE 22

J x 3600 s  3 600 000 J s 1 kWh  3,6 x 10 6 J 1 kWh  1 x 10 3

Como funciona um chuveiro elétrico?

8. Geradores e Receptores

Lei de Pouillet

i

ELETRODINÂMICA III Potência e Energia Elétrica

 R

Exercícios 1 - (ENEM) Observe a tabela seguinte. Ela traz especificações técnicas constantes no manual de instruções fornecido pelo fabricante de uma torneira elétrica.

A potência elétrica pode ser calculada por:

P Vi Como

V  R i , temos: P  V i  Ri i  P  Ri 2

ou

V V  P Vi V   P  R R  

2

 Energia Elétrica Consumida Lembrando a definição de Potência (P), temos: P

E energia transformada  t int ervalo de tempo

E  Pt Observação: O Kilowatt-hora (KWh) é a unidade usual de consumo de energia elétrica.

32

Disponível em: http://www.cardeal.com.br.manualprod/Manuais/Torneira%20 Suprema/”Manual…Torneira…Suprema…roo.pdf

Considerando que o modelo de maior potência da versão 220 V da torneira suprema foi inadvertidamente conectada a uma rede com tensão nominal de 127 V, e que o aparelho está configurado para trabalhar em sua máxima potência. Qual o valor aproximado da potência ao ligar a torneira?

Física a) b) c) d) e)

1.830 W 2.800 W 3.200 W 4.030 W 5.500 W

Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência de 4 400 W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, RA e RB que justifica a diferença de dimensionamento dos disjuntores, é mais próxima de:

2 - (ENEM) Todo carro possui uma caixa de fusíveis, que são utilizados para proteção dos circuitos elétricos. Os fusíveis são constituídos de um material de baixo ponto de fusão, como o estanho, por exemplo, e se fundem quando percorridos por uma corrente elétrica igual ou maior do que aquela que são capazes de suportar. O quadro a seguir mostra uma série de fusíveis e os valores de corrente por eles suportados.

Fusível CorrenteElétrica(A) Azul 1,5 Amarelo 2,5 Laranja 5,0 P reto 7,5 Vermelho 10,0

Um farol usa uma lâmpada de gás halogênio de 55 W de potência que opera com 36 V. Os dois faróis são ligados separadamente, com um fusível para cada um, mas, após um mau funcionamento, o motorista passou a conectá-los em paralelo, usando apenas um fusível. Dessa forma, admitindo-se que a fiação suporte a carga dos dois faróis, o menor valor de fusível adequado para proteção desse novo circuito é o a) b) c) d) e)

azul. preto. laranja. amarelo. vermelho.

3 - (ENEM) Em um manual de um chuveiro elétrico são encontradas informações sobre algumas características técnicas, ilustradas no quadro, como a tensão de alimentação, a potência dissipada, o dimensionamento do disjuntor ou fusível, e a área da seção transversal dos condutores utilizados.

Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo A e, ao ler o manual, verificou que precisava ligá-lo a um disjuntor de 50 amperes. No entanto, intrigou-se com o fato de que o disjuntor a ser utilizado para uma correta instalação de um chuveiro do modelo B devia possuir amperagem 40% menor.

ENEM

a) b) c) d) e)

0,3.

0,6.

0,8.

1,7.

3,0.

UNIDADE 23 A Aurora Polar A aurora polar é um fenômeno óptico composto de um brilho observado nos céus noturnos nas regiões polares, em decorrência do impacto de partículas de vento solar e a poeira espacial encontrada na via láctea com a alta atmosfera da Terra, canalizadas pelo campo. Em latitudes do hemisfério norte é conhecido como aurora boreal (nome batizado por Galileu Galilei em 1619, em referência à deusa romana do amanhecer, Aurora, e Bóreas, deus grego, representante dos ventos nortes).

Ocorre normalmente nas épocas de setembro a outubro e de março a abril. Em latitudes do hemisfério sul é conhecida como aurora austral, nome batizado por James Cook, uma referência direta ao fato de estar ao Sul. O fenômeno não é exclusivo somente à Terra, sendo também observável em outros planetas do sistema solar como Júpiter, Saturno, Marte e Vênus.4 Da mesma maneira, o fenômeno não é exclusivo da natureza, sendo também reproduzível artificialmente através de explosões ou em laboratório. [adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Aurora_polar]

MAGNETISMO 1. Imãs  Um imã possui dois pólos magnéticos, Norte e Sul;  Ao aproximar dois pólos diferentes haverá uma atração e dois pólos iguais haverá uma repulsão.

 O imã gera uma força de natureza magnética que ocorre a distância. Isto evidencia a existência de um campo magnético ao redor do imã. Este campo magnético é composto por linhas de força fechadas (não existe monopólo magnético, por isso os pólos de um imã são inseparáveis) que se orientam de acordo com a figura abaixo.

33

Ciências da Natureza e suas Tecnologias ( ) Por se tratar de equipamento de baixa precisão, as bússolas não devem ser utilizadas para determinar direções. ( ) Em geral, o leste geográfico diverge do leste magnético apontado pela bússola.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo.

2. Geomagnetismo

a) b) c) d) e)

F – V – V – F. V – F – V – F. F – F – V – V. V – V – F – F. V – F – F – V.

03 - (UNIFESP SP) A figura mostra uma bússola que, além de indicar a direção dos pólos magnéticos da Terra, indica também a inclinação  das linhas de campo no local onde ela está.

Exercícios 01 - (IFSP) Um professor de Física mostra aos seus alunos 3 barras de metal AB, CD e EF que podem ou não estar magnetizadas. Com elas faz três experiências que consistem em aproximá-las e observar o efeito de atração e/ou repulsão, registrando-o na tabela a seguir.

Bússolas como essa se inclinam  E em regiões próximas ao equador,  T em regiões próximas aos trópicos e  P em regiões próximas aos círculos polares. Conhecendo a configuração do campo magnético terrestre (veja a figura)

Após o experimento e admitindo que cada letra pode corresponder a um único polo magnético, seus alunos concluíram que a) b) c) d) e)

somente a barra CD é ímã. somente as barras CD e EF são ímãs. somente as barras AB e EF são ímãs. somente as barras AB e CD são ímãs.

AB, CD e EF são ímãs.

02 - (UFPR) Um indivíduo situado em Porto Alegre (RS) observou, através de uma bússola, que no inverno a direção do nascer do sol não coincidia com a direção leste da mesma, mas sim com a direção nordeste. A respeito do assunto, identifique as afirmativas a seguir como verdadeiras (V) ou falsas (F): ( ) No inverno, a direção do sol nascente não coincide com o leste geográfico. ( ) Bússolas são sensíveis a campos magnéticos locais, que desviam as direções, sendo este o fator que justifica a divergência entre a direção apontada por elas e a do nascer do sol.

34

pode-se afirmar que: a)  P >  T >  E . b)  T >  P >  E . c)  P >  E >  T . d)  T >  E >  P . e)  E >  T >  P .

TEXTO: 1 - Comum à questão: 4 O Sol é uma fonte de energia limpa, inesgotável, gratuita e ecologicamente correta. Por esse motivo, a busca por soluções na captação dessa energia vem se aprimorando diariamente, já que, em contrapartida, o custo de energia elétrica tem aumentado, em média, 40% acima da inflação, no Brasil, sendo a tendência subir ainda mais.

Além disso, o custo da infraestrutura elétrica de um chuveiro pode ser até o dobro do custo de um sistema de aquecimento central solar.

Física Outro dado importante, segundo a CPFL (Companhia Paulista de Força e Luz), é que um chuveiro elétrico representa de 25% a 35% da conta de luz nas residências.

Aproveitar a energia renovável do Sol para aquecer a água é a melhor solução, principalmente no Brasil, onde a incidência solar é alta.

Um aquecedor solar de água conta basicamente com um coletor solar e um reservatório térmico com capacidade entre 300 a 1 000 litros. O coletor, ou placa solar, deve estar posicionado em direção ao Norte geográfico para usufruir o maior tempo de incidência de Sol. As placas solares podem ser integradas à arquitetura de diversas maneiras, sendo a mais comum a fixação sobre o telhado.

(Bosh. Adaptado) 04 - (UFTM) “O coletor, ou placa solar, deve estar posicionado em direção ao Norte geográfico…”

FONTES DE CAMPO MAGNÉTICO Campo Magnético criado a partir da Corrente Elétrica.  Campo Magnético de Fio Condutor Reto

B



 0i 2R

Campo Magnético no Centro de uma Espira Circular

I. O Norte geográfico é a mesma região da calota do globo em que se localiza o polo Norte magnético do planeta.

II. O polo Norte magnético de uma bússola aponta para a região do globo em que se encontra o Norte geográfico do planeta.

III. O painel solar deve ser posicionado de forma que sua face coletora aponte para a mesma região em que se encontra o polo Sul magnético do planeta.

B

 0i 2R

Está correto o contido em a) b) c) d) e)

I, apenas.

II, apenas.

I e III, apenas.

II e III, apenas.

I, II e III.

 Campo Magnético no Interior de um Solenóide

BN

UNIDADE 24 Geração de trens-bala pode bater recorde de velocidade no Japão Novo modelo tem a frente bastante alongada. O segredo é um campo magnético: o poder de atração e repulsão do magnetismo faz trem levitar 10 centímetros e correr. E o equipamento roda sem maquinista.

O Japão testa um novo sistema para aumentar ainda mais a velocidade dos trens-bala.

Cruzando a cidade de Tóquio assim, em marcha lenta, o povo nem repara. Mas quando o trem bala alcança os 300km/h, é um marco do Japão moderno.

O shinkansen surgiu há 50 anos, para as Olimpíadas de Tóquio em um país que vive seu dia a dia sobre trilhos, a tecnologia avança para praticamente dispensá-los.

A levitação magnética está sendo testada em um centro de pesquisas, mas os resultados já apareceram. Exposto à visitação, o trem mais veloz do mundo: há 11 anos, uma composição chegou a 581km/h. Mas pode perder a majestade.

[Adaptado de http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2014/05/geracaode-trens-bala-pode-bater-recorde-de-velocidade-no-japao.html]

ENEM

 0i d

Exercícios 01 - (UFAM) A figura mostra dois fios condutores retilíneos muito longos colocados perpendicularmente um ao outro, mas sem se tocarem, transportando a mesma corrente I nos sentidos indicados pelas setas na figura. Os números 1, 2, 3 e 4 indicam as correspondentes regiões no plano formado pelos dois fios. O campo magnético total gerado pelas duas correntes pode ser nulo em pontos localizados:

a) b) c) d) e)

Nas regiões 1 e 3.

Nas regiões 1 e 2.

Nas regiãões 3 e 4.

Nas regiões 2 e 4.

Nas regiões 1 e 4.

35

Ciências da Natureza e suas Tecnologias 02 - (UDESC) A Figura 7 representa um par de longos fios condutores paralelos. Os fios L e R são percorridos por correntes elétricas de intensidade 3i e i, respectivamente, cujos sentidos estão indicados na Figura 7. Também está indicado na Figura o eixo 0x de coordenadas, cuja direção é perpendicular à direção das correntes. As distâncias entre a origem e o fio L, entre os fios L e R, e entre o fio R e o ponto x3, são idênticas e iguais a d.

Considere a seguinte notação para o vetor campo magnético perpendicular a esta página: –  indica o sentido entrando nesta página; –  indica o sentido saindo desta página.

a) b) c) d) e)

gira para leste. gira para oeste. gira para cima. gira para baixo. não se move.

04 - (PUC PR) A figura representa dois condutores retilíneos colocados paralelamente. Os dois condutores estão submetidos a uma corrente elétrica de mesma intensidade i, conforme figura. Considere as afirmativas.

Para a situação acima, a representação do vetor campo magnético B(x) existente entre a origem e o ponto x3, ao longo do eixo de coordenadas 0x, é: a) 0 < x < d : ; d < x < 4d/7 : ; 4d/7< x < 2d : ; 2d < x < 3d :  b) 0 < x < d : ; d < x < 2d : ; 2d < x < 7d/3 : ; 7d/3 < x < 3d :  c) 0 < x < d : ; d < x < 3d/4 : ; 3d/4< x < 2d : ; 2d < x < 3d :  d) 0 < x < d : ; d < x < 4d/7 : ; 4d/7< x < 2d : ; 2d < x < 3d :  e) 0 < x < d : ; d < x < 7d/4 : ; 7d/4 < x < 2d : ; 2d < x < 3d :  03 - (UFSM) A bússola é uma invenção chinesa muito antiga. Introduzida na Europa pelos árabes, foi essencial às grandes navegações. Ao utilizar uma bússola, é importante observar a presença de campos magnéticos locais, que pode desviar a agulha da sua direção NorteSul. Na figura, são representados um circuito no plano yz e a agulha de uma bússola que pode girar livremente. Quando a chave S é ligada, a agulha da bússola

36

I. A intensidade do campo magnético resultante no ponto A corresponde à soma das intensidades dos campos criados pela corrente elétrica em cada condutor.

II. A intensidade do campo magnético resultante no ponto A é nula, pois as correntes elétricas têm sentidos opostos.

III. A intensidade do campo magnético resultante no ponto A é nula, pois as correntes elétricas não geram campo magnético.

IV. Os condutores ficam sujeitos a forças de origem magnética. É correta ou são corretas: a) I e IV. b) apenas II. c) apenas III. d) II e III. e) apenas I.

Física

UNIDADE 25 Força Magnética sobre Carga Elétrica

02 - (UFU MG) Considere um fio condutor suspenso por uma mola de plástico na presença de um campo magnético uniforme que sai da página, como mostrado na figura abaixo. O módulo do campo magnético é B=3T. O fio pesa 180 g e seu comprimento é 20 cm.

FM  Bqvsen   Regra do Tapa

Considerando g = 10m/s, o valor e o sentido da corrente que deve passar pelo fio para remover a tensão da mola é: 5. Força Magnética sobre Fio Condutor Reto

FM  iBlsen  Exercícios 01 - (UEFS BA) Com relação à eletricidade, analise as afirmativas.

I. Uma carga elétrica submetida a um campo magnético sofre sempre a ação de uma força magnética.

II. Uma carga que se move no interior de um campo magnético fica sujeita à ação de uma força magnética, cujo sentido depende do sinal dessa carga.

III. A força magnética que atua sobre uma carga elétrica em movimento na região de um campo magnético é sempre perpendicular à velocidade da carga.

IV. A força magnética que atua em um condutor retilíneo imerso, em um campo magnético, é inversamente proporcional ao seu comprimento.

V. A força magnética que atua em um condutor retilíneo imerso, em um campo magnético, é diretamente proporcional à corrente elétrica que o atravessa.

A alternativa em que todas as afirmativas são verdadeiras éa a) b) c) d) e)

I e II IV e V I, II e III I, III e IV II, III e V

ENEM

a) b) c) d)

3 A da direita para a esquerda.

7 A da direita para a esquerda.

0,5 A da esquerda para a direita.

2,5 A da esquerda para a direita.

03 - (UFC CE) Analise as afirmações abaixo em relação à força magnética sobre uma partícula carregada em um campo magnético.

I. Pode desempenhar o papel de força centrípeta.

II. É sempre perpendicular à direção de movimento.

III. Nunca pode ser nula, desde que a partícula esteja em movimento.

IV. Pode acelerar a partícula, aumentando o módulo de sua velocidade.

Assinale a alternativa correta. a) b) c) d) e)

Somente II é verdadeira.

Somente IV é verdadeira.

Somente I e II são verdadeiras.

Somente II e III são verdadeiras.

Somente I e IV são verdadeiras.

04 - (UNIFICADO RJ) Considere uma partícula carregada com carga elétrica q > 0 e uma região onde há um campo uniforme, cujas linhas de campo estão orientadas perpendicularmente a esta página e entrando nela (tais linhas estão representadas por ).

Suponha três situações (observe os esquemas): (1) a partícula é colocada em repouso no interior do campo.

(2) a partícula é lançada paralelamente às linhas de campo.

(3) a partícula é lançada perpendicularmente às linhas de campo.

37

Ciências da Natureza e suas Tecnologias q Vo = 

q Vo - 0

(1)

(2)

Vo

q

(3)

Assinale a opção que representa corretamente o vetor força magnética Fm que agira sobre a partícula em cada zaso    a) (1)  F = 0, (2)  F , (3)  F     b) (1)  F = 0 , (2)  F , (3)  F     c) (1)  F , (2)  F = 0 , (3)  F    d) (1)  F , (2)  F , (3)  F      e) (1)  F = 0 , (2) =  F = 0 , (3)  F

UNIDADE 26 Energia Nuclear, um mal necessário?

A Usina Nuclear é uma instalação industrial que tem por finalidade produzir energia elétrica a partir de reações nucleares. As reações nucleares de elementos radioativos produzem uma grande quantidade de energia térmica.

Geralmente, as usinas nucleares são construídas por um envoltório de contenção feito de ferro armado, concreto e aço, com a finalidade de proteger o reator nuclear de emitir radiações para o meio ambiente.

O elemento mais utilizado para a produção dessa energia é o urânio.

Lei de Lenz Heinrich Lenz (1804-1865), nascido na Estônia, estabeleceu um modo de obter o sentido da corrente induzida: A corrente induzida tem um sentido tal que se opõe à variação de fluxo.

Lei de Faraday Suponhamos que o fluxo magnético que atravessa um circuito sofra uma variação  num intervalo de tempo t.

O valor médio da força eletromotriz induzida nesse intervalo de tempo é dado, em módulo, por:

No entanto o sinal "menos" serve apenas para lembrar a lei de Lenz, isto é, que a força eletromotriz induzida se opõe à variação de fluxo.  Fluxo Magnético Sendo  o ângulo entre e , definimos o fluxo () de através da superfície, pela equação:  = B . A . cos  No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de fluxo magnético é o weber (Wb).

[Adaptado de http://www.brasilescola.com/fisica/como-funciona-uma-usinanuclear.htm]

INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA FLUXO MAGNÉTICO Variações de Fluxo Como o fluxo é dado por:  = B . A . cos  , percebemos que o fluxo pode variar de três maneiras: 1ª) Variando o campo magnético 2ª) Variando a área A 3ª) Variando o ângulo  (girando o circuito) Sendo  o ângulo entre e , definimos o fluxo () de através da superfície, pela equação:  = B . A . cos  No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de fluxo magnético é o weber (Wb).

Variações de Fluxo Como o fluxo é dado por:  = B . A . cos  , percebemos que o fluxo pode variar de três maneiras: 1ª) Variando o campo magnético 2ª) Variando a área A 3ª) Variando o ângulo  (girando o circuito)

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 Lei de Faraday



  t

 Lei de Lens “A corrente elétrica induzida surge a partir da oposição à variação do fluxo magnético”.

Física Um guitarrista trocou as cordas originais de sua guitarra, que eram feitas de aço, por outras feitas de náilon. Com o uso dessas cordas, o amplificador ligado ao instrumento não emitia mais som, porque a corda de náilon a) isola a passagem de corrente elétrica da bobina para o alto-falante. b) varia seu comprimento mais intensamente do que ocorre com o aço. c) apresenta uma magnetização desprezível sob a ação do ímã permanente. d) induz correntes elétricas na bobina mais intensas que a capacidade do captador. e) oscila com uma frequência menor do que a que pode ser percebida pelo captador.

Exercícios 1 - (UFRS) A figura abaixo representa uma espira condutora quadrada, inicialmente em repouso o plano da página. Na mesma região, existe um campo magnético uniforme, de intensidade B, perpendicular ao plano da página.

3 - (ENEM) Os dínamos são geradores de energia elétrica utilizados em bicicletas para acender uma pequena lâmpada. Para isso, é necessário que parte móvel esteja em contato com o pneu da bicicleta e, quando ela entra em movimento, é gerada energia elétrica para acender a lâmpada. Dentro desse gerador, encontram-se um ímã e uma bobina.

Considere as seguintes situações: I.

A espira se mantém em repouso e a intensidade do campo magnético varia no tempo.

II. A espira se mantém em repouso e a intensidade do campo magnético permanece constante no tempo.

III. A espira passa a girar em torno do eixo OO’ e a intensidade do campo magnético permanece constante no tempo.

Em quais dessas situações ocorre indução de corrente elétrica na espira? a) Apenas em I. b) Apenas em II. c) Apenas em III. d) Apenas em I e III. e) Em I, II e III. 2 - (ENEM) O manual de funcionamento de um captador de guitarra elétrica apresenta o seguinte texto: Esse captador comum consiste de uma bobina, fios condutores enrolados em torno de um ímã permanente. O campo magnético do ímã induz o ordenamento dos polos magnéticos na corda da guitarra, que está próxima a ele.

Assim, quando a corda é tocada, as oscilações produzem variações, com o mesmo padrão, no fluxo magnético que atravessa a bobina. Isso induz uma corrente elétrica na bobina, que é transmitida até o amplificador e, daí, para o alto-falante.

ENEM

O princípio de funcionamento desse equipamento é explicado pelo fato de que a a) corrente elétrica no circuito fechado gera um campo magnético nessa região. b) bobina imersa no campo magnético em circuito fechado gera uma corrente elétrica. c) bobina em atrito com o campo magnético no circuito fechado gera uma corrente elétrica. d) corrente elétrica é gerada em circuito fechado por causa da presença do campo magnético. e) corrente elétrica é gerada em circuito fechado quando há variação do campo magnético.

UNIDADE 27 Raios e Trovões, ira divina ou evento Físico?

A maioria das pessoas sente muito medo com a queda dos raios, medo esse, geralmente associado ao barulho do trovão e às crendices populares sobre o fenômeno, que invariavelmente é retratado em filmes e contos sobrenaturais.

39

Ciências da Natureza e suas Tecnologias Bem, um fato é verdadeiro - os raios podem causar acidentes, danos materiais, ferimentos e até a morte em seres humanos e animais.

Como habitamos um país "campeão mundial" de raios (descargas elétricas atmosféricas), com uma média superior a 1.000.000.000 de eventos anuais, não custa nada saber como se proteger corretamente!

"A intensidade da força entre duas cargas puntiformes ou pontuais varia com o inverso do quadrado da distância entre elas e é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas”.Assim:

F

[Adaptado de http://www.paraklin.com.br/como.htm]

ELETRIZAÇÃO E LEI DE COULOMB CARGA ELÉTRICA ELEMENTAR e = 1,6 . 10-19 C

I. Entre dois elétrons existe um par de forças de repulsão.

II. Entre dois prótons existe um par de forças de repulsão.

III. Entre um próton e um elétron existe um par de forças de atração.

Isolantes e Condutores Os corpos chamados condutores são aqueles em que os portadores de cargas elétricas têm facilidade de movimentação.

Os corpos chamados isolantes são aqueles em que os portadores de cargas têm dificuldade de movimentação.

Eletrização por Atrito Atritando-se corpos de materiais diferentes, há passagem de elétrons de um corpo para o outro, de modo que um dos corpos fica eletrizado positivamente (perdeu elétrons) e o outro fica eletrizado negativamente (ganhou elétrons).

Eletrização por Contato Quando um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo inicialmente neutro, ocorre uma passagem de elétrons de um corpo para o outro e assim, os dois corpos ficam com cargas de mesmo sinal.

Eletrização por Indução Quando um corpo eletrizado é colocado próximo a um corpo neutro ocorre a indução eletrostática, ou seja, as cargas do condutor neutro são separadas. Para que a eletrização aconteça é necessário fazer a ligação do condutor neutro com a terra.

Lei de Coulomb As forças elétricas obedecem ao princípio da ação e reação (3ª Lei de Newton), isto é, têm a mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos, agindo em corpos diferentes.

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K 0 . Q1 . Q2 d2

Onde: |Q1| e |Q2| ►são valores absolutos de cargas Q1 e Q2. d ► distância entre as cargas K ►constante eletrostática K 0  9.109

N .m 2 C2

Exercícios 01 - (UEPB) “As primeiras descobertas das quais se tem notícia, relacionadas com fenômenos elétricos, foram feitas pelos gregos, na Antiguidade. O filósofo e matemático Thales, que vivia na cidade de Mileto do século VI a.C., observou que um pedaço de âmbar adquiria a propriedade de atrair corpos leves” (Alvarenga B. e Máximo A. Curso de física, vol. 2. São Paulo: Scipione, 2000).

Modernamente sabe-se que todas as substâncias podem ser eletrizadas ao serem atritadas com outra substância.

Abaixo têmse algumas afirmações relacionadas ao processo de eletrização.

I. Estando inicialmente neutros, atrita-se um bastão de plástico com lã, conseqüentemente esses dois corpos adquirem cargas elétricas de mesmo valor e sinais opostos.

II. Um corpo, ao ser eletrizado, ganha ou perde elétrons.

III. Num dia seco, ao pentear os cabelos, o pente utilizado atrai pedacinhos de papel, por ser o pente um condutor elétrico.

Das afirmativas acima a) estão corretas I e III. b) estão corretas I e II. c) estão corretas II e III. d) apenas I é correta. e) apenas III é correta.

02 - (UFTM) A indução eletrostática consiste no fenômeno da separação de cargas em um corpo condutor (induzido), devido à proximidade de outro corpo eletrizado (indutor).

Preparando-se para uma prova de física, um estudante anota em seu resumo os passos a serem seguidos para eletrizar um corpo neutro por indução, e a conclusão a respeito da carga adquirida por ele.

PASSOS A SEREM SEGUIDOS: I. Aproximar o indutor do induzido, sem tocá-lo.

II. Conectar o induzido à Terra.

III. Afastar o indutor.

IV. Desconectar o induzido da Terra.

Física CONCLUSÃO: No final do processo, o induzido terá adquirido cargas de sinais iguais às do indutor.

Se a carga Q for positiva o campo será representado por linhas afastando-se da carga; se Q for negativa a linhas estarão aproximando-se da carga.

Ao mostrar o resumo para seu professor, ouviu dele que, para ficar correto, ele deverá a) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está correta. b) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está errada. c) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está errada. d) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está correta. e) inverter o passo II com III, e que sua conclusão está errada.

03 - (UNIMONTES MG) A intensidade da força elétrica entre duas cargas de mesmo módulo q está representada no gráfico abaixo em função da distância d entre elas. O valor de q em μC (1 μC = 106 C) é:

Módulo de Campo Elétrico E  k

Q1 d2

Vimos como calcular o campo elétrico produzido por uma carga puntiforme. Se tivermos mais de uma carga, o campo elétrico em um ponto P é calculado fazendo a soma vetorial dos campos produzidos por cada carga.

Linhas de força Essas linhas são desenhadas de tal modo que, em cada ponto, o campo elétrico é tangente à linha.

OBS: Onde as linhas estão mais próximas o campo é mais intenso e onde elas estão mais afastadas o campo é mais "fraco". a) b) c) d)

0,50.

0,25.

0,75.

1,00.

Campo elétrico uniforme

UNIDADE 28 CAMPO E POTENCIAL ELÉTRICO O CONCEITO DE CAMPO ELÉTRICO Suponhamos que, ao ser colocado em um ponto P, uma carga puntiforme q sofra a ação de uma força elétrica .

Dizemos então que no ponto P existe um campo elétrico

Trabalho sobre uma carga (W)

WAB  E pA  E pB

, definido por: E  F q

Observando essa equação vemos que: 1º) se q > 0, e terão o mesmo sentido.

2º) se q < 0, e terão sentidos opostos.

Campo de uma carga puntiforme

É possível demonstrar que o trabalho da força elétrica atuante em uma carga q é dado por:

W AB 

Ko .Q . q dA



Ko .Q . q dB

onde k é a constante da lei

de Coulomb e dA e dB são as distâncias dos pontos A e B à carga Q. Potencial elétrico(V) O potencial elétrico é a razão entre a energia potencial elétrica e a carga elétrica no determinado ponto do campo elétrico. Logo:

VA 

E pA q

. A diferença de potencial

V AB  V A  VB , então é: V AB  ENEM

W AB q 41

Ciências da Natureza e suas Tecnologias Isso nos demonstra que o potencial de um ponto em um campo elétrico pode ser definido como sendo:

VP 

K o .Q d

02 - (UNIFESP SP) A figura representa a configuração de um campo elétrico gerado por duas partículas carregadas, A e B.

OBS: O potencial de uma carga positiva tem o sinal positivo e o potencial de uma carga negativa tem o sinal negativo.

Algumas propriedades do potencial elétrico: 1. O potencial diminui ao longo de uma linha de força.

2. Uma carga positiva, abandonada numa região onde há campo elétrico, desloca-se espontaneamente para pontos de potenciais decrescentes; e uma carga negativa, abandonada numa região onde há campo elétrico, desloca-se espontaneamente para pontos de potenciais crescentes.

Superfícies Equipotenciais Todos os pontos dessa superfície têm o mesmo potencial e por isso ela é chamada de superfície equipotencial.

O potencial em um campo uniforme é dado:

Assinale a linha da tabela que apresenta as indicações corretas para as convenções gráficas que ainda não estão apresentadas nessa figura (círculos A e B) e para explicar as que já estão apresentadas (linhas cheias e tracejadas).

VAB = E.d

Exercícios 01 - (UNISA SP) Considere uma região de campo elétrico representada pela configuração das linhas de força e dois pontos A e B situados, respectivamente, a distâncias d e 2d da carga geradora de campo.

03 - (PUC RS) Os objetos listados na coluna à esquerda abaixo se relacionam com propriedades listadas na coluna à direita.

1.

2.

3.

pára-raios gaiola metálica pilha seca

( ) força eletromotriz ( ) blindagem eletrostática ( ) poder das pontas Assinale alternativa correta. a) O campo elétrico é mais intenso no ponto B da figura. b) Ao abandonar um elétron no ponto A, este irá se dirigir ao ponto B. c) O valor do potencial elétrico no ponto A é metade daquele no ponto B. d) A carga geradora desse campo tem sinal negativo. e) O trabalho realizado sobre um próton para levá-lo de B para A é resistente.

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De cima para baixo, a numeração correta da coluna da direita em correlação com a da esquerda é: a) 3, 2, 1 b) 1, 2, 3 c) 3, 1, 2 d) 2, 3, 1 e) 2, 1, 3

Física GABARITO Unidades Gabarito 01 – c 1 02 – c 1–a 2 2–b 1–b 3 2–a 3–a 1–c 4 2–a 3–d 1–b 5 2–d 1–b 6 2–d 7 1–c 1–d 8 2–a 1–c 9 2–b 1–b 10 2–e 3–d 1–e 11 2–b 3–a 1–e 12 2–b 1–d 13 2–b 1–d 2–b 14 3–b 4–c 1–a 15 2–b 3–e 1–d 16 2–c 3–c 1–b 17 2–c 3–a 1–c 2–e 18 3–d 4–a 1–c 19 2–a 3–b 01 – d 02 – b 20 03 – b 04 – d 01 – e 21 02 – e 03 – b 01 – a 22 02 – d 03 – a 01 – b 02 – e 03 – a 23 04 – a

ENEM

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28

01 – a 02 – e 03 – a 04 – a 01 – e 02 – a 03 – c 04 – e 01 – d 02 – c 03 – e 01 – b 02 – b 03 – a 01 – e 02 – e 03 – a

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