GRUPO / NATUREZA 2 / FISICA

[Física II]

FÍSICA SUMÁRIO Unidade 1 – Ondulatória 1.1. Ondas...................................................................................................................................................2 1.2. Acústica ...............................................................................................................................................9 1.3. Pendulo Simples ..................................................................................................................................12

Unidade 2 – Óptica 2.1. Princípios Fundamentais da Óptica Geométrica .................................................................................13 2.2. Reflexão da Luz – Espelhos Planos ......................................................................................................16 2.3. Espelhos Esféricos. ..............................................................................................................................18 2.4. Lentes Esféricas Delgadas....................................................................................................................21 2.5. Refração Luminosa. .............................................................................................................................26 2.6. Óptica da Visão. ...................................................................................................................................29

Unidade 3 – Eletrostática ..........................................................................................31 Unidade 4 – Eletrodinâmica 4.1. Corrente Elétrica .................................................................................................................................43 4.2. Resistência Elétrica e Resistores .........................................................................................................45

Unidade 5 – Eletromagnetismo 5.1. Introdução ...........................................................................................................................................53 5.2. Campo Magnético ...............................................................................................................................54 5.3. Campo Magnético das Correntes ........................................................................................................55 5.4. Força Magnética ..................................................................................................................................57 5.5. Indução Eletromagnética ....................................................................................................................60

EXERCÍCIOS ENEM + vestibulares ................................................................................................................................ 64

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UNIDADE 1 ONDULATÓRIA

1.1. Ondas Onda é uma perturbação que se propaga em um meio de tal modo que, em qualquer ponto do meio, as grandezas físicas correspondentes são função do tempo e em qualquer instante são funções da posição do ponto considerada.

Uma onda é uma propagação exclusiva de energia sem envolver transporte de matéria.

NATUREZA DAS ONDAS

Existem ondas que só se propagam quando existe um meio material: são as ondas MECÂNICAS ou ELÁSTICAS. Ex.: ondas sonoras, ondas na superfície da água, ondas numa corda de um violão.

ONDAS ELETROMAGNÉTICAS são aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes, como, por exemplo, elétrons oscilando na antena transmissora de uma estação de rádio ou TV. Elas não necessitam obrigatoriamente de um meio material para se propagarem.

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OBSERVAÇÃO O espectro eletromagnético é a distribuição das ondas eletromagnéticas, visíveis e não visíveis, de acordo com a frequência e o comprimento de onda característico de cada radiação. As ondas eletromagnéticas são aquelas que se propagam independentemente da presença de um meio material e possuem velocidade máxima, referente à propagação no vácuo, de 300.000 km/s OU 3X 108 m/s, também conhecida como C a velocidade da luz no vácuo

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TIPOS DE ONDAS Ondas Longitudinais: são aquelas em que a direção de propagação da onda coincide com a direção de vibração.

Exemplos: Ondas sonoras.

Ondas Transversais: são aquelas em que a direção de propagação da onda é perpendicular à direção de vibração.

Exemplos: Ondas em corda e ondas na água.

Disponível em: http://www.explicatorium.com

ELEMENTOS DE ONDAS Comprimento de onda (): é a distância percorrida pelo abalo, com velocidade constante, no decurso de um intervalo de tempo igual a um período T. Pode ser medido a partir da distância entre duas cristas ou dois vales.

A (amplitude da onda): o maior valor da elongação. Está relacionada com a energia transportada pela onda.

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PERÍODO (T): Tempo de uma oscilação completa; FREQUÊNCIA (f): Número de oscilações completas por segundo (Hz);

V

v = Velocidade da onda (m/s)  = Comprimento de onda (m)

f = Frequência da onda (Hz) T = Período da onda (s)

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFSM) A figura abaixo mostra uma onda com período de 0,5s, propagando-se em uma corda. A velocidade de propagação da onda, em m/s é: 0,5m a) 0,2 V b) 1,0 c) 1,5 d) 2,0 e) 2,5 2. (UFSM) A Rádio Universidade transmite através de ondas eletromagnéticas com frequência de 800khz.

Para essa frequência, o comprimento de onda é: a) 3,75 x 103 m b) 3,75 x 102 m c) 3,75 x 101 m d) 3,75m e) 3,75 x 10-1 m

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. B | 2. B

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REFLEXÃO E REFRAÇÃO DE PULSOS - REFLEXÃO: ocorre quando o pulso atinge a extremidade do meio em que se propaga e retorna em sentido contrário.

Reflexão em extremo fixo: o pulso refletido sofre inversão com o pulso incidente.

Reflexão em extremo livre: o pulso refletido está em concordância (não sofre inversão) com o pulso incidente.

Na reflexão como não acontece mudança de meio de propagação, a velocidade, a frequência e o comprimento da onda não se alteram.

Disponível em: http://soumaisenem.com.br

- REFRAÇÃO: Ocorre quando o pulso alcança a fronteira do meio em que está se propagando, atingindo outro com características diferentes.

Disp onív el em: http ://s oum aise nem .co m.br

Quando a inércia do segundo meio é menor que a do primeiro, o pulso refletido apresenta-se como se a junção dos meios fosse um extremo livre (não sofre inversão).

Quando a inércia do segundo meio é maior que a do primeiro, o pulso refletido apresenta-se como se a junção dos meios fosse um extremo fixo (sofre inversão).

OBSERVAÇÃO  Na refração a mudança de meio de propagação implica em mudança de velocidade de propagação para um pulso ou onda.  A frequência de uma onda ou pulso refratado não se altera ao mudar o meio de propagação. A frequência de uma onda só depende da fonte geradora da onda.  Na refração o comprimento de onda é alterado. Aumentando a velocidade, aumenta o comprimento de onda. Se na refração diminuir a velocidade de propagação diminui o comprimento de onda.

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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFSM) Quando uma onda sonora passa do ar para a água, a) A frequência permanece constante. b) A frequência e a velocidade de propagação variam em função do meio. c) A frequência varia com o meio. d) O comprimento de onda permanece constante. e) A velocidade de propagação permanece constante.

3. (UCPEL) O comprimento de onda de uma onda transversal que se propaga com velocidade constante igual a: a) Menor distância entre duas partículas do meio, que em determinado instante têm a mesma fase; b) Distância percorrida pela onda durante meio período. c) Distância percorrida pela onda na unidade de tempo d) Menor distância entre duas partículas do meio, que em determinado instante têm velocidades de mesmo módulo e sentidos opostos. e) Razão entre a distância percorrida pela onda durante um período e o correspondente período

2. (UFSM) Ondas sonoras produzidas por fontes diferentes, propagando-se no mesmo meio, possuem, necessariamente, o (a) mesmo (a): a) Frequência. b) Período. c) Comprimento de onda. d) Velocidade. e) Número de harmônicos

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. A| 2. D| 3. A

DIFRAÇÃO O fenômeno denominado difração nada mais é do que o desvio ou espalhamento sofrido pela onda quando esta contorna ou transpõe obstáculos colocados em seu caminho. Podemos dizer que tal fenômeno acontece com todos os tipos de ondas e é facilmente perceptível em se tratando de ondas sonoras. Um exemplo da difração sonora é quando estamos ouvindo uma música sendo tocada do outro lado de um muro.

A difração é a propriedade que as ondas têm de contornar obstáculos ou passar por um orifício quando são parcialmente interrompidas por ele.

OBSERVAÇÃO  Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br

A difração será tanto mais intensa quanto maior for o comprimento de onda quando comparado ao tamanho do obstáculo. Em outras palavras, a onda contorna mais facilmente os obstáculos quando estes são pequenos, se comparados ao comprimento de ondas das ondas.

INTERFERÊNCIA É o fenômeno originado pela superposição de dois ou mais movimentos ondulatórios, em que se encontram se propagando num mesmo meio.

Interferência construtiva: Ocorre quando as duas ondas que se superpõem têm a mesma fase dando origem a uma onda de amplitude maior que a das ondas originais.

Interferência destrutiva: Acontece quando duas ondas que se encontram inicialmente em oposição de fase se encontram. Nesse caso a amplitude da onda resultante é menor do que a amplitude das ondas que se superpõem.

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Interferência no cotidiano A Interferência vem de movimentos ondulatórios, e ela se encaixa muito bem no ramo de telecomunicações no qual ela tem uma grande importância pela limitação no tráfego das informações, produzindo ruídos e outros tipos de interferências que podem ser reduzidos com certos tipos de modulação.

Existem muitos problemas com interferências na comunicação das torres de controle com as aeronaves, decorrente muitas vezes de rádios piratas e etc.

Adaptado de: https://pt.wikipedia.org

OBSERVAÇÃO

Em 1801 o físico e médico inglês Thomas Young foi o primeiro a demonstrar com resultados experimentais o fenômeno da interferência luminosa para a luz.

Na experiência realizada por Young, são utilizados três anteparos, sendo o primeiro composto por um orifício, onde ocorre difração da luz incidida, o segundo, com dois orifícios, postos lado a lado, causando novas difrações. No último, são projetadas as manchas causadas pela interferência das ondas resultantes da segunda difração.

Ao substituírem-se estes orifícios por fendas muito estreitas, as manchas tornam-se franjas, facilitando a visualização de regiões mais bem iluminadas (máximos de interferência) e regiões mal iluminadas (mínimos de interferência).

RESSONÂNCIA Em geral, sempre que um corpo capaz de oscilar está sujeito a uma série periódica de impulsos, tendo uma frequência igual a uma das frequências naturais de oscilação do corpo, este entra em oscilação com uma amplitude relativamente grande. Este fenômeno é chamado ressonância.

Literalmente, ressonância é uma espécie de “indução à vibração”, mas só acontece se for obedecida a seguinte relação: A frequência do indutor deve ser igual à frequência do induzido.

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Leitura Complementar: Como Funciona o Forno de Micro-ondas?

Micro-ondas são ondas eletromagnéticas de alta frequência, como as de rádio. Em 1939, o físico americano Albert Wallace Hull desenvolveu o magnetron, um gerador de micro-ondas para radar. Dez anos depois, o engenheiro Percy Lebaron Spence, seu conterrâneo, percebeu, por acaso, que um copo de leite se aquecia quando próximo de um magnetron. Diretor de uma indústria eletrônica, Spencer logo vislumbrou as possibilidades culinárias desse gerador. Assim surgiu, no início dos anos 50, o primeiro forno de micro-ondas.

“O magnetron recebe, de um transformador, uma tensão fixa de cerca de 400 volts e gera dentro do aparelho ondas eletromagnéticas de 2 450 GHz, a mesma frequência de ressonância das moléculas de água”, afirma o engenheiro Marco Antônio Dalpossi, da Escola Politécnica da USP. Essas ondas são refletidas várias vezes nas paredes metálicas do forno sobre o alimento, fazendo vibrar as moléculas de água contidas nele. A fricção entre elas produz calor, cozinhando o alimento.

As micro-ondas têm alta capacidade de penetração na comida, o que possibilita o cozimento por dentro e não a partir da superfície, como ocorre nos fornos convencionais. Além disso, não fazem vibrar as moléculas de vidro ou plástico, que não se aquecem no interior do forno. Para evitar o vazamento das micro-ondas, o aparelho possui uma grade de metal colada junto ao vidro da porta: os espaços entre as malhas dessa grade são menores que as micro-ondas. Além de fornos e radares, as micro-ondas são usadas também em sistemas de telecomunicações, como nas transmissões por satélite e na telefonia celular.

FONTE: https://mundoestranho.abril.com.br

POLARIZAÇÃO A polarização de uma onda é um fenômeno que só ocorre em ondas transversais. Consiste em se converter, através de um polarizador, infinitos planos de vibração, num único plano de vibração, como ocorre com a corda mostrada abaixo.

O fenômeno da polarização consiste em impedir a passagem de ondas transversais que possuam determinada direção de propagação por meio de um filtro denominado de polarizador

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Leitura Complementar: Filtros de Polarização Os filtros de polarização restringem a passagem das ondas eletromagnéticas em alguma direção. Esses filtros podem ser encontrados, por exemplo, em máquinas fotográficas, para restringir a passagem da luz em alguma direção e então melhorar o brilho. Podem ser também encontradas no cinema, em Óculos 3D. Em filmes 3D no cinema, a imagem é emitida por 2 projetores (Estereoscopia), sendo que um deles projeta apenas ondas verticais e o outro em um ângulo diferente, projeta as ondas horizontais. O Óculos 3D, que possui um polarizador, seleciona essas 2 ondas e as transforma na imagem “3D” dando um aspecto de profundidade ao filme.

FONTE: https://mundoestranho.abril.com.br

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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (ENEM) Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle. A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de:

2. (UFRGS) A principal diferença entre o comportamento de ondas transversais e de ondas longitudinais consiste no fato de que estas: a) Não produzem efeitos de interferência. b) Não se refletem. c) Não se refratam. d) Não se difratam. e) Não podem ser polarizadas.

a) Terem fases opostas. b) Serem ambas audíveis. c) Terem intensidades inversas. d) Terem de mesma amplitude. e) Terem frequências próximas.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. E| 2. E

1.2. Acústica CONCEITO DE SOM Som é uma onda mecânica, longitudinal de frequência compreendida entre 20 hertz e 20 quilohertz.

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VELOCIDADE DO SOM A velocidade de propagação do som depende do meio e da temperatura.

Em geral, podemos afirmar que:

VSom (ar) < VSom (líquidos) < VSom (Sólidos)

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QUALIDADES FISIOLÓGICAS DO SOM Intensidade É a qualidade fisiológica que permite distinguir os sons fortes dos sons fracos. Está relacionada com a amplitude da onda: quanto mais forte for o som, maior é a sua amplitude.

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Timbre É a qualidade que permite identificar a fonte emissora do som. É determinada pela distribuição de energia através dos vários harmônicos. Está relacionada com o formato da onda sonora emitida.

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Altura É dada pela frequência fundamental do som. Os sons de maior frequência fundamental são chamados altos ou agudos e os sons de menor frequência fundamental de baixos ou graves

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EFEITO DÖPLLER Chama-se Efeito Döppler a alteração de frequência de uma onda devido ao movimento relativo entre a fonte e o observador.

Aproximação – Percebe-se um aumento de frequência (som mais agudo).

Afastamento – Percebe-se uma redução de frequência (som mais grave).

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Os Sinais na equação são sempre obtidos a partir de um referencial orientado do observador para a fonte sonora. f0 = Frequência observada V = Velocidade do som VF = Velocidade da fonte

ff = Frequência real da fonte V0 = Velocidade do observador

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFRGS) Analise cada uma das seguintes afirmações relacionadas com ondas sonoras e indique se é verdadeira (V) ou falsa (F).

I. Analisando-se os sons produzidos num piano, verifica-se que a nota lá (440 Hz) é mais grave do que a nota dó (256 Hz).

II. A onda sonora não se propaga da Terra para a Lua. III. Uma onda sonora audível pode ser difratada.

Quais são, pela ordem, as indicações corretas? a) F, V, V. b) F, F, V. c) F, V, F. d) V, F, F. e) V, V, F. 2. Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro. Essa diferenciação se deve principalmente ao(à): a) Intensidade sonora do som de cada instrumento musical. b) Potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos musicais. c) Diferente velocidade de propagação do som emitido por cada instrumento musical. d) Timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de cada instrumento sejam diferentes. e) Altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes instrumentos musicais.

3. (ENEM) A Figura 1 apresenta o gráfico da intensidade, em decibéis (dB), da onda sonora emitida por um alto-falante, que está em repouso, e medida por um microfone em função da frequência da onda para diferentes distâncias: 3 mm, 25 mm, 51 mm e 60 mm. A Figura 2 apresenta um diagrama com a indicação das diversas faixas do espectro de frequência sonora para o modelo de alto-falante utilizado neste experimento.

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Relacionando as informações presentes nas figuras 1 e 2, como a intensidade sonora percebida é afetada pelo aumento da distância do microfone ao alto-falante? a) Aumenta na faixa das frequências médias. b) Diminui na faixa das frequências agudas. c) Diminui na faixa das frequências graves. d) Aumenta na faixa das frequências médias altas. e) Aumenta na faixa das frequências médias baixas

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. A| 2. D| 3. C

1.3. O Pêndulo Simples Em mecânica, um pêndulo simples é um dispositivo que consiste numa massa puntiforme presa a um fio inextensível que oscila em torno de um ponto fixo. O braço executa movimentos alternados em torno da posição central, chamada posição de equilíbrio. O pêndulo é muito utilizado em estudos da força peso e do movimento oscilatório.

O período (T) de um pêndulo simples pode ser calculado por:

L: Comprimento do pêndulo (m) g: Aceleração da gravidade (m/s2)

OBSERVAÇÃO  O Período de um pêndulo simples Independe da Amplitude de oscilação  O período independe da massa presa a extremidade do pêndulo  O Período depende do comprimento do pêndulo e da aceleração local da gravidade

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UNIDADE 2 ÓPTICA

2.1. Princípios Fundamentais da Óptica Geométrica CONCEITOS IMPORTANTES A) Raio de luz: Linha que representa graficamente o caminho percorrido pela luz.

B) Feixe de luz: Conjunto de raios luminosos.

C) Meios de propagação da luz: - Meio transparente: Permite a propagação da maior parte da luz incidente sobre ele. Como exemplos, temos o Vidor e o ar.

- Meio translúcido: Permite a passagem parcial de luz através de si. Como exemplos, temos o vidro fosco e o papel de vegetal ou de seda.

- Meio opaco: Reflete a maior parte da luz incidente sobre si, praticamente impossibilitando a propagação da luz. Como exemplos, temos uma parede de tijolos ou um piso de madeira.

PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA A) Princípio da propagação retilínea da luz: “Nos meios isotrópicos e homogêneos a luz propaga-se em linha reta, em todas as direções e sentidos.”

Algumas aplicações desse princípio são, por exemplo, a formação de sombras, a câmara escura de orifício e a formação de eclipses Câmara escura de orifício:

Considerando: P: Distância do objeto ao orifício P’: Distância da imagem ao orifício O: Tamanho do objeto i: Tamanho da imagem

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[Física II] Sombras projetadas de objetos: Nessa figura por semelhança de triângulos, podemos concluir que:

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B) Princípio da independência dos raios luminosos:

“Quando dois raios de luz se cruzam, cada um deles segue seu trajeto exatamente como se os demais não existissem, de forma independente.”

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C) Princípio da reversibilidade dos raios de luz:

Se revertermos o sentido de propagação de um raio de luz, ele continua a percorrer a mesma trajetória, porém em sentido contrário.

Disponível em: https://pt.slideshare.net/Moseo

A Cor dos Corpos A luz solar, que é chamada de luz branca, é na realidade formada por diversas cores.

Para que o corpo tenha uma cor irá depender da luz que o ilumina, pois a cor não é considerada uma característica do corpo.

Quando um corpo constituído de pigmentos puros recebe luz branca e se apresenta de cor verde, vermelho, amarelo e etc., significa que ele absorveu todas as cores menos á que estamos vendo. Mas caso o corpo absorva todas as cores, sem que reflita nenhuma, ele será um corpo negro ideal.

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[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (ENEM) O efeito Tyndall é um efeito óptico de turbidez provocado pelas partículas de uma dispersão coloidal. Foi observado pela primeira vez por Michael Faraday em 1857 e, posteriormente, investigado pelo físico inglês John Tyndall. Este efeito é o que torna possível, por exemplo, observar as partículas de poeiras suspensas no ar por meio de uma réstia de luz, observar gotículas de água que formam a neblina por meio do farol do carro ou, ainda, observar o feixe luminoso de uma lanterna por meio de um recipiente contendo gelatina.

3. (ENEM) Entre os anos de 1028 e 1038, Alhazen (lbn al-Haytham: 965-1040 d.C.) escreveu sua principal obra, o Livro da Óptica, que, com base em experimentos, explicava o funcionamento da visão e outros aspectos da ótica, por exemplo, o funcionamento da câmara escura. O livro foi traduzido e incorporado aos conhecimentos científicos ocidentais pelos europeus. Na figura, retirada dessa obra, é representada a imagem invertida de edificações em tecido utilizado como anteparo.

REIS, M. completamente Química: físico-química. São Paulo: FTD, 2001 (adaptado).

Ao passar por um meio contendo partículas dispersas, um feixe de luz sofre o efeito Tyndall devido: a) à absorção do feixe de luz por este meio. b) à interferência do feixe de luz neste meio. c) à transmissão do feixe de luz neste meio. d) à polarização do feixe de luz por este meio. e) ao espalhamento do feixe de luz neste meio 2. (ENEM) É comum aos fotógrafos tirar fotos coloridas em ambiente iluminados por lâmpadas fluorescentes, que contêm uma forte composição de luz verde. As consequências desse fato na fotografia é que todos os objetos claros, principalmente os brancos, aparecerão esverdeados. Para equilibrar as cores, deve-se usar um filtro adequado para diminuir a intensidade da luz verde que chega aos sensores da câmera fotográfica. Na escolha desse filtro, utiliza-se o conhecimento da composição das cores-luz primárias: vermelho, verde e azul; e das cores-luz secundárias: amarelo = vermelho + verde, ciano = verde + azul e magenta = vermelho + azul.

Se fizermos uma analogia entre a ilustração e o olho humano, o tecido corresponde ao(à) a) íris. b) retina c) pupila. d) córnea. e) cristalino.

Disponível em:http://nautilus.fis.uc.pt. Acesso em 20 maio 2014 (adaptado)

Na situação descrita, qual deve ser o filtro utilizado para que a fotografia apresente as cores naturais dos objetos? a) ciano. b) verde. c) amarelo. d) magenta. e) vermelho.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. E| 2. D| 3.B

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[Física II]

2.2. Reflexão da Luz - Espelhos Planos Quando a luz incide em uma superfície que separa dois meios e retorna ao meio original, diz-se que ela sofre reflexão. Esse fenômeno óptico pode ser classificado de duas maneiras: - Reflexão difusa – Reflexão que acontece em superfícies ásperas ou não polidas - Reflexão especular ou regular – Reflexão que acontece em uma superfície lisa ou polida como a superfície de um espelho plano. Após a reflexão na superfície o feixe refletido retorna ao meio original de maneira regular. Esse tipo de reflexão permite a formação de imagens.

AS LEIS DA REFLEXÃO PRIMEIRA LEI: O raio incidente, a reta normal á superfície refletora no ponto de incidência e o raio refletido são coplanares.

SEGUNDA LEI:

O ângulo de incidência (i) é sempre igual ao ângulo de reflexão.

Disponível em: http://pin-collective.co.uk

ESPELHO PLANO Em um espelho plano comum, vemos nossa imagem com a mesma forma e tamanho, mas parece que encontra-se atrás do espelho, invertida (esquerda na direita e vice-versa), à mesma distância que nos encontramos dele.

Disponível em: https://www.coladaweb.com/fisica/

I = O (Tamanho da imagem igual ao tamanho do objeto).

P = P’ (Distância do objeto ao espelho igual à distância da imagem ao espelho).

A Imagem gerada por um espelho plano (I) é sempre virtual (formada atrás do espelho), direita (mesma posição do objeto original) e igual (mesmo tamanho do objeto original). A imagem gerada por um espelho plano está situada a uma distância (p) do espelho igual à distância (p’) que o objeto (O) se encontra do espelho.

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[Física II]

CAMPO VISUAL DO ESPELHO PLANO Ao olhar para a superfície refletora de um espelho, um observador “O” vê, por reflexão, uma certa região do espaço; esta região é chamada campo visual do espelho, em relação ao observador “O”. O campo visual depende das dimensões do espelho e da posição do observador.

Disponível em: http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/

Para se obter o campo visual deve-se determinar a imagem O’ do olho do observador e unir O’ com os extremos do espelho.

ASSOCIAÇÕES DE ESPELHOS PLANOS Numa associação de dois espelhos planos que formam entre si um ângulo , é possível determinar o número N de imagens resultantes da associação pela equação:

Disponível em: https://www.colegioweb.com.br/

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (ITA) Ao olhar-se num espelho plano, retangular, fixado no plano de uma parede vertical, um homem observa a imagem de sua face tangenciando as quatro bordas do espelho, isto é, a imagem de sua face encontra-se ajustada ao tamanho do espelho. A seguir, o homem afasta-se, perpendicularmente à parede, numa certa velocidade em relação ao espelho, continuando a observar sua imagem.

Nestas condições, pode-se afirmar que essa imagem:

2. (UNESP) Um professor de física propôs aos seus alunos que idealizassem uma experiência relativa ao fenômeno luminoso. Pediu para que eles se imaginassem numa sala completamente escura, sem qualquer material em suspensão no ar e cujas paredes foram pintadas com uma tinta preta ideal, capaz de absorver toda a luz que incidisse sobre ela.

Em uma das paredes da sala, os alunos deveriam imaginar uma fonte de luz emitindo um único raio de luz branca que incidisse obliquamente em um extenso espelho plano ideal, capaz de refletir toda a luz nele incidente, fixado na parede oposta àquela na qual o estudante estaria encostado (observe a figura).

a) torna-se menor que o tamanho do espelho tal como visto pelo homem. b) torna-se maior que o tamanho do espelho tal como visto pelo homem. c) continua ajustada ao tamanho do espelho tal como visto pelo homem. d) desloca-se com o dobro da velocidade do homem. e) desloca-se com metade da velocidade do homem.

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[Física II] Se tal experiência pudesse ser realizada nas condições ideais propostas pelo professor, o estudante dentro da sala a) enxergaria somente o raio de luz. b) enxergaria somente a fonte de luz. c) não enxergaria nem o espelho, nem o raio de luz. d) enxergaria somente o espelho em toda sua extensão. e) enxergaria o espelho em toda sua extensão e também o raio de luz. a) 80° b) 70° c) 60° d) 50° e) 40°

3. (UEL) Um raio de luz r incide sucessivamente em dois espelhos planos E1 e E2, que formam entre si um ângulo de 60°, conforme representado no esquema a seguir. Nesse esquema o ângulo α, é igual a

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. A| 2. C| 3.B

2.3. Espelhos Esféricos Um espelho esférico é constituído de uma superfície lisa e polida com formato esférico. Se a parte refletora for interna será um espelho côncavo caso a superfície refletora seja a parte externa será um espelho convexo.

Espelho côncavo: A superfície refletora de luz é interna.

Espelho convexo: A superfície refletora de luz é a externa.

Disponível em: https://descomplica.com.br

ELEMENTOS DE UM ESPELHO ESFÉRICO

C é o centro da esfera; V é o vértice da calota; O eixo que passa pelo centro e pelo vértice da calota é chamado eixo principal.

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[Física II] Disponível em: https://www.infoescola.com

O foco do espelho côncavo é real (foco convergente) enquanto o foco do espelho convexo é virtual (foco divergente).

A distância entre o foco e o vértice do espelho é chamada de distância foca (f) – Nos espelhos de Gauss f =R/2, onde R é o raio de curvatura.

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br

RAIOS NOTÁVEIS 1- Todo raio de luz que incide no espelho de maneira paralela ao eixo principal é refletido através do foco do espelho.

2- Todo raio de luz que incide no espelho sobre o centro de curvatura reflete-se sobre si mesmo.

3- Todo raio que passa pelo foco reflete-se paralelamente ao eixo principal.

Estes não são os únicos raios possíveis para um espelho esférico, mas certamente são os mais importantes.

Tais raios permitirão a obtenção de imagens nos espelhos se conhecermos ao menos dois deles

IMAGENS NOS ESPELHOS ESFÉRICOS 1- ESPELHO CÔNCAVO: Caso 1 – Objeto além do centro de curvatura do espelho

A imagem será real invertida e menor do que o objeto.

Caso 2 – Objeto no centro de curvatura do espelho A imagem será real invertida e do mesmo tamanho que o objeto.

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[Física II] Caso 3 – Objeto entre o centro e o foco do espelho

A imagem será real invertida e maior que o objeto.

Caso 4 – Objeto no foco do espelho

A imagem será imprópria. Não haverá formação de imagem.

Caso 5 – Objeto entre o foco e o vértice do espelho

A imagem é virtual (atrás do espelho), direita e maior que o objeto.

2- ESPELHO CONVEXO: Caso um objeto qualquer seja colocado diante de um espelho convexo, usaremos dois raios para construir a imagem. Como mostra a figura, a imagem do objeto estará no encontro dos prolongamentos dos raios refletidos.

Imagem virtual direita e menor do que o objeto.

OBSERVAÇÃO Um espelho convexo é utilizado em centros comerciais e lojas devido ao seu grande campo visual.

- Imagem real é a imagem formada pelos raios refletidos na superfície do espelho. Forma-se na frente do espelho e deve ser vista através de projeção.

- Imagem virtual é a imagem formada pelos prolongamentos dos raios refletidos, está localizada atrás da superfície do espelho e é formada nos prolongamentos dos raios refletidos.

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[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (PUC) Em um farol de automóvel tem-se um refletor constituído por um espelho esférico e um filamento de pequenas dimensões que pode emitir luz. O farol funciona bem quando o espelho é: a) côncavo e o filamento está no centro do espelho; b) côncavo e o filamento está no foco do espelho; c) convexo e o filamento está no centro do espelho; d) convexo e o filamento está no foco do espelho; e) convexo e o filamento está no ponto médio entre o foco e o centro do espelho.

2. (UFES) Um objeto está sobre o eixo de um espelho esférico côncavo. A distância entre o objeto e o espelho é maior que o raio de curvatura do espelho. A imagem do objeto é: a) real, não invertida, menor que o objeto; b) real, invertida, maior que o objeto; c) real, invertida, menor que o objeto; d) virtual, não invertida, maior que o objeto; e) virtual, invertida, menor que o objeto.

3. (VUNESP) Um pequeno prego se encontra diante de um espelho côncavo, perpendicularmente ao eixo óptico principal, entre o foco e o espelho. A imagem do prego será: a) real, invertida e menor que o objeto; b) virtual, invertida e menor que o objeto; c) real, direta e menor que o objeto; d) virtual, direta e maior que o objeto; e) real, invertida e maior que o objeto.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. B| 2. C| 3. D

2.4. Lentes Esféricas Delgadas Lente é um meio transparente limitado por duas superfícies sendo ao menos uma dessas superfícies curva.

As lentes esféricas delgadas são obtidas a partir de cortes de esferas refratoras de luz e podem ser classificadas de duas maneiras principais dependendo de como são construídas.

As lentes de bordas delgadas são lentes convergentes.

As lentes de bordas espessas são lentes divergentes.

Disponível em: http://slideplayer.com.br/slide/363437/

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[Física II] Lente convergente é aquela que faz com que os raios de luz paralelos ao eixo da lente venham a convergir para um ponto (o foco da lente). Como efetivamente os raios de luz passam por esse ponto, dizemos que essa lente possui foco real.

Lente divergente é aquela que faz com que os raios de luz paralelos ao eixo da lente venham a divergir do eixo principal a partir do foco. Como os raios não passam efetivamente por esse ponto, dizemos que essa lente possui foco virtual.

Disponíveis em: https://brasilescola.uol.com.br

OBSERVAÇÃO A representação das lentes será a da imagem ao lado. A primeira representação em que os raios de luz convergem para o foco será a da lente convergente e a segunda, em que os raios de luz divergem a partir de prolongamentos, será a representação da lente divergente.

Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/

RAIOS NOTÁVEIS

Disponível em: http://slideplayer.com.br/slide/363437/

Para as lentes convergentes os raios são os seguintes: 1. Raio de luz que incide na lente de maneira paralela ao eixo principal da lente passa pelo foco da lente.

2. Raio de luz que passa pelo foco da lente emerge de maneira paralela ao eixo principal.

3. Raio de luz que passa pelo centro óptico da lente não sofre desvio.

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[Física II]

Disponível em: http://slideplayer.com.br/slide/363437/

Para as lentes divergentes os raios são os seguintes: 1. Raio de luz que incide na lente de maneira paralela ao eixo principal da lente diverge a partir de um prolongamento do foco da lente.

2. Raio de luz que passa por um prolongamento do foco da lente emerge da lente de maneira paralela ao eixo principal.

3. Raio de luz que passa pelo centro óptico da lente não sofre desvio.

IMAGENS NAS LENTES ESFÉRICAS - LENTE CONVERGENTE

Disponível em: http://slideplayer.es/slide/10800133/

Na lente convergente as imagens são análogas às imagens formadas no espelho côncavo, ou seja, à medida que o objeto se aproxima da lente a imagem é ampliada e afasta-se da lente. O único caso de imagem virtual acontece quando o objeto é colocado entre o foco e o centro óptico da lente. Sendo nesse caso, classificada como virtual direita e maior. Observe que nas lentes imagem real se forma atrás da lente e imagem virtual se forma na frente da lente.

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[Física II]

OBSERVAÇÃO O caso 1 da figura anterior (objeto além do centro da lente) corresponde ao caso de formação de imagens no olho humano e na máquina fotográfica.

O caso 3 da figura anterior (objeto entre o centro de curvatura e o foco da lente) corresponde ao caso dos projetores (cinema, retroprojetor, etc...).

O caso 5 (objeto entre o foco e o vértice da lente) é o único caso de imagem virtual na lente convergente e corresponde ao caso de formação de imagem da lupa.

- LENTE DIVERGENTE

Na lente divergente temos um único caso de formação de imagens, analogamente ao que acontece com o espelho convexo. Nessa lente a imagem é virtual, direita e menor.

OBTENÇÃO ANALÍTICA DE IMAGENS A obtenção das imagens pode ser realizada nos espelhos (e posteriormente nas lentes) Utilizando a equação de Gauss em conjunto com a equação da ampliação.

LEMBRE-SE: Espelho côncavo e lente convergente possuem foco real, portanto terão foco positivo (f>0).

EQUAÇÃO DE GAUSS

Espelho convexo e lente divergente possuem foco virtual, portanto terão foco negativo (f<0).

EQUAÇÃO DA AMPLIAÇÃO

[24]

[Física II]

OBSERVAÇÃO Na equação de Gauss os termos seguem as seguintes convenções de sinal (baseados no referencial de Gauss) Vergência (V) ou grau de uma lente é medida em dioptrias Distância do objeto ao espelho (p) (di) e pode ser calculada por p>0 – Objetos reais Distância da imagem ao espelho (p’) p’>0 – Imagens reais p’<0 – Imagens virtuais O (Tamanho do objeto) O > 0 – Objetos direitos O < O – Objetos invertidos i (Tamanho da imagem) i > 0 – Imagens direitas i < 0 – Imagens invertidas

Em que f é a distância focal medida em metros (adotar o sinal positivo ou negativo dependendo do tipo de lente).

Assim vergência da lente convergente será positiva e da divergente será negativa.

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFRGS) A figura representa uma lente esférica delgada de distância focal f. Um objeto real é colocado à esquerda da lente, numa posição tal que sua imagem real se forma à direita da mesma. Para que o tamanho dessa imagem seja igual ao tamanho do objeto, esse deve ser colocado.

c) na superfície da lente, mantém-se na superfície e sempre é invertida. d) entre a lente e o lustre, mantém-se nessa região, mas muda de orientação. e) entre a lente e o lustre, mantém-se nessa região e sempre é invertida.

3. (UFPEL) O esquema abaixo mostra a imagem projetada sobre uma tela, utilizando um único instrumento óptico "escondido" pelo retângulo sombreado. O tamanho da imagem obtida é igual a duas vezes o tamanho do objeto que se encontra a 15 cm do instrumento óptico. Nessas condições, podemos afirmar que o retângulo esconde:

a) à esquerda de G. c) entre G e F.

b) entre F e a lente. d) em F. e) em G.

2. (UFSCAR) Uma estudante observa um lustre de lâmpadas fluorescentes acesas no teto da sala de aula através de uma lente convergente delgada.

Para isso, ela coloca a lente junto aos seus olhos, afastando-a lentamente. Ela nota que a imagem desse lustre, a partir de certa distância, começa a aparecer invertida e nítida. A partir daí, se ela continuar a afastar a lente, a imagem desse lustre, que se localizava: a) entre a lente e o olho da estudante, mantém-se nessa região e sempre é invertida. b) entre a lente e o olho da estudante, mantém-se nessa região, mas muda de orientação.

a) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é de 30 cm. b) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de 45 cm. c) uma lente divergente, e a distância da tela à lente é de 30 cm. d) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de 30 cm. e) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é de 45 cm.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. E| 2. A| 3.D

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[Física II]

2.5. Refração Luminosa É o fenômeno que ocorre quando a luz passa de um meio para outro, podendo sofrer um desvio em sua trajetória. Via de regra, essa mudança de meio é acompanhada de mudança na velocidade de propagação da luz.

LEIS DA REFRAÇÃO - Primeira Lei

“O raio incidente (RI) o raio refratado (RR) e a reta normal (N) à superfície pertencem ao mesmo plano.”

- Segunda Lei Para cada par de meios e para cada luz monocromática que se refrata, é constante o produto do seno do ângulo que o raio forma com a reta normal e o índice de refração do meio em esse raio se encontra.

ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE UM MEIO (n) Caracteriza o grau de dificuldade encontrado pela luz para que a luz possa propagar-se em um meio isotrópico e homogêneo .

Representa a capacidade de um meio transparente de desviar a luz.

Quanto maior o índice de refração de um meio (mais refringente o meio) O índice de refração é uma grandeza adimensional por se tratar de uma razão entre duas velocidades e adota-se o valor 1 para o vácuo. No ar com boa aproximação também adotaremos o valor 1.

O índice de refração absoluto (n) de um meio é obtido através da razão entre a velocidade da luz no vácuo (C = 3 x 108 m/s) e a velocidade da luz nesse meio

[26]

[Física II]

ATENÇÃO: - Quanto maior a velocidade da luz em um meio menor será seu índice de refração (menos refringente será o meio).

- Quanto menor a velocidade da luz em um meio maior será seu índice de refração (mais refringente será o meio).

Disponível em: http://efisica.if.usp.br/otica/basico/refracao/snell/

OBSERVE: - Quando um raio de luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente o raio de luz sofre um desvio afastando-se da reta normal.

- Passando a luz de um meio menos refringente para outro menos refringente, o raio de luz refratado sofre um desvio aproximando-se da reta normal.

OBSERVAÇÃO - Numa incidência perpendicular da luz sobre a superfície de separação não acontece desvio do raio refratado.

- Quando dois meios apresentam mesmo índice de refração, um é invisível ao outro. Nesse caso, dizemos que existe continuidade óptica entre os meios.

REFLEXÃO TOTAL Quando luz monocromática se propaga de um meio com maior índice de refração para outro de menor índice de refração, nem todo raio luminoso sofre refração. Esta situação corresponde à propagação da luz do meio B para o meio A (nA < nB). Em incidência normal (Figura a), continua a não haver desvio do raio refratado em relação ao incidente. Para incidência oblíqua (Figura b), contudo, o raio luminoso afasta-se da normal (R>i). Aumentando gradualmente o ângulo de incidência, o raio refratado aproxima-se da direção rasante. Neste caso, a refração limite ocorre para um ângulo de incidência i = L (Figura c), para o qual o ângulo de refração atinge o valor máximo de 90°.

Cálculo do ângulo Limite:

Disponível em: http://wikiciencias.casadasciencias.org

Condições para ocorrência da reflexão total: 1. Sentido de propagação da luz: do meio com maior índice de refração para o de menor.

2. Ângulo de incidência maior que o ângulo limite: i> L.

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[Física II]

OBSERVAÇÃO

Outra aplicação importante da reflexão total são as fibras ópticas. Essas fibras são feitas de vidro ou plástico e possuem paredes extremamente lisas. Ao penetrar na fibra, a luz sofre reflexão nas paredes laterais diversas vezes e com isso ela é transportada a longas distâncias. Por esse motivo, a fibra óptica é um condutor de luz. Essa tecnologia é amplamente utilizada na medicina e nas telecomunicações.

Disponível em: http://slideplayer.com.br/slide/7972083/

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. Marque a alternativa correta a respeito do fenômeno da refração da luz. a) A refração é caracterizada pela mudança de meio de propagação da luz, que sempre ocasiona aumento em sua velocidade. b) O índice de refração é definido como sendo a razão entre a velocidade da luz em um meio qualquer e a velocidade da luz no vácuo. c) A lei de Snell só pode ser aplicada quando a refração ocorre entre o ar e um meio qualquer. d) Na passagem do maior para o menor índice de refração, a luz sofre aumento em sua velocidade. e) Na passagem do menor para o maior índice de refração, a luz sofre aumento em sua velocidade.

3. A figura a seguir representa um raio de luz monocromática que se refrata na superfície plana de separação de dois meios transparentes, cujos índices de refração são n1 e n2. Com base nas medidas expressas na figura, onde C é uma circunferência, pode-se calcular a razão n2/n1 dos índices de refração desses meios:

2. Analise as seguintes afirmações a respeito da reflexão total da luz: I. A reflexão total ocorre sempre que o ângulo de incidência da luz é maior que o ângulo limite, na passagem da região de maior para a de menor índice de refração; II. A reflexão total ocorre sempre que o ângulo de incidência da luz é maior que o ângulo limite, na passagem da região de menor para a de maior índice de refração; III. O ângulo limite sempre é igual a 90°; IV. O núcleo de uma fibra óptica é a região de maior índice de refração.

Está correto o que se afirma em: a) I e III b) II, III e IV c) I, II e IV d) I e IV e) I e II

Qual das alternativas apresenta corretamente o valor dessa razão? a) 2/3 b) 3/4. c) 1 d) 4/3 e) 3/2.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. D| 2. D| 3. A

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[Física II]

2.6. Óptica da Visão Na Física, o estudo do comportamento dos raios luminosos em relação ao globo ocular é conhecido como óptica da visão. Para entender a óptica da visão será necessário estudar, anteriormente, a estrutura do olho humano.

Nossos olhos são constituídos de vários meios transparentes que levam os raios luminosos até a retina (onde se formam as imagens).

O cristalino funciona como uma lente convergente biconvexa.

A pupila funciona como um diafragma, controlando a quantidade de luz que penetra no olho.

Os músculos ciliares alteram a distância focal do cristalino, comprimindo-o. A retina é a parte do olho sensível à luz. É nesta região que se formam as imagens.

O sistema óptico do globo ocular forma uma imagem real e invertida no fundo do olho, mais precisamente na retina.

Disponível em: http://slideplayer.com.br/slide/292915/

DEFEITOS DA VISÃO

Disponível em: http://oftalmologistacb.com.br

Os defeitos mais comuns da visão miopia e hipermetropia relacionam-se com variações nas dimensões e forma do globo ocular. Em um olho com foco normal, as imagens dos objetos são formadas exatamente sobre a retina.

Em um olho míope, devido a uma alteração do globo ocular as imagens tendem a se formar em uma região anterior a retina. Pessoas com miopia têm dificuldade de visualizar objetos distantes e a correção é feita através da utilização de lentes divergentes.

Em um olho com hipermetropia a tendência das imagens é ser formada em uma região anterior a retina. Pessoas com esse defeito de visão tendem a ter dificuldade de visualizar objetos próximos e a correção é feita utilizando-se lentes convergentes.

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[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. Certo paciente recebe uma receita do oftalmologista para correção visual determinando uma lente de – 4,00 dioptrias para ambos os olhos. Essa situação hipotética indica que as lentes apresentadas são: a) divergentes, com distância focal de –0,25 m e, provavelmente, o paciente é míope. b) convergentes, com distância focal de 0,40 m e, provavelmente, o paciente é hipermetrope. c) divergentes, com distância focal de 1,25 m e, provavelmente, o paciente possui astigmatismo. d) convergentes, com distância focal de 0,75 m e, provavelmente, o paciente é hipermetrope. e) divergentes, com distância focal de –0,40 m e, provavelmente, o paciente é míope.

2. Marque a alternativa correta a respeito dos problemas de visão. a) A miopia caracteriza-se pela dificuldade em enxergar de perto, e é corrigida por meio do uso de lentes convergentes. b) A hipermetropia caracteriza-se pela dificuldade em enxergar de perto, e é corrigida pelo uso de lentes divergentes. c) O glaucoma é caracterizado pela opacidade do cristalino. d) O astigmatismo pode ser corrigido com o uso de lentes prismáticas. e) A miopia caracteriza-se pela dificuldade em enxergar de longe, e é corrigida por meio do uso de lentes divergentes.

3. A correção para o astigmatismo pode ser feita por: a) lente esférica convergente; b) lente esférica divergente; c) lente esférica côncavo-convexa; d) lente esférica plano-convexa; e) lente cilíndrica

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. A| 2. E| 3. E RASCUNHO

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[Física II]

UNIDADE 3 ELETROSTÁTICA CONCEITOS IMPORTANTES Eletricidade é a parte da física que estuda os fenômenos elétricos. Pode ser dividida em: Eletrostática: Ramo da física que estuda as cargas elétricas em repouso Eletrodinâmica: Ramo da física que estuda as cargas elétricas em movimento

MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD Prótons: Encontram-se no núcleo atômico e possuem carga elétrica positiva.

Elétrons: Estão localizados na eletrosfera e possuem carga elétrica negativa.

Nêutrons: Partículas sem carga que estão localizadas no núcleo do átomo.

Disponível em: http://www.universiaenem.com.br

OBSERVAÇÃO - Em módulo, as cargas elétricas do próton e do elétron possuem mesmo valor.

- O valor da carga elétrica de um próton ou de um elétron, classicamente falando, seria o menor valor de carga que poderíamos encontrar na natureza. A esse valor de carga denominamos carga elementar (e).

PRINCÍPIO DE DUFAY [ATRAÇÃO E REPULSÃO]

A unidade de carga elétrica no sistema internacional é o Coulomb (C).

O valor da carga elétrica elementar é 1,6 x 10-19 C

Disponível em: http://fisicanoleonor.blogspot.com.br

Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas elétricas de sinais diferentes se atraem.

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[Física II]

ELETRIZAÇÃO Pelos processos clássicos de eletrização, um objeto carregado ou eletrizado é aquele no qual a quantidade de cargas elétricas negativas e positivas é diferente. Um objeto neutro é aquele no qual a quantidade desses dois tipos de carga é igual.

OBJETO NEUTRO Nº Prótons = Nº de elétrons

QUANTIZAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA Q= Carga total do objeto n: Número (inteiro) de elétrons ganhos ou perdidos e: Carga elementar (C)

“A carga total (Q) de um objeto é sempre um múltiplo inteiro do módulo da carga de um elétron.”

PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO Princípio Da Conservação Da Carga Elétrica Antes de estudarmos os processos de eletrização é bom lembrar que em qualquer processo de eletrização vale o princípio da conservação da carga elétrica que pode ser enunciado como segue: Em qualquer processo de eletrização, a soma algébrica das cargas antes e depois desse processo permanece constante.

1) ELETRIZAÇÃO POR ATRITO Observa-se que os corpos possuem uma tendência de perder elétrons, porém alguns materiais apresentam uma tendência maior que outros. Ao atritarem-se dois isolantes de materiais diferentes, inicialmente neutros, o corpo que possui maior tendência a perder elétrons, transfere elétrons para o outro corpo, eletrizando-se positivamente o corpo que cede elétrons e negativamente o que recebe elétrons.

Disp onível em: http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br

OBSERVAÇÃO - Ao final do processo de eletrização por atrito os corpos terão cargas de mesmo valor, porém de sinal contrário.

[32]

[Física II] 2) ELETRIZAÇÃO POR CONTATO Processo de eletrização característico dos materiais condutores de eletricidade. Envolve simplesmente o contato entre os objetos sem a necessidade de atrito. Nesse processo ocorre a transferência de elétrons de um corpo para outro.

Disponível em: https://www.infoescola.com

OBSERVAÇÃO - Ao final do processo, os objetos eletrizados por contato acabam com cargas de mesmo sinal.

- Se os objetos eletrizados forem idênticos, a carga final nos dois objetos tem o mesmo valor.

- Para objetos idênticos a carga final de cada objeto pode ser calculada pela média aritmética das cargas antes do contato.

3) ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO Eletrizar um objeto por indução significa atribuir-lhe carga elétrica utilizando outro corpo eletrizado sem que haja contato entre eles. Esse processo de eletrização baseia-se no conceito da atração e repulsão de cargas elétricas.

Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br

- O processo de eletrização por indução caracteriza-se pela separação de cargas elétricas.

- Na indução, o induzido acaba com carga de sinal oposto à do indutor.

- Um corpo carregado eletricamente pode atrair um corpo neutro, fenômeno explicado pela separação de cargas (que também explica a indução).

OBSERVAÇÃO - Condutores elétricos são materiais nos quais os elétrons tem relativa facilidade de movimentação. Os exemplos mais típicos de materiais condutores são os metais.

- Isolantes ou dielétricos são materiais em que os elétrons têm dificuldade de movimentação. Existem vários exemplos desse tipo de material, a saber: Papel, vidro, madeira, borracha, etc...

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[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO Considerando o eletroscópio da figura anterior, carregado positivamente, assinale a alternativa correta que completa a lacuna da frase a seguir.

"Tocando-se o dedo na esfera, verifica-se que as lâminas se fecham, porque o eletroscópio _______." a) perde elétrons b) ganha elétrons d) ganha prótons e) perde prótons

1. (Unitau) Uma esfera metálica tem carga elétrica negativa de valor igual a 3,2.10-4 C. Sendo a carga do elétron igual a 1,6.10-19 C, pode-se concluir que a esfera contém: a) 2 . 1015 elétrons b) 200 elétrons c) um excesso de 2. 1015 elétrons d) 2 . 1010 elétrons e) um excesso de 2 . 1010 elétrons

3. (Uespi) Uma pequena esfera condutora A, no vácuo, possui inicialmente carga elétrica Q. Ela é posta em contato com outra esfera, idêntica a ela, mas neutra, e ambas são separadas após o equilíbrio eletrostático ter sido atingido. Esse procedimento é repetido mais 10 vezes, envolvendo outras 10 esferas idênticas à esfera A, todas inicialmente neutras. Ao final, a carga da esfera A é igual a: a) Q/29 b) Q/210 c) Q/211 d) Q/10 e) Q/11

2. (Acafe) Utilizado nos laboratórios didáticos de física, os eletroscópios são aparelhos geralmente usados para detectar se um corpo possui carga elétrica ou não.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. C| 2.B | 3.C

FORÇA ELÉTRICA – LEI DE COULOMB A lei de Coulomb permite determinar do que depende a força elétrica entre duas partículas carregadas com elétrica q separadas por uma distância d.

Veja que a lei de Coulomb não se refere ao sentido da força elétrica. Isso é dado, como visto anteriormente, pelo princípio de Dufay. Após uma série de medidas, Coulomb concluiu que:

Dis carga po nív el em : htt p:/ /w w w. ge oci tie s. ws

A força elétrica entre duas partículas com carga é diretamente proporcional ao produto das cargas.

A força elétrica entre duas partículas com carga é inversamente proporcional ao quadrado da distância de separação entre as cargas.

Coulomb sintetizou tudo isso na equação:

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[Física II]

OBSERVAÇÃO - Na equação anterior K é a constante eletrostática do meio em que se encontram as cargas. Essa constante de proporcionalidade tem valor no vácuo de 9 x 109 N. m2/C2.

- A força eletrostática, pela última observação, depende do meio em que estão as cargas.

- A força eletrostática constitui sempre par ação – reação de acordo com a terceira lei de Newton.

CAMPO ELÉTRICO (E) Uma carga elétrica modifica o seu entorno criando uma região de influência a qual denominamos campo elétrico . Essa ideia é extremamente útil para que possamos entender como a força elétrica, que atua à distância em outras partículas com cargas, é transmitida.

Para a carga fonte Q temos:

Disponível em: http://www.alfaconnection.pro.br

E: Módulo do vetor campo elétrico (N/C) q: Módulo da carga de prova (C) F: Valor da força elétrica sobre a carga de prova (N)

OBSERVAÇÃO - O campo elétrico é grandeza vetorial.

- A equação acima somente permite determinar o módulo desse vetor.

- Substituindo na equação acima a força elétrica sobre a carga de prova pela equação de Coulomb de força elétrica entre partículas, chegamos a:

- Assim, o módulo do campo elétrico é diretamente proporcional ao valor da carga fonte e inversamente proporcional ao quadrado da distância da carga fonte ao ponto analisado.

- O campo elétrico da carga fonte independe da presença da carga de prova.

DIREÇÃO E SENTIDO DO CAMPO ELÉTRICO Carga positiva: vetor na reta que une a carga ao ponto apontando para fora da carga fonte (afastamento).

Carga negativa: vetor na reta que une a carga ao ponto apontando para dentro da carga fonte (aproximação).

Disponível em: http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br

OBSERVAÇÃO - O sentido do vetor campo elétrico coincide com o sentido da força sobre uma carga de prova positiva colocada no ponto.

[35]

[Física II]

CAMPO ELÉTRICO RESULTANTE

No caso do campo gerado por duas ou mais cargas elétricas puntiformes, cada uma originará, num ponto P, um vetor campo elétrico.

O vetor campo resultante será obtido por meio da P. adição vetorial dos diversos vetores campos individuais no ponto p.

Disponível em: http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br

LINHAS DE FORÇA DO CAMPO ELÉTRICO As linhas de força permitem uma visualização e avaliação qualitativa do campo elétrico. São a representação espacial do campo elétrico no entorno da carga ou distribuição de carga da qual estudamos o campo.

Linhas de campo para carga de prova puntiforme positiva Linhas para um dipolo elétrico

Linhas de força para carga de prova puntiforme negativa

Duas cargas de mesmo sinal Disponíveis em: http://trabcampoeletrico.blogspot.com.br

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[Física II]

CAMPO ELÉTRICO UNIFORME É o campo criado entre duas placas planas e paralelas carregadas com cargas de sinais opostos.

Possui linhas paralelas e equidistantes.

O vetor campo elétrico é constante Disponível em: https://www.colegioweb.com.br/

OBSERVAÇÃO - As linhas de campo são a resultante dos vetores campo elétrico em cada ponto no entorno da carga ou distribuição de carga a qual estamos analisando no momento.

- Em um dado ponto o vetor campo elétrico é sempre tangente à linha de campo elétrico e com a mesma direção e sentido desta. Observe a figura:

- Carga positiva em um campo elétrico sempre recebe força no mesmo sentido do campo.

- Carga negativa em um campo elétrico sempre recebe força de sentido oposto ao campo.

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (ULBRA) Considere duas cargas, QA  4μC e QB  5μC, separadas por 3 cm no vácuo. Elas são postas em contato e, após, separadas no mesmo local, por 1cm. Qual o sentido e o valor da força eletrostática entre elas, após o contato?

Considere: 1μC  106 C, k 0  9x109 a) Atração; 0,2 N. c) Atração; 200,0 N. e) Repulsão; 22,5 N.

O módulo da força elétrica exercida por B na esfera C é F. O módulo da força elétrica exercida por A na esfera B é a) F 4 b) F 2 c) F d) 2F e) 4F

Nm2

c2 b) Atração; 2,5 N.

d) Repulsão; 0,2 N.

3. (UPF) No estudo da eletricidade e do magnetismo, são utilizadas as linhas de campo. As linhas de campo elétrico ou magnético são linhas imaginárias cuja tangente em qualquer ponto é paralela à direção do vetor campo. Sobre as linhas de campo, assinale a afirmativa correta. a) As linhas de campo magnético e os vetores força magnética são sempre paralelos. b) As linhas de campo elétrico numa região do espaço onde existem cargas elétricas se dirigem de um ponto de menor potencial para um de maior potencial.

2. (PUCRS) Para responder à questão a seguir considere as informações que seguem.

Três esferas de dimensões desprezíveis A, B e C estão eletricamente carregadas com cargas elétricas respectivamente iguais a 2q, q e q.

Todas encontram-se fixas, apoiadas em suportes isolantes e alinhadas horizontalmente, como mostra a figura abaixo:

[37]

[Física II] c) As linhas de campo magnético no interior de um imã se dirigem do polo norte do imã para seu polo sul. d) As linhas de campo elétrico que representam o campo gerado por uma carga elétrica em repouso são fechadas. e) As linhas de força de um campo elétrico uniforme são linhas retas paralelas igualmente espaçadas e todas têm o mesmo sentido.

O vetor campo elétrico responsável pela deflexão nessa região é: a)  b)  c)  d) 

4. (ACAFE) Na figura abaixo temos o esquema de uma impressora jato de tinta que mostra o caminho percorrido por uma gota de tinta eletrizada negativamente, numa região onde há um campo elétrico uniforme. A gota é desviada para baixo e atinge o papel numa posição P.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1.E | 2.B | 3.E | 4.A

POTENCIAL ELÉTRICO (v) Potencial elétrico está associado à energia acumulada em um determinado ponto do campo elétrico.

Trata-se de grandeza escalar. Para uma carga puntiforme, em um determinado ponto próximo a ela podemos definir o potencial como sendo a razão entre energia potencial e valor de uma carga de prova nesse ponto.

U: Potencial elétrico da carga fonte (V) Ep: Energia potencial (j) q: Carga de prova colocada no ponto (C) Disponível em: http://plutaoplanetaplutao.blogspot.com.br

OBSERVAÇÃO - Podemos calcular o potencial elétrico a partir da carga fonte criadora do campo por:

- Analisando a última equação percebemos que o potencial é diretamente proporcional à carga elétrica fonte para um dado ponto.

- O potencial é inversamente proporcional à distância da carga até o ponto considerado.

- O sentido de uma linha de campo indica o sentido da diminuição do potencial.

- O sinal do potencial elétrico em um dado ponto é o mesmo da carga criadora do campo em relação a esse ponto.

POTENCIAL ELÉTRICO DEVIDO A VÁRIAS CARGAS PRÓXIMAS A UM PONTO O potencial elétrico resultante será dado pela soma algébrica dos diversos potenciais elétricos criados no ponto por cada carga puntiforme.

Disponível em: http://slideplayer.com.br

[38]

[Física II]

TRABALHO DA FORÇA ELÉTRICA Quando uma carga desloca-se entre dói pontos de um campo elétrico sua energia potencial elétrica diminui.

Isso significa que nesse percurso a força elétrica realiza um trabalho deslocando a carga entre esses pontos.

Esse trabalho depende da diferença de potencial entre os pontos e pode ser calculado como segue:

WAB: Trabalho da força elétrica (J) q: Valor da carga de prova deslocada (C) VAB: Diferença de potencial elétrico entre os pontos (V)

Disponível em: http://slideplayer.com.

SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS São superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos apresentam mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são sempre perpendiculares a sua superfície.

As superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de força ou linhas de campo elétrico e, consequentemente, perpendiculares ao vetor campo elétrico.

Disponível em: http://docencia.udea.edu.co

Superfícies equipotenciais para um campo elétrico uniforme, para uma carga puntiforme e para um dipolo elétrico.

OBSERVAÇÃO - A força elétrica não realiza trabalho ao deslocar uma carga sobre uma superfície equipotencial.

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[Física II]

DIFERENÇA DE POTENCIAL EM UM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME Uma carga puntiforme ao ser deslocada em um campo elétrico uniforme também pode receber trabalho da força elétrica. Se isso for verdade, existe diferença de potencial entre os pontos. Como tratamos aqui de um campo uniforme a diferença de potencial nesse caso, poderá ser calculada por:

V: Diferença de potencial (V) E: Valor do campo elétrico (N/C) D: Distância entre os pontos (m)

Disponível em: http://www.fismatica.com.br

PROPRIEDADES DOS CONDUTORES ELETRIZADOS Propriedade 1: Em um condutor carregado toda a carga elétrica distribui-se na superfície externa do condutor.

Propriedade 2: Em um condutor carregado o campo elétrico é sempre perpendicular à superfície do condutor em cada ponto.

Disponível em: http://ilhadeserra.blogspot.com.br

Disponíveis em: https://www.infoenem.com.br

Propriedade 4: Se um condutor for dotado de uma ponta, a carga elétrica em excesso acumula-se em maior intensidade na ponta desse condutor.

Propriedade 3: Em um condutor carregado o potencial elétrico em seu interior é constante em todos os pontos e tem o mesmo valor do potencial elétrico na superfície desse condutor.

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[Física II]

Leitura Complementar: O Funcionamento do Para-Raios Você sabe qual a função de um para-raios? Já se perguntou como ele funciona? O raio é uma descarga elétrica bem visível que ocorre, principalmente, em dias de tempestade. O raio acontece quando a diferença de potencial entre as nuvens ou mesmo entre as nuvens e o solo é capaz de ionizar o ar, assim os átomos do ar perdem elétrons dando origem às descargas elétricas. Essas descargas são muito perigosas, pois tem alto poder de descarga elétrica, podendo tanto queimar um equipamento eletrônico como também matar uma pessoa.

Benjamin Franklin foi o inventor do para-raios. Em um dia de chuva ele empinou uma pipa que tinha em sua ponta uma fita de cetim e uma chave de metal. A consequência desse experimento foi a formação de uma faísca quando o raio atingiu a ponta da pipa.

Os para-raios são hastes metálicas que ficam conectadas a terra através de cabos condutores. Essas hastes são colocadas nos mais variados tipos de edifícios, criando um caminho para a passagem da descarga elétrica, ou seja, para a passagem do raio. Por ser um objeto de metal, a sua presença aumenta a possibilidade da ocorrência dos raios, assim sendo, é muito importante verificar se o para-raios está montado corretamente e bem localizado, de forma que ele fique mais atrativo que os possíveis alvos que o raio pode encontrar durante uma descarga. O pararaios foi uma invenção criada não para evitar os raios, pois esse é um fenômeno natural impossível de evitar, mas sim procurar um meio de desviá-los de qualquer possível alvo. Apesar de fazer proteção contra os raios, eles não garantem 100% de proteção contra as descargas elétricas, pois os raios são muito poderosos, o que deixa o local bem vulnerável aos possíveis danos causados pelas descargas.

O poder das pontas em um para-raios eletricamente carregado, as cargas elétricas se localizam, em sua grande maioria, na ponta, o que faz gerar um campo elétrico mais intenso nessa região do que no restante do para-raios.

Em razão desse campo elétrico, surgem forças de repulsão entre as cargas elétricas, fazendo com que elas se empurrem até que algumas sejam lançadas fora do condutor e fiquem livres no meio ambiente.

FONTE: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/

OBSERVAÇÃO - Vimos anteriormente que em um condutor carregado a carga líquida total distribui-se na sua superfície externa. Assim, no interior desse condutor o campo elétrico é nulo e, portanto, não acontece a transmissão da força elétrica. Esse fenômeno é conhecido como gaiola de Faraday ou blindagem eletrostática e explica o motivo pelo qual ficamos seguros em uma tempestade elétrica no interior de um automóvel.

Disponível em: http://doceblogdomaluco.blogspot.com.br

- Entre tantos exemplos existentes de aplicação da gaiola de Faraday, podemos citar o caso acima dos bloqueadores de celular.

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[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (IFSUL) Analise as seguintes afirmativas, relacionadas aos conceitos e aos fenômenos estudados em Eletrostática.

I. O potencial elétrico aumenta, ao longo de uma linha de força e no sentido dela.

II. Uma partícula eletrizada gera um campo elétrico na região do espaço que a circunda. Porém, no ponto onde ela foi colocada, o vetor campo elétrico, devido à própria partícula, é nulo.

III. Uma partícula eletrizada com carga positiva quando abandonada sob a ação exclusiva de um campo elétrico, movimenta-se no sentido da linha de força, dirigindo-se para pontos de menor potencial.

IV. A diferença de potencial elétrico (ddp) entre dois pontos quaisquer de um condutor em equilíbrio eletrostático é sempre diferente de zero.

Estão corretas apenas as afirmativas a) I e III. b) II e IV. c) II e III. d) I e IV.

Esse trabalho é função da diferença de potencial existente entre as placas.

Quais são, respectivamente, os valores aproximados da diferença de potencial entre as placas e do trabalho necessário para transferir uma carga elétrica de 3 x 10-3 C da placa negativa para a positiva? a) 15 V e 0,2 J. b) 75 V e 0,2 J. c) 75 V e 0,3 J. d) 100 V e 0,3 J. e) 100 V e 0,4 J. 4. (UFRGS) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir, na ordem em que aparecem.

Na figura que segue, um próton (carga +e) encontrase inicialmente fixo na posição A em uma região onde existe um campo elétrico uniforme. As superfícies equipotenciais associadas a esse campo estão representadas pelas linhas tracejadas.

2. (UPF) Durante uma experiência didática sobre eletrostática, um professor de Física eletriza uma esfera metálica oca suspensa por um fio isolante. Na sequência, faz as seguintes afirmações: I. A carga elétrica transferida para a esfera se distribui na superfície externa desta.

II. O campo elétrico no interior da esfera é nulo.

III. O campo elétrico na parte exterior da esfera tem direção perpendicular à superfície desta.

IV. A superfície da esfera, na situação descrita, apresenta o mesmo potencial elétrico em todos os pontos.

V. A carga elétrica acumulada na esfera é positiva, pois lhe foram transferidas cargas positivas.

Está correto o que se afirma em: a) I apenas. b) I e II apenas. c) I, II e III apenas. d) I, II, III e IV apenas. e) I, II, III, IV e V.

Na situação representada na figura, o campo elétrico tem módulo................. e aponta para .............., e o mínimo trabalho a ser realizado por um agente externo para levar o próton até a posição B é de............... . a) 1000 V/m direita -300 eV b) 100 V/m direita -300 eV c) 1000 V/m direita +300 eV d) 100 V/m esquerda -300 eV e) 1000 V/m esquerda +300 eV

3. (UFRGS) A figura a seguir representa a vista lateral de duas placas metálicas quadradas que, em um ambiente desumidificado, foram eletrizadas com cargas de mesmo valor e de sinais contrários. As placas estão separadas por uma distância d = 0,02 m, que é muito menor do que o comprimento de seus lados. Dessa forma, na região entre as placas, existe um campo elétrico praticamente uniforme, cuja intensidade é aproximadamente igual a 5 x 103 N/C. Para se transferir uma carga elétrica positiva da placa negativamente carregada para a outra, é necessário realizar trabalho contra o campo elétrico.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1.C | 2.D | 3.D | 4.A

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[Física II]

UNIDADE 4 ELETRODINÂMICA

4.1. Corrente Elétrica (i) A corrente elétrica é movimentação ordenada de partículas ou portadores de carga elétrica, ou também, é o deslocamento de cargas dentro de um condutor, quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades.

Corrente elétrico é o movimento ordenado de cargas no interior de um condutor devido ao estabelecimento de uma diferença de potencial na extremidade do mesmo.

i: Corrente elétrica (Ampères (A)) Q: Carga elétrica (C) t: Intervalo de tempo (s) Disponível em: http://fisicaprofronaldoramos.blogspot.com.br

OBSERVAÇÃO - É possível para certas situações traçar o gráfico da corrente elétrica como função do tempo. Nesse caso, a área do gráfico nos dará numericamente o valor da carga elétrica envolvida no processo.

A = Q

Disponível em: https://pt.slideshare.net

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[Física II]

TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA Existem, basicamente dois tipos principais de corrente elétrica a saber: 1) CORRENTE CONTÍNUA: É a corrente cujo valor, direção e sentido permanecem constantes com o tempo.

Normalmente é fornecida por geradores como pilhas e baterias. O problema com o sistema de corrente contínua é que nele não há alternância, não sendo aceito pelos transformadores e assim não consegue ganhar maior voltagem. Desse modo, a energia elétrica não pode seguir muito longe. Por essa razão, a corrente contínua é usada em pilhas e baterias ou para percorrer circuitos internos de aparelhos elétricos, como o de um computador. Tal corrente não serve, porém, para transportar energia entre uma usina e uma cidade.

Disponível em: http://www.sofisica.com.br

2) CORRENTE ALTERNADA: Corrente gerada em alternadores e em geradores de usina. Como tem seu sentido e intensidade variável, associada a ela sempre temos também um campo magnético variável. Isso permite elevar e rebaixar tensões de maneira a diminuir as perdas na transmissão de energia

Disponível em: http://www.sofisica.com.br

OBSERVAÇÃO - A corrente elétrica pode causar vários efeitos. Podemos citar, por exemplo, o efeito térmico (também conhecido como efeito Joule) o efeito fisiológico (quando uma corrente percorre um organismo vivo) e o efeito magnético (criação de campo magnético).

- De todos os efeitos o único sempre presente e associado a uma corrente elétrica é o efeito magnético.

Podemos dizer que sempre que tivermos uma corrente elétrica teremos associado a ela um campo magnético.

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (FESP) Uma corrente constante percorre um condutor elétrico deforma que, por uma secção transversal do mesmo, passam 30 C cada 5 s. A intensidade da corrente é: a) 0,16 A. b) 1,6 A. c) 3,0 A. d) 6,0 A. e) 15,0 A.

3. (UNCISAL) Em um “Carregador de Baterias para tablet”, encontram-se as seguintes informações.

Quanto tempo esse carregador levaria para preencher totalmente a carga de uma bateria nova, completamente descarregada e de capacidade 7000 mAh? (Desconsidere as perdas por efeito Joule). a) 1,00 h b) 1,40 h c) 2,00 h d) 2,45 h e) 3,50 h

2. Considere que a corrente elétrica que flui por um fio após a queda de um raio seja de 50.000 A. Determine o número aproximado de elétrons que passam pela área de seção transversal do fio a cada segundo. (Dado: carga do elétron = 1,6 x 10-19 C). a) 2,200. 1020 elétrons b) 3,125. 1023 elétrons c) 4,500. 1015 elétrons d) 5,000. 1019 elétrons e) 1,250. 1023 elétrons

Gabarito dos exercícios de fixação: 1.D | 2.E | 3.B

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4.2. Resistência Elétrica e Resistores A resistência elétrica pode ser caracterizada como a "dificuldade" encontrada para que haja passagem de corrente elétrica por um condutor submetido a uma determinada tensão. Portanto, trata-se de uma propriedade física.

Resistores são aparelhos e componentes elétricos cuja principal finalidade é converter energia elétrica em energia térmica. Ou ainda, podemos dizer dissipar energia elétrica. Em nossa casa, alguns aparelhos de uso cotidiano podem ser considerados resistores, por exemplo: chuveiro elétrico, ferro de passar roupas e lâmpadas incandescentes (que justamente foram retiradas do mercado por dissiparem muita energia).

Na figura um resistor a carvão utilizado em circuitos eletrônicos e a representação esquemática que será utilizada daqui por diante.

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Para resistor podemos calcular sua resistência através da relação:

R: Resistência do resistor (Ohm ()) V: DDP ou tensão elétrica no resistor (V) i: Corrente elétrica no resistor (A)

Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Ohm

LEI DE OHM Um resistor que obedece a lei de Ohm é aquele em que a relação entre a tensão e a corrente nele aplicadas é constante, ou seja, variando-se a D.D.P a corrente elétrica nesse resistor varia proporcionalmente. Isso garante que a resistência desse resistor é constante, independente da tensão, da corrente elétrica e da temperatura à qual está submetido.

Para um resistor ôhmico vale a relação:

O gráfico de V x i para esse resistor é uma reta cuja declividade coincide com o valor da sua resistência.

Disponível em: http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br

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[Física II]

RESISTÊNCIA COMO FUNÇÃO DA GEOMETRIA - RESISTIVIDADE Considere o resistor da figura. Experimentalmente é possível mostrar que a resistência desse resistor depende do seu comprimento da sua área de secção transversal e de sua resistividade (relacionada com o material do qual é feito esse resistor) Podemos perceber que: 1. A resistência é diretamente proporcional ao comprimento desse resistor.

2. A resistência é inversamente proporcional à área de secção transversal do resistor.

Resumidamente temos:

R: Resistência do resistor (Ohm ()) L: Comprimento do resistor (m) A: Área de secção reta ou transversal do resistor (m2) : Resistividade do material (.m)

ASSOCIAÇÕES DE RESISTORES Em um circuito é possível organizar conjuntos de resistores interligados, chamada associação de resistores.

O comportamento desta associação varia conforme a ligação entre os resistores, sendo seus possíveis tipos: em série, em paralelo e mista.

1 - ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE: Reconhecemos esse tipo de associação quando os diversos resistores estiverem ligados imediatamente um após o outro num único fio de ligação comum a todos os resistores. Observe a figura abaixo: Atenção para as associação em série:

características

da

1. Corrente elétrica constante em todos os resistores da associação (i = i1 = i2 = i3) 2. A tensão elétrica divide-se entre os resistores e a soma das tensões em cada resistor é igual a tensão total aplicada ao extremo da associação (U = U1 + U2 + U3)

Disponível em: http://fisicaidesa3.blogspot.com.br

Nesse tipo de associação se os resistores tiverem valores diferentes o resistor de maior resistência ficará submetido à maior tensão.

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3. A resistência do resistor equivalente é dada pela soma das resistências individuais dos resistores (R= R1 + R2 + R3)

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[Física II] 2- ASSOCIAÇÃO EM PARALELO: Ligar resistores em paralelo significa basicamente dividir a mesma fonte de corrente, de modo que a tensão em cada ponto seja conservada.

Atenção para as características da associação em paralelo: 1. A tensão elétrica é igual em todos os resistores (U = U1 = U2 = U3) 2. A corrente elétrica do circuito é dada pela soma das correntes em cada resistor da associação (i = i1 + i2 + i3) 3. A resistência do resistor equivalente é dada pela soma dos inversos das resistências individuais dos resistores

Disponível em: http://www.sofisica.com.br

3- ASSOCIAÇÕES MISTAS: Em um mesmo circuito podem ser encontrados resistores em série e resistores em paralelo. Para calcular a resistência total do circuito, devese primeiro calcular a resistência equivalente dos resistores em paralelo, e em posse desse valor, considerálo como se fosse mais um resistor em série.

Disponível em: http://www.sofisica.com.br

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFSM) Considere as seguintes afirmativas: I. Um dispositivo condutor obedece à lei de Ohm, quando sua resistência é independente do valor e da polaridade da diferença de potencial (ddp) aplicada.

II. A relação entre a diferença de potencial (ddp) aplicada em um fio condutor e a corrente que nele circula define a lei de Ohm. III. A lei de Ohm diz que a resistência de um fio condutor é diretamente proporcional às suas dimensões.

Está(ão) correta(s): a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III d) Apenas I e II. e) Apenas II e III.

3. (IMED) O circuito elétrico representado abaixo é composto por fios e bateria ideais: Com base nas informações, qual o valor da resistência R indicada? a) 5Ω. b) 6Ω. c) 7Ω. d) 8Ω. e) 9Ω.

4. (UPF) Em uma aula experimental de Física, o professor apresenta aos alunos uma associação em paralelo constituída por três lâmpadas incandescentes ligadas a uma fonte de tensão constante. Durante o experimento, uma lâmpada queima. Nessa situação: a) As demais lâmpadas se apagarão. b) A resistência equivalente da associação aumentará de valor. c) A intensidade da corrente fornecida pela fonte permanecerá a mesma. d) A potência da associação aumenta. e) A intensidade da corrente fornecida pela fonte aumenta.

2. (ACAFE) Sejam dois resistores ôhmicos Rx e Ry associados em paralelo e ligados a uma bateria ideal de 12V. A figura abaixo mostra as curvas que caracterizam esses resistores.

A intensidade de corrente elétrica em ampéres, fornecida pelo gerador ao circuito, é: a) 16 b) 0,8 c) 8 d) 16

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. A | 2.D | 3.C | 4.B

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[Física II]

INSTRUMENTOS DE MEDIDAS ELÉTRICAS Os instrumentos elétricos de medida são largamente utilizados em laboratórios de ensino. Esses equipamentos são utilizados para obtenção de valores de várias grandezas que estão envolvidas num circuito elétrico. Com os aparelhos apropriados podemos fazer medidas de corrente elétrica, voltagem e resistência elétrica.

1- AMPERÍMETRO: é um instrumento que mede a intensidade de corrente elétrica. Como o amperímetro indica a corrente que passa por ele no trecho do circuito onde ele está inserido, sua resistência interna deve ser nula, caso contrário ele indicaria uma corrente de intensidade menor que aquela que realmente passa pelo trecho. Deve ser ligado em série com o elemento do qual se pretende determinar a corrente.

Símbolo do Amperímetro

2- VOLTÍMETRO: É o aparelho utilizado para medir o valor da tensão entre dois pontos de um trecho qualquer do circuito. Para isso, seus terminais devem ser conectados nos pontos cuja tensão deseja-se conhecer. Desta forma, teremos que ligar o voltímetro em paralelo com o elemento.

EM RESUMO: 1- Amperímetro: - Mede corrente elétrica; - Deve ser ligado em série com o elemento do circuito; - Ideal: resistência nula.

2- Voltímetro: - Mede d.d.p.; - Deve ser ligado em paralelo com o elemento do circuito; - Ideal: resistência infinita.

Disponível em: http://educacao.globo.com

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UEL) Sobre o funcionamento de voltímetros e o funcionamento de amperímetros, assinale a alternativa correta: a) A resistência elétrica interna de um voltímetro deve ser muito pequena para que, quando ligado em paralelo às resistências elétricas de um circuito, não altere a tensão elétrica que se deseja medir. b) A resistência elétrica interna de um voltímetro deve ser muito alta para que, quando ligado em série às resistências elétricas de um circuito, não altere a tensão elétrica que se deseja medir. c) A resistência elétrica interna de um amperímetro deve ser muito pequena para que, quando ligado em paralelo às resistências elétricas de um circuito, não altere a intensidade de corrente elétrica que se deseja medir. d) A resistência elétrica interna de um amperímetro deve ser muito pequena para que, quando ligado em série às resistências elétricas de um circuito, não altere a intensidade de corrente elétrica que se deseja medir. e) A resistência elétrica interna de um amperímetro deve ser muito alta para que, quando ligado em série às resistências elétricas de um circuito, não altere a intensidade de corrente elétrica que se deseja medir.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. D

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[Física II]

ENERGIA E POTÊNCIA ELÉTRICA Define-se potência elétrica dissipada em um resistor como a razão entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação.

A potência dissipada em um resistor pode ser calculada por:

Disponível em: http://ensinoadistancia.pro.br

Pela definição, podemos calcular a energia dissipada em um resistor por:

P: Potência elétrica / V: tensão elétrica (Volts (V)) / R: Resistência elétrica () / i: Corrente elétrica (A) / E: Energia elétrica

OBSERVAÇÃO - No quadro acima não fornecemos a unidade de energia. Isso se deve ao fato de que aqui é comum a utilização de dois sistemas diferentes: O sistema internacional e o sistema prático - Para obtermos energia no sistema internacional, ou seja, em Joules (J), devemos utilizar a potência em Watts (W) e o tempo em segundos (s).

W.s = J

- Para obtermos a energia no sistema prático, ou seja, em kWh, utilizaremos a potência em kW e o tempo de operação do circuito em horas (h). kW. h =kWh

- A razão para a utilização de dois sistemas diferentes deve-se ao fato de que o Joule é uma unidade muito pequena para utilização cotidiana.

- A relação entre o Joule e o kWh é a que segue 1 kWh = 3,6 x106 J

RASCUNHO

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[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFPR) Num dia frio, certo chuveiro elétrico é ligado para dissipar uma potência de 7200 W. Se o tempo em que permanece ligado é de dez minutos, a energia elétrica que consome, em kWh, é de:

3. (ACAFE) Em uma situação cotidiana, uma pessoa liga duas lâmpadas incandescentes em paralelo em uma rede de 220V. As lâmpadas apresentam certa intensidade luminosa (brilho), sendo que a lâmpada 2 tem um filamento de mesmo material, mesmo comprimento, mas é mais grosso que o filamento da lâmpada 1.

a) 1,5. b) 1,8. c) 2,2. d) 3,0. e) 1,2.

2. (UPF) Dentre as alternativas descritas abaixo, assinale aquela que indica o aparelho com maior consumo de energia, em kWh. a) Uma panela elétrica de 1.500 W usada durante 10 h. b) Uma lâmpada incandescente de 0,120 kW ligada pelo período de 20 h. c) Um forno elétrico ligado a 200 V e com corrente nominal de 30 A utilizado durante 5 h. d) Um aquecedor de resistência elétrica nominal de 5 Ω funcionando a 200 V durante 10h. e) Um ferro de passar de 2.000 W ligado durante 5h.

Nessas condições, a alternativa correta é: a) Desligando a lâmpada L1, a lâmpada L2 diminui o seu brilho. b) A lâmpada L1 brilha mais que a lâmpada L2. c) As lâmpadas L1 e L2 tem o mesmo brilho. d) A lâmpada L2 brilha mais que a lâmpada L1.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. E| 2. D | 3.D

ASSOCIAÇÕES DE GERADORES Assim como aconteceu com os resistores é possível associar geradores de maneira conveniente. A finalidade desse tipo de associação é adequar os geradores aos circuitos em que serão utilizados. Assim como aconteceu com a associação de resistores, existem duas maneiras básicas principais de associar geradores, série e paralela. Também como aconteceu com os resistores, é possível montar associações mistas, que nada mais são que combinação da associação em série e da associação em paralelo.

1- ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE DE GERADORES Reconhecemos uma associação em série de geradores quando o terminal positivo de um gerador está ligado diretamente no terminal negativo do gerador seguinte. A cada gerador podemos associar um valor característico denominado força eletromotriz ou tensão nominal do gerador. Essa grandeza é medida em volts e não é necessariamente uma força, mas sim o valor nominal máximo de tensão que o gerador pode fornecer a um circuito aberto. Abaixo, temos uma associação em série de geradores: A finalidade desse tipo de associação é aumentar a tensão fornecida pelo circuito.

Assim, teremos:

ET = E1 + E2 + E3 (Força eletromotriz total) Disponível em: http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br

Resistência equivalente da associação:

A corrente é constante em todos os geradores dessa associação.

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r = r1 + r 2 + r 3

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[Física II] 2- ASSOCIAÇÃO EM PARALELO DE GERADORES A finalidade desse tipo de associação não é aumentar a tensão fornecida. Esse tipo de associação não altera a tensão a ser fornecida ao circuito. A finalidade é aumentar aqui o tempo de operação do circuito sem alterar a DDP. É muito importante notar que esse tipo de associação só pode ocorrer entre geradores idênticos, caso contrário, teremos um dos geradores funcionando na verdade, como receptor de energia.

Força eletromotriz total:

Corrente elétrica total:

ET = E 1 = E 2 = E 3

it = i1 + i2 + i3

Cálculo da resistência equivalente:

Disponível em: http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFRGS) O circuito a seguir representa três pilhas ideais de 1,5V cada uma, um resistor R de resistência elétrica 1,0Ω e um motor, todos ligados em série.

2. (UFSM) No circuito da figura, a corrente no resistor R2 é de 2A. O valor da força eletromotriz da fonte () é, em V,

(Considere desprezível a resistência elétrica dos fios de ligação do circuito).

a) 6 b) 12 c) 24 d) 36 e) 48 A tensão entre os terminais A e B do motor é 4,0V. Qual é a potência elétrica consumida pelo motor? a) 0,5W. b) 1,0W. c) 1,5W. d) 2,0W. e) 2,5W.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. D| 2. D

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[Física II]

Leitura Complementar: Fusíveis e Disjuntores Os fusíveis são dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecargas de corrente e curto-circuito, que podem provocar até incêndios, Dispo nível explosões e choques. Os fusíveis são aplicados geralmente nos em: http:/ circuitos domésticos e na indústria leve, enquanto que os /www .quapr disjuntores são projetados principalmente para atender as o.com necessidades da indústria pesada. Funcionam como válvulas, .br cuja finalidade básica é cortar o fluxo toda vez que a quantidade de energia que trafega por um determinado circuito for excessiva e puder causar danos ao sistema.

Um fusível, uma vez queimado, não pode ser reaproveitado. Deve ser jogado fora e substituído por um novo. Este incômodo pode ser evitado com um dispositivo de proteção denominado disjuntor.

O disjuntor é um interruptor de desarme automático quando o mesmo identifica um curto circuito ou uma sobrecarga. O disjuntor é projetado para suportar uma determinada corrente elétrica, caso ocorra um pico de corrente ou mesmo um curto circuito que eleve consideravelmente a corrente acima do limite suportado por esse, o mesmo interrompe o circuito, protegendo todos os elementos que componham esse circuito, após sanado esse sinistro o disjuntor pode ser rearmado para a continuidade do funcionamento deste circuito.

Fonte: http://www.newtoncbraga.com.br

RASCUNHO

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UNIDADE 5 ELETROMAGNETISMO

5.1. Introdução IMÃ OU MAGNETO É todo corpo que apresenta propriedades magnéticas, que são: - Forte atração por fragmentos de ferro, cobalto e níquel; - Quando suspenso pelo seu centro de massa, se orienta espontaneamente na direção norte-sul geográfica do lugar; - Exercem entre si forças de atração ou repulsão, conforme a posição em que são postos em presença um do outro.

Disponível em: https://www.mindomo.com

 Polos de mesmo nome se repelem.  Polos de nomes diferentes se atraem.

IMÃ NATURAL É o corpo constituído de um óxido salino de ferro (Fe3O4), mineral comumente chamado de magnetita. Ímã artificial é o corpo magnetizado por algum dos seguintes processos: atrito, indução, contato ou corrente elétrica.

Num ímã em forma de barra, as propriedades magnéticas se manifestam nas extremidades, regiões denominadas polos do ímã.

Polo norte (N): extremidade que aponta para o norte geográfico.

Polo sul (S): extremidade que aponta para o sul geográfico.

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[Física II]

INSEPARABILIDADE DOS PÓLOS Ao partirmos um imã ao meio não separamos os polos de um imã, na verdade apenas criamos dois novos imãs cada um com seus próprios polos norte e sul associados.

Disponível em: https://neomagnetismo.com.br

5.2. Campo Magnético Campo magnético é toda região do espaço em torno de um condutor percorrido por corrente ou em torno de um ímã, modificada pela presença de tais elementos.

Para identificar a presença do campo, associa-se a cada ponto do mesmo um vetor, denominado vetor indução magnética B. A agulha de uma bússola colocada num ponto do campo orienta-se na direção do vetor daquele ponto.

Unidade SI: tesla (T)

LINHA DE INDUÇÃO OU LINHA DE FORÇA É toda linha que, em cada ponto, é tangente ao vetor campo magnético e orientada no seu sentido. As linhas de indução saem do polo norte, chegam ao polo sul e são sempre fechadas, isto é, não têm nem fontes nem sorvedouros.

Disponíveis em: http://www.ebah.com.br

CAMPO MAGNÉTICO UNIFORME É aquele no qual, em todos os pontos, o vetor campo magnético tem a mesma direção, o mesmo sentido e o mesmo módulo. As linhas de indução são paralelas.

Um campo magnético uniforme possui linhas paralelas e igualmente espaçadas. Nesse campo o vetor campo magnético é constantes.

Normalmente encontramos esse tipo de campo entre os polos de um imã em forma de U ou ferradura.

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[Física II]

OBSERVAÇÃO - Representaremos uma grandeza entrando no plano do desenho (corrente elétrica ou campo magnético, por exemplo) através da seguinte representação;

- Já uma grandeza saindo do plano do desenho será representada através do seguinte esquema:

5.3. Campo Magnético das Correntes CAMPO MAGNÉTICO DO CONDUTOR RETILÍNEO O campo magnético criado por uma corrente elétrica circulando em um fio retilíneo longo terá as seguintes características: Direção: tangente à linha de indução que passa pelo ponto P.

 i B  o .

2 d

As linhas de indução são circunferências concêntricas ao fio.

Sentido: dada pela RMD (regra da mão direita).

i: Corrente elétrica no fio (A) d: Distância até o ponto considerado 0: Permissividade magnética do vácuo (4 x 10-7 T.m/A)

CAMPO MAGNÉTICO DA ESPIRA CIRCULAR Uma espira é um fio condutor dobrado em forma de círculo, como mostra a figura abaixo: Dis pon ível em: htt ps:/ /w ww .inf oes col a.c om

O vetor indução magnética no centro da espira possui as seguintes características: Direção: perpendicular ao plano da espira.

Sentido: dado pela RMD

[55]

[Física II]

CAMPO MAGNÉTICO DO SOLENOIDE Denomina-se solenoide um fio condutor, longo, enrolado, que forma uma bobina em espiral. Ao ser percorrido pela corrente i, surge no interior do solenoide um campo magnético cujas linhas de indução são praticamente paralelas. O campo magnético no interior do solenoide é praticamente uniforme.

Direção: é a do eixo do solenoide; Sentido: é dado pela regra da mão direita;

Intensidade: Sendo N o número de espiras existentes no comprimento l, a intensidade do vetor B é dada por: Disponível em: https://mauriciotada.wordpress.com

N: Número de espiras do solenoide L: Comprimento do solenoide (m)

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO e) 8 π  104 T, retas paralelas ao eixo do solenoide.

3. (UDESC) Analise as proposições relacionadas às linhas de campo elétrico e às de campo magnético.

1. (PUCRS) Para uma espira circular condutora, percorrida por uma corrente elétrica de intensidade i, é registrado um campo magnético de intensidade B no seu centro. Alterando-se a intensidade da corrente elétrica na espira para um novo valor ifinal' observa-se que o módulo do campo magnético, no mesmo ponto, assumirá o valor 5B. Qual é a razão entre as intensidades das correntes elétricas final e inicial (ifinall i)?

I. As linhas de força do campo elétrico se estendem apontando para fora de uma carga pontual positiva e para dentro de uma carga pontual negativa.

II. As linhas de campo magnético não nascem nem morrem nos ímãs, apenas atravessam-nos, ao contrário do que ocorre com os corpos condutores eletrizados que originam os campos elétricos.

III. A concentração das linhas de força do campo elétrico ou das linhas de campo magnético indica, qualitativamente, onde a intensidade do respectivo campo é maior.

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

1 5 b) 1 25

a)

c) 5 d) 10 e) 25 2. (UDESC) Considere um longo solenoide ideal composto por 10.000 espiras por metro, percorrido por uma corrente contínua de 0,2 A. O módulo e as linhas de campo magnético no interior do solenoide ideal são, respectivamente: a) Nulo, inexistentes. b) 8 π  104 T, circunferências concêntricas. c) 4 π  104 T, hélices cilíndricas. d) 8 π  103 T, radiais com origem no eixo do solenoide.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1.C | 2.E | 3.E

56

[56]

[Física II]

5.4. Força Magnética FORÇA MAGNÉTICA SOBRE CARGA ELÉTRICA A força magnética, ou força de Lorentz, é resultado da interação entre dois corpos dotados de propriedades magnéticas, como ímãs ou cargas elétricas em movimento.

No caso das cargas elétricas, a força magnética passa a existir quando uma partícula eletricamente carregada movimenta-se em uma região onde atua um campo magnético.

Para uma carga móvel em um campo magnético é possível a existência de uma força magnética.

Essa força terá as seguintes características: Direção: Perpendicular ao plano formado pelo vetor velocidade da partícula e o campo.

Sentido: Dado pela regra do tapa.

Disponível em: https://interna.coceducacao.com.br

q: Valor da carga elétrica (C) v: Velocidade da partícula (m/s) B: Valor do campo magnético (T) Θ: Ângulo entre v e B

OBSERVAÇÃO - Ao utilizarmos a regra do tapa devemos observar o sinal da carga elétrica.

- Para uma carga positiva daremos o tapa com a palma da mão e esse movimento indicará o sentido da força para essa carga, se houver.

- Para uma carga negativa, daremos um tapa com a s costas da mão e similarmente, esse movimento indicará o sentido da força para essa carga, caso exista.

TIPOS DE MOVIMENTOS MOVIMENTO DE MESMA DIREÇÃO DO CAMPO (θ = 0° ou θ = 180°) A Partícula descreverá um MRU e a força magnética sobre essa partícula será nula.

[57]

[Física II]

MOVIMENTO PERPENDICULAR AO CAMPO (θ = 90°) A Partícula descreverá um MCU e a força magnética será a força centrípeta desse movimento.

Velocidade oblíqua ao campo dá origem a uma hélice cilíndrica de passo constante.

Disponíveis em: https://alunosonline.uol.com.br

FORÇA MAGNÉTICA SOBRE FIO RETO Como já vimos, um fio transportando corrente cria um campo magnético. Se esse fio estiver imerso em um campo magnético, pode ficar sujeito a uma força magnética que terá as seguintes características: MÓDULO:

B: Campo magnético (T) i: Corrente elétrica (A) L: Comprimento do fio (m) θ Ângulo entre i e B Disponível em: http://www.sofisica.com.br

A direção e sentido dessa força também serão dados pela regra do tapa.

FORÇA MAGNÉTICA ENTRE FIOS TRANSPORTANDO CORRENTE Dois condutores transportando corrente podem também interagir magneticamente visto que cada uma das correntes cria ao seu redor um campo magnético. O sentido dessa força depende do sentido das correntes envolvidas.

Correntes de mesmo sentido dão origem a força de atração entre os fios.

58

[58]

[Física II] Correntes de sentidos oposto dão origem a força de repulsão entre os fios.

i1 e i2: Corrente em cada fio (A) L: Comprimento dos fios (m) r: Distância entre os fios (m)

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UPF) Um elétron experimenta a ação de uma força magnética quando se encontra numa região do espaço onde há um campo magnético uniforme. Em relação ao comportamento do elétron, é correto afirmar que a) o elétron não pode estar em repouso. b) o elétron se movimenta numa direção paralela à direção do campo magnético. c) pela ação da força magnética, o elétron experimenta uma desaceleração na direção paralela ao campo magnético. d) a força magnética independe da carga do elétron. e) como o campo magnético é uniforme, a força magnética atuante sobre o elétron é constante e independente da sua velocidade.

a) para baixo – não se altera. b) para baixo – aumenta. c) para baixo – diminui. d) para cima – aumenta. e) para cima – diminui.

3. (UDESC) Um elétron com velocidade v se movimenta na presença de um campo magnético B, conforme mostra a figura, saindo do plano do

papel.

2. (UFRGS) No esquema da figura abaixo, o fio F, horizontalmente suspenso e fixo nos pontos de suporte P, passa entre os polos de um ímã, em que o campo magnético é suposto horizontal e uniforme. O ímã, por sua vez, repousa sobre uma balança B, que registra seu peso.

Considerando a magnitude da velocidade do elétron igual a um décimo da velocidade da luz, e a magnitude do campo magnético igual a 1,0 T o raio da órbita circular desse elétron é, aproximadamente, igual a: a) 1,7x10-4m. b) 1,7x10-3m. c) 1,7x10-2m. d) 1,0x10-4m. e) 1,0x10-3m.

4. (UPF) Considere uma região do espaço onde existe um campo magnético uniforme cujas linhas de indução são verticais, com sentido para cima.

Suponha que uma partícula carregada negativamente se movimente horizontalmente da direita para a esquerda, com velocidade constante, e penetre na região do campo. Sobre o comportamento da partícula, analise as afirmações que seguem.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Em dado instante, a chave C é fechada, e uma corrente elétrica circula pelo fio. O fio sofre uma força vertical, __________, e o registro na balança __________.

[59]

[Física II] I. O campo magnético interage com a partícula, diminuindo o módulo da velocidade.

II. O campo magnético interage com a partícula, mas não influencia no módulo da sua velocidade.

III. O campo magnético interage com a partícula e modifica a direção original do deslocamento dessa partícula.

IV. O módulo da força magnética sobre a partícula é zero.

Está correto apenas o que se afirma em: a) I e II. b) II e III. c) III e IV. d) I e III. e) II e IV.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1.A | 2.D | 3.A | 4.B

5.5. Indução Eletromagnética Chama-se indução eletromagnética ao fenômeno pelo qual aparece corrente elétrica num condutor, quando ele é colocado num campo magnético e o fluxo que o atravessa varia.

FLUXO MAGNÉTICO Quando certa quantidade de linhas de campo atravessa uma determinada superfície, diz-se que ocorre um fluxo de linhas de campo pela respectiva superfície. No caso das linhas decampo magnético, temos sua intensidade dada por:

OBSERVAÇÃO - Na prática o fluxo magnético mede a quantidade de linhas de campo magnético que atravessa a área A de uma espira - Podemos variar o fluxo magnético sobre uma determinada região de três formas: - Variando-se B. Por exemplo, aproximando-se ou afastando-se o ímã da espira (também podemos variar uma corrente se essa for a criadora do campo).

- Variando-se A. Por exemplo, deformando a espira.

- Variando-se o ângulo θ: girando-se a espira.

LEI DE FARADAY - NEUMANN Também chamada de lei da indução magnética, esta lei, elaborada a partir de contribuições de Michael Faraday, Franz Ernst Neumann e Heinrich Lenz entre 1831 e 1845, quantifica a indução eletromagnética.

O módulo da força eletromotriz induzida (f.e.m.) média em uma espira é igual ao quociente da variação do fluxo magnético pelo intervalo de tempo em que ocorre:

60

[60]

[Física II]

OBSERVAÇÃO Para um fio de comprimento L que se desloca com velocidade v no interior de um campo uniforme de indução B, têm-se:

EFEITO FARADAY   

Toda corrente induzida é originada por uma variação de fluxo magnético; Não há corrente induzida se não houver variação do fluxo magnético indutor; O sentido da corrente induzida depende do sentido da variação do fluxo magnético indutor.

LEI DE LENZ O sentido da corrente induzida é tal que, por seus efeitos, opõe-se à causa que lhe deu origem.

INTERPRETAÇÃO DA LEI DE LENZ Se o fluxo indutor estiver aumentando (aumenta o nº de linhas indutoras sobre o circuito induzido), então o fluxo induzido vai diminuir o fluxo indutor, lançando linhas induzidas contra o sentido das linhas indutoras.

Se o fluxo indutor estiver diminuindo, o fluxo induzido vai aumentá-lo, lançando linhas induzidas a favor das linhas indutoras.

OBSERVAÇÃO - Como regra prática pode-se usar o esquema abaixo e o enunciado alternativo da lei de Lenz: Por seus efeitos a corrente elétrica induzida opõe-se a variação que lhe deu origem.

Disponíveis em: https://www.todamateria.com.br/

[61]

[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UCS) A Costa Rica, em 2015, chegou muito próximo de gerar 100% de sua energia elétrica a partir de fontes de energias renováveis, como hídrica, eólica e geotérmica. A lei da Física que permite a construção de geradores que transformam outras formas de energia em energia elétrica é a lei de Faraday, que pode ser melhor definida pela seguinte declaração: a) toda carga elétrica produz um campo elétrico com direção radial, cujo sentido independe do sinal dessa carga. b) toda corrente elétrica, em um fio condutor, produz um campo magnético com direção radial ao fio. c) uma carga elétrica, em repouso, imersa em um campo magnético sofre uma força centrípeta. d) a força eletromotriz induzida em uma espira é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético em relação ao tempo gasto para realizar essa variação. e) toda onda eletromagnética se torna onda mecânica quando passa de um meio mais denso para um menos denso.

I. Movimenta-se o ímã com velocidade constante, mantendo o solenoide próximo e parado.

II. Gira-se o ímã com velocidade angular constante, mantendo o solenoide próximo e parado.

III. Movimenta-se o solenoide com velocidade constante, mantendo o ímã próximo e parado.

IV. Movimenta-se ambos com velocidades iguais em módulo, direção e sentido.

Dessas possibilidades, quais podem gerar corrente elétrica no solenoide? a) Apenas I e II. b) Apenas II e IV. c) Apenas III e IV. d) Apenas I, II e III. e) Apenas I, III e IV. 3. (UFSM)

Se um campo magnético que passa através da espira aumenta uniformemente com o tempo, então a corrente induzida a) é nula. b) está no sentido horário e é constante no tempo. c) está no sentido anti-horário e é constante no tempo. d) está no sentido horário e é crescente no tempo. e) está no sentido anti-horário e é crescente no tempo.

2. (IMED) Para a indução de corrente elétrica em um solenoide, é utilizado um ímã em barra. Para tanto, são testadas as seguintes possibilidades:

Gabarito dos exercícios de fixação: 1.D | 2.D | 3.C

TRANSFORMADORES Transformadores são aparelhos que permitem elevar ou abaixar tensões. Nas linhas de transmissão de energia elétrica, usam-se transformadores nas proximidades da estação geradora, para elevar a voltagem. As linhas transmitem a corrente da alta tensão e baixa intensidade, sem grandes perdas devidas ao efeito Joule.

Próximo ao local de consumo, outros transformadores abaixam a tensão ao valor utilizado nas residências (110 V ou 220 V) ou nas indústrias (220 V ou 380 V). Também se usam transformadores em equipamentos eletrônicos.

Um transformador é constituído de um núcleo de ferro com dois enrolamentos que se chamam, respectivamente, primário e secundário. O transformador eleva ou abaixa a tensão, conforme o número de espiras do secundário seja maior ou menor que o número de espiras do primário. O aumento da tensão é acompanhado de uma redução da intensidade da corrente e viceversa.

Um transformador ideal é aquele que transfere energia do circuito primário para o circuito secundário sem perda de potência.

62

[62]

[Física II]

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1. (UFSM) Observe a seguinte figura:

O esquema mostra um transformador ligado a um fonte FEM constante. Pode-se afirmar que, apesar de circular corrente no primário, não se tem FEM induzido no secundário, porque: a) O secundário está aberto em "A" e "B". b) O material ferromagnético que compõem o núcleo do transformador absorve todo o campo magnético. c) existem poucas espiras no secundário. d) Aparecem correntes induzidas no material. e) não varia o fluxo através das espiras do secundário.

Gabarito dos exercícios de fixação: 1.E RASCUNHO

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[Física II]

EXERCÍCIOS: ENEM + vestibulares UNIDADE 1 - ONDULATÓRIA 1. (G1 - utfpr) Assinale a alternativa correta.

Uma onda sonora de frequência 1.000 Hz, propagandose no ar com velocidade de 340 m/s, tem um comprimento de onda, em centímetros, igual a: a) 17 b) 68 c) 34 d) 1,7.105 e) 3,4.105 Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Se, no ponto P, há uma franja escura, a diferença L deve ser igual a um número __________ de comprimentos de onda.

No ponto central O forma-se uma franja __________ decorrente da interferência __________ das ondas. a) inteiro − escura − destrutiva b) inteiro − escura − construtiva c) inteiro − clara − construtiva d) semi-inteiro − escura − destrutiva e) semi-inteiro − clara – construtiva

2. (Ufrgs) Existe uma possibilidade de mudar a frequência de uma onda eletromagnética por simples reflexão. Se a superfície refletora estiver em movimento de aproximação ou afastamento da fonte emissora, a onda refletida terá, respectivamente, frequência maior ou menor do que a onda original.

Esse fenômeno, utilizado pelos radares (RaDAR é uma sigla de origem inglesa: Radio Detection And Ranging ), é conhecido como efeito a) Doppler. b) Faraday. c) Fotoelétrico. d) Magnus. e) Zeeman.

3. (Ufrgs) A figura I, abaixo, representa esquematicamente o experimento de Young. A luz emitida pela fonte F ao passar por dois orifícios, dá origem a duas fontes de luz F1 e F2, idênticas, produzindo um padrão de interferência no anteparo A. São franjas de interferência, compostas de faixas claras e escuras, decorrentes da superposição de ondas que chegam no anteparo.

4. (Upf) Isaac Newton é reconhecido como um dos grandes gênios da humanidade. Em sua lápide, na Abadia de Westminster, em Londres, está escrito: “Disse Deus ‘Faça-se Newton’ e houve luz nas jazidas”.

Dentre suas contribuições para o desenvolvimento da Física, estão os estudos relacionados à dispersão da luz do Sol ao atravessar um prisma de vidro. Nessas condições, ocorre a decomposição da luz branca nas várias cores.

Com relação ao fenômeno de dispersão da luz branca, analise as informações a seguir.

I. O arco-íris aparece quando os raios de luz branca incidem em gotículas de água presentes na atmosfera.

II. A cor que sofre menor desvio quando a luz branca atravessa um prisma de vidro é a vermelha.

III. A frequência das cores que compõem a luz branca não sofre alteração ao atravessar um prisma.

IV. No interior de um prisma de vidro, as diversas cores que compõem a luz branca apresentam velocidades de propagação diferentes.

A figura II, abaixo, representa dois raios de luz que atingem o anteparo no ponto P. A onda oriunda do orifício F1 percorre uma distância maior que a onda proveniente do orifício F2. A diferença entre as duas distâncias é L.

64

[64]

[Física II] Está correto o que se afirma em: a) II e IV, apenas. b) I e III, apenas. c) II, III e IV, apenas. d) I, II, III e IV. e) I e II, apenas

7. (Ufrgs) A tabela abaixo apresenta a frequência f de três diapasões.

Diapasão f (Hz) d1 264 d2 352 d3 440

5. (G1 - ifsul) Nos gráficos a seguir são representadas duas ondas sonoras. Cada quadradinho vale 1 unidade.

Considere as afirmações abaixo.

I. A onda sonora que tem o maior período é a produzida pelo diapasão d1.

II. As ondas produzidas pelos três diapasões, no ar, têm velocidades iguais.

III. O som mais grave é o produzido pelo diapasão d3.

Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. 8. (Ufrgs) Um apontador laser emite uma radiação de comprimento de onda igual a 600 nm, isto é, 600x10-9 m.

(São dadas a velocidade da luz no ar, c = 3,0x108 m/s, e a constante de Planck, 6,6x10-34 J.s).

Os valores que melhor representam a frequência da radiação e a energia de cada fóton são, respectivamente, a) 50 Hz e 3,3x10-32 J. b) 50 Hz e 1,32x10-35 J. c) 180Hz e 1,2x10-31 J. d) 5,0x1014 Hz e 1,8x10-20 J. e) 5,0x1014 Hz e 3,3x10-19 J.

Analisando cada um dos gráficos, conclui-se que o a) gráfico da onda A representa um som agudo e o da onda B um som grave. b) gráfico da onda B representa um som agudo e o da onda A um som grave. c) período e a frequência da onda B são respectivamente 8 s e 0,25 Hz. d) período e a frequência da onda A são respectivamente 4 s e 0,125 Hz.

9. (G1 - ifsul) Considerando o estudo sobre Ondas e os fenômenos ondulatórios, analise as afirmações abaixo.

I. No fenômeno da reflexão das ondas, o ângulo formado entre o raio de onda incidente e a reta normal à superfície, é sempre igual ao ângulo formado entre o raio de onda refletido e a reta normal à superfície.

II. No fenômeno da refração, a onda passa de um meio para outro, mas a sua velocidade não se altera, o que faz com que o seu comprimento de onda permaneça o mesmo.

III. No fenômeno da difração, as ondas têm a capacidade de contornar obstáculos ou fendas.

IV. No fenômeno da polarização das ondas, a direção de vibração é perpendicular à direção de propagação e ocorre com ondas longitudinais.

6. (G1 - ifsul) Quem é o companheiro inseparável do gaúcho na lida do campo?

O cachorro, que com seu latido, ajuda a manter o gado na tropa.

Com base nessa afirmação, preencha as lacunas da frase a seguir.

As ondas sonoras são classificadas como ondas __________ e as de maior __________ têm menor __________.

Os termos que preenchem correta e respectivamente o período acima são: a) longitudinais - frequência – comprimento de onda. b) transversais - frequência – velocidade. c) longitudinais - velocidade - comprimento de onda. d) transversais - velocidade – frequência.

Estão corretas apenas as afirmativas a) I e II. b) II, III e IV. c) I e III. d) I, II e IV.

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[Física II] 10. (Unisc) A radiação eletromagnética tem uma natureza bastante complexa. Em fenômenos de interferência, por exemplo, ela apresenta um comportamento __________. Já em processo de emissão e de absorção ela pode apresentar um comportamento __________. Pode também ser descrita por “pacotes de energia” (fótons) que se movem no vácuo com velocidade de aproximadamente 300.000 km/s e têm massa __________.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas. a) ondulatório – ondulatório – nula. b) ondulatório – corpuscular – nula. c) ondulatório – corpuscular – diferente de zero. d) corpuscular – ondulatório – diferente de zero. e) ondulatório – ondulatório – diferente de zero.

14. (G1 - ifsul) Considerando os conteúdos estudados sobre Ondas e a sua propagação em meios elásticos, analise as afirmativas abaixo e marque (V) para as verdadeiras e (F) para as falsas. ( ) O som é uma onda mecânica, pois necessita de um meio material para se propagar. ( ) As ondas eletromagnéticas são, sempre, do tipo transversal. ( ) Ao sofrer reflexão, a onda luminosa refletida retorna ao meio de origem, portanto a sua velocidade de propagação não se altera. ( ) A capacidade que uma onda tem de contornar obstáculos é chamada de polarização.

A sequência correta é a) V – F – F – V b) V – V – F – V c) F – V – V – F d) V – V – V – F

11. (Imed) Um observador na superfície do planeta observa num arco-íris primário, que o vermelho é a cor que sempre está em __________ da cor azul. Isso porque sofre __________ refração em relação ao azul.

Além disso, é correto dizer que, durante a refração nas gotas de chuva, as frequências das cores __________.

Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima. a) baixo – menor – aumentam b) cima – menor – aumentam c) cima – menor – permanecem inalteradas d) baixo – maior – permanecem inalteradas e) baixo – maior – diminuem

15. (Udesc) Para se chegar à descrição atual sobre a natureza da luz, caracterizada pelo comportamento dual (onda-partícula), houve debates épicos entre propositores e defensores de modelos explicativos divergentes. Sobre a natureza da luz, um dos debates que ficou marcado na história da Ciência envolveu grandes estudiosos, tendo de um lado Isaac Newton e de outro Christiaan Huygens. Focado no debate Newton-Huygens, relativo à natureza da luz, analise as proposições.

12. (G1 - ifsul) Um menino chega à beira de um lago, joga uma pedra e observa a formação de ondas. Nessas ondas, a distância entre duas cristas sucessivas é chamada de a) frequência. b) elongação. c) comprimento de onda. d) velocidade da onda.

I. Dois aspectos centrais alimentavam o debate entre Newton e Huygens; o primeiro de natureza metodológica e o segundo que envolvia a aceitação ou não do conceito de vácuo e as suas implicações.

II. Newton e Huygens tinham concepções diferentes sobre o espaço físico e a natureza da luz, porém, concordavam que os modelos explicativos para a propagação da luz teriam que ser alcançados a partir de um modelo mecânico.

III. O debate Newton-Huygens ocorreu exclusivamente devido à divergência sobre o conceito de vácuo, mas ambos defendiam a natureza ondulatória da luz.

IV. Assumindo perspectivas teóricas e metodológicas diferentes, Newton propôs uma explicação corpuscular para a luz, enquanto Huygens defendia uma visão ondulatória para a luz.

13. (Ucs) Um cenário que começa a preocupar os especialistas em tecnologia é o limite que as fibras óticas apresentam para suportar o transporte de quantidades maiores de informação na forma de ondas eletromagnéticas, a fim de suportar a demanda da internet. Em essência, uma onda eletromagnética é caracterizada por a) um campo elétrico constante no espaço e no tempo e um campo magnético que varia no tempo. b) campos elétrico e magnético se propagando no espaço assumindo valores máximos e mínimos periodicamente. c) um campo magnético constante no espaço e no tempo e, um campo elétrico que varia no tempo. d) variações de pressão mecânica no material. e) oscilações longitudinais e transversais simultâneas do meio material.

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

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[Física II] 16. (Enem) O trombone de Quincke é um dispositivo experimental utilizado para demonstrar o fenômeno da interferência de ondas sonoras. Uma fonte emite ondas sonoras de determinada frequência na entrada do dispositivo. Essas ondas se dividem pelos dois caminhos (ADC e AEC) e se encontram no ponto C, a saída do dispositivo, onde se posiciona um detector. O trajeto ADC pode ser aumentado pelo deslocamento dessa parte do dispositivo. Com o trajeto ADC igual ao AEC, capta-se um som muito intenso na saída.

Entretanto, aumentando-se gradativamente o trajeto ADC, até que ele fique como mostrado na figura, a intensidade do som na saída fica praticamente nula.

Desta forma, conhecida a velocidade do som no interior do tubo (320 m/s), é possível determinar o valor da frequência do som produzido pela fonte.

Qual é a máxima distância, em km que um sinal pode ser enviado nessa fibra sem ser necessária uma retransmissão? a) 6 b) 18 c) 60 d) 90 e) 100 18. (Enem) O morcego emite pulsos de curta duração de ondas ultrassônicas, os quais voltam na forma de ecos após atingirem objetos no ambiente, trazendo informações a respeito das suas dimensões, suas localizações e dos seus possíveis movimentos. Isso se dá em razão da sensibilidade do morcego em detectar o tempo gasto para os ecos voltarem, bem como das pequenas variações nas frequências e nas intensidades dos pulsos ultrassônicos. Essas características lhe permitem caçar pequenas presas mesmo quando estão em movimento em relação a si. Considere uma situação unidimensional em que uma mariposa se afasta, em movimento retilíneo e uniforme, de um morcego em repouso.

A distância e velocidade da mariposa, na situação descrita, seriam detectadas pelo sistema de um morcego por quais alterações nas características dos pulsos ultrassônicos? a) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida diminuída. b) Intensidade aumentada, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida diminuída. c) Intensidade diminuída, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida aumentada. d) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada. e) Intensidade aumentada, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada.

O valor da frequência, em hertz, do som produzido pela fonte sonora é a) 3.200 b) 1600 c) 800 d) 640 e) 400

19. (Enem) Um experimento para comprovar a natureza ondulatória da radiação de micro-ondas foi realizado da seguinte forma: anotou-se a frequência de operação de um forno de micro-ondas e, em seguida, retirou-se sua plataforma giratória. No seu lugar, colocou-se uma travessa refratária com uma camada grossa de manteiga. Depois disso, o forno foi ligado por alguns segundos. Ao se retirar a travessa refratária do forno, observou-se que havia três pontos de manteiga derretida alinhados sobre toda a travessa. Parte da onda estacionária gerada no interior do forno é ilustrada na figura.

17. (Enem) Em uma linha de transmissão de informações por fibra óptica, quando um sinal diminui sua intensidade para valores inferiores a 10 dB, este precisa ser retransmitido. No entanto, intensidades superiores a 100 dB não podem ser transmitidas adequadamente. A figura apresenta como se dá a perda de sinal (perda óptica) para diferentes comprimentos de onda para certo tipo de fibra óptica.

De acordo com a figura, que posições correspondem a dois pontos consecutivos da manteiga derretida? a) I e III b) I e V c) II e III d) II e IV e) II e V

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[Física II] 20. (Enem) Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante fA .O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância.

21. (Enem) A Figura 1 apresenta o gráfico da intensidade, em decibel (dB) da onda sonora emitida por um alto-falante, que está em repouso, e medida por um microfone em função da frequência da onda para diferentes distâncias: 3 mm, 25 mm, 51 mm e 60 mm . A Figura 2 apresenta um diagrama com a indicação das diversas faixas do espectro de frequência sonora para o modelo de alto-falante utilizado neste experimento.

O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo f0 (t), antes e depois da passagem da ambulância por ele.

Qual esboço gráfico representa a frequência f0 (t) detectada pelo observador?

Relacionando as informações presentes nas figuras 1 e 2, como a intensidade sonora percebida é afetada pelo aumento da distância do microfone ao alto-falante? a) Aumenta na faixa das frequências médias. b) Diminui na faixa das frequências agudas. c) Diminui na faixa das frequências graves. d) Aumenta na faixa das frequências médias altas. e) Aumenta na faixa das frequências médias baixas.

a)

b)

22. (Enem) Para obter a posição de um telefone celular, a polícia baseia-se em informações do tempo de resposta do aparelho em relação às torres de celular da região de onde se originou a ligação. Em uma região, um aparelho está na área de cobertura de cinco torres, conforme o esquema.

c)

d)

e)

68

[68]

[Física II] Considerando que as torres e o celular são puntiformes e que estão sob o mesmo plano, qual o número mínimo de torres necessárias para se localizar a posição do telefone celular que originou a ligação? a) Uma. b) Duas. c) Três. d) Quatro. e) Cinco.

o caminho percorrido em (3) e (4) corresponde ao dobro da espessura E da película de óleo.

23. (Enem) A radiação ultravioleta (UV) é dividida, de acordo com três faixas de frequência, em UV-A, UV-B e UV-C, conforme a figura.

Expressa em termos do comprimento de onda (λ), a espessura mínima é igual a a) λ/4 b) λ/2 c) 3λ/4 d) λ e) 2λ

Para selecionar um filtro solar que apresente absorção máxima na faixa UV-B, uma pessoa analisou os espectros de absorção da radiação UV de cinco filtros solares:

25. (Enem) Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro.

Essa diferenciação se deve principalmente ao(a) a) intensidade sonora do som de cada instrumento musical. b) potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos musicais. c) diferente velocidade de propagação do som emitido por cada instrumento musical d) timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de cada instrumento sejam diferentes. e) altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes instrumentos musicais.

Considere: Velocidade da luz = 3,0x108 m/s e 1nm = 1,0x109 m.

O filtro solar que a pessoa deve selecionar é o a) V. b) IV. c) III. d) II. e) I.

26. (Enem) Quando adolescente, as nossas tardes, após as aulas, consistiam em tomar às mãos o violão e o dicionário de acordes de Almir Chediak e desafiar nosso amigo Hamilton a descobrir, apenas ouvindo o acorde, quais notas eram escolhidas. Sempre perdíamos a aposta, ele possui o ouvido absoluto.

O ouvido absoluto é uma característica perceptual de poucos indivíduos capazes de identificar notas isoladas sem outras referências, isto é, sem precisar relacionálas com outras notas de uma melodia.

24. (Enem) Certos tipos de superfícies na natureza podem refletir luz de forma a gerar um efeito de arcoíris. Essa característica é conhecida como iridescência e ocorre por causa do fenômeno da interferência de película fina. A figura ilustra o esquema de uma fina camada iridescente de óleo sobre uma poça d’água.

Parte do feixe de luz branca incidente (1) reflete na interface ar/óleo e sofre inversão de fase (2), o que equivale a uma mudança de meio comprimento de onda. A parte refratada do feixe (3) incide na interface óleo/água e sofre reflexão sem inversão de fase (4). O observador indicado enxergará aquela região do filme com coloração equivalente à do comprimento de onda que sofre interferência completamente construtiva entre os raios (2) e (5), mas essa condição só é possível para uma espessura mínima da película. Considere que

LENT, R. O cérebro do meu professor de acordeão. Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 15 ago. 2012 (adaptado).

No contexto apresentado, a propriedade física das ondas que permite essa distinção entre as notas é a a) frequência. b) intensidade. c) forma da onda. d) amplitude da onda. e) velocidade de propagação.

[69]

[Física II] 27. (Enem) Alguns sistemas de segurança incluem detectores de movimento. Nesses sensores, existe uma substância que se polariza na presença de radiação eletromagnética de certa região de frequência, gerando uma tensão que pode ser amplificada e empregada para efeito de controle. Quando uma pessoa se aproxima do sistema, a radiação emitida por seu corpo é detectada por esse tipo de sensor.

Calcula-se que a velocidade de propagação dessa “onda humana” é de 45 km/h, e que cada período de oscilação contém 16 pessoas, que se levantam e sentam organizadamente e distanciadas entre si por 80 cm.

WENDLING, M. Sensores. Disponível em: www2.feg.unesp.br. Acesso em: 7 maio 2014 (adaptado).

A radiação captada por esse detector encontra-se na região de frequência a) da luz visível. b) do ultravioleta. c) do infravermelho. d) das micro-ondas. e) das ondas longas de rádio.

Disponível em: www.ufsm.br. Acesso em: 7 dez. 2012 (adaptado).

Nessa ola mexicana, a frequência da onda, em hertz, é um valor mais próximo de a) 0,3. b) 0,5. c) 1,0. d) 1,9. e) 3,7.

31. (Enem) Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle. A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de a) terem fases opostas. b) serem ambas audíveis. c) terem intensidades inversas. d) serem de mesma amplitude. e) terem frequências próximas.

28. (Enem) Ao sintonizarmos uma estação de rádio ou um canal de TV em um aparelho, estamos alterando algumas características elétricas de seu circuito receptor. Das inúmeras ondas eletromagnéticas que chegam simultaneamente ao receptor, somente aquelas que oscilam com determinada frequência resultarão em máxima absorção de energia.

O fenômeno descrito é a a) difração. b) refração. c) polarização. d) interferência. e) ressonância.

32. (Enem) Nossa pele possui células que reagem à incidência de luz ultravioleta e produzem uma substância chamada melanina, responsável pela pigmentação da pele. Pensando em se bronzear, uma garota vestiu um biquíni, acendeu a luz de seu quarto e deitou-se exatamente abaixo da lâmpada incandescente. Após várias horas ela percebeu que não conseguiu resultado algum.

O bronzeamento não ocorreu porque a luz emitida pela lâmpada incandescente é de a) baixa intensidade. b) baixa frequência. c) um espectro contínuo. d) amplitude inadequada. e) curto comprimento de onda.

29. (Enem) Em um piano, o Dó central e a próxima nota Dó (Dó maior) apresentam sons parecidos, mas não idênticos. É possível utilizar programas computacionais para expressar o formato dessas ondas sonoras em cada uma das situações como apresentado nas figuras, em que estão indicados intervalos de tempo idênticos (T).

A razão entre as frequências do Dó central e do Dó maior é de: a) 1/2 b) 2 c) 1 d) 1/4 e) 4

33. (Enem) Em um dia de chuva muito forte, constatou-se 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.

30. (Enem) Uma manifestação comum das torcidas em estádios de futebol é a ola mexicana. Os espectadores de uma linha, sem sair do lugar e sem se deslocarem lateralmente, ficam de pé e se sentam, sincronizados com os da linha adjacente. O efeito coletivo se propaga pelos espectadores do estádio, formando uma onda progressiva, conforme ilustração.

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[70]

[Física II] Com a diminuição da chuva, a distância entre as cristas e a velocidade de propagação da onda se tornaram, respectivamente, a) maior que 25 cm e maior que 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.

35. (Enem) As ondas eletromagnéticas, como a luz visível e as ondas de rádio, viajam em linha reta em um meio homogêneo.

Então, as ondas de rádio emitidas na região litorânea do Brasil não alcançariam a região amazônica do Brasil por causa da curvatura da Terra. Entretanto sabemos que é possível transmitir ondas de rádio entre essas localidades devido à ionosfera.

Com ajuda da ionosfera, a transmissão de ondas planas entre o litoral do Brasil e a região amazônica é possível por meio da a) reflexão. b) refração. c) difração. d) polarização. e) interferência.

34. (Enem) Ao diminuir o tamanho de um orifício atravessado por um feixe de luz, passa menos luz por intervalo de tempo, e próximo da situação de completo fechamento do orifício, verifica-se que a luz apresenta um comportamento como o ilustrado nas figuras.

Sabe-se que o som, dentro de suas particularidades, também pode se comportar dessa forma.

GABARITO UNIDADE 1 1. C 8. E 15. D 22. C 29. A

2. A 9. C 16. C 23. B 30. C

3. E 10. B 17. D 24. A 31. E

4. D 11. C 18. A 25. D 32. B

5. B 12. C 19. D 26.A 33. B

6. A 13. B 20. D 27. C 34. A

7. D 14. D 21. C 28. E 35. A

UNIDADE 2. ÓPTICA 1. (Enem) Entre os anos de 1028 e 1038, Alhazen (lbn al-Haytham: 965-1040 d.C.) escreveu sua principal obra, o Livro da Óptica, que, com base em experimentos, explicava o funcionamento da visão e outros aspectos da ótica, por exemplo, o funcionamento da câmara escura. O livro foi traduzido e incorporado aos conhecimentos científicos ocidentais pelos europeus. Na figura, retirada dessa obra, é representada a imagem invertida de edificações em tecido utilizado como anteparo.

Em qual das situações a seguir está representado o fenômeno descrito no texto? a) Ao se esconder atrás de um muro, um menino ouve a conversa de seus colegas. b) Ao gritar diante de um desfiladeiro, uma pessoa ouve a repetição do seu próprio grito. c) Ao encostar o ouvido no chão, um homem percebe o som de uma locomotiva antes de ouvi-lo pelo ar. d) Ao ouvir uma ambulância se aproximando, uma pessoa percebe o som mais agudo do que quando aquela se afasta. e) Ao emitir uma nota musical muito aguda, uma cantora de ópera faz com que uma taça de cristal se despedace.

Se fizermos uma analogia entre a ilustração e o olho humano, o tecido corresponde ao(à) a) íris b) retina c) pupila d) córnea e) cristalino

[71]

[Física II] 2. (Enem) Será que uma miragem ajudou a afundar o Titanic? O fenômeno ótico conhecido como Fata Morgana pode fazer com que uma falsa parede de água apareça sobre o horizonte molhado. Quando as condições são favoráveis, a luz refletida pela água fria pode ser desviada por uma camada incomum de ar quente acima, chegando até o observador, vinda de muitos ângulos diferentes. De acordo com estudos de pesquisadores da Universidade de San Diego, uma Fata Morgana pode ter obscurecido os icebergs da visão da tripulação que estava a bordo do Titanic. Dessa forma, a certa distância, o horizonte verdadeiro fica encoberto por uma névoa escurecida, que se parece muito com águas calmas no escuro.

Em uma fiscalização rotineira, o teste apresentou o valor de 1,9. Qual foi o comportamento do raio refratado? a) Mudou de sentido. b) Sofreu reflexão total. c) Atingiu o valor do ângulo limite. d) Direcionou-se para a superfície de separação. e) Aproximou-se da normal à superfície de separação.

5. (Enem) A eficiência das lâmpadas pode ser comparada utilizando a razão, considerada linear, entre a quantidade de luz produzida e o consumo. A quantidade de luz é medida pelo fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen (lm). O consumo está relacionado à potência elétrica da lâmpada que é medida em watt (W). Por exemplo, uma lâmpada incandescente de 40 W emite cerca de 600 lm, enquanto uma lâmpada fluorescente de 40 W emite cerca de 3000 lm.

Disponível em: http://apod.nasa.gov. Acesso em: 6 set. 2012 (adaptado).

O fenômeno ótico que, segundo os pesquisadores, provoca a Fata Morgana é a a) ressonância. b) refração. c) difração. d) reflexão. e) difusão.

Disponível em: http://tecnologia.terra.com.br. Acesso em: 29 fev. 2012 (adaptado).

A eficiência de uma lâmpada incandescente de 40 W é a) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W, que produz menor quantidade de luz. b) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que produz menor quantidade de luz. c) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W, que produz a mesma quantidade de luz. d) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, pois consome maior quantidade de energia. e) igual a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que consome a mesma quantidade de energia.

3. (Enem) É comum aos fotógrafos tirar fotos coloridas em ambientes iluminados por lâmpadas fluorescentes, que contêm uma forte composição de luz verde. A consequência desse fato na fotografia é que todos os objetos claros, principalmente os brancos, aparecerão esverdeados. Para equilibrar as cores, deve-se usar um filtro adequado para diminuir a intensidade da luz verde que chega aos sensores da câmera fotográfica.

Na escolha desse filtro, utiliza-se o conhecimento da composição das cores-luz primárias: vermelho, verde e azul; e das cores-luz secundárias: amarelo = vermelho + verde, ciano = verde + azul e magenta = vermelho + azul.

6. (Enem) Alguns povos indígenas ainda preservam suas tradições realizando a pesca com lanças, demonstrando uma notável habilidade. Para fisgar um peixe em um lago com águas tranquilas o índio deve mirar abaixo da posição em que enxerga o peixe.

Ele deve proceder dessa forma porque os raios de luz a) refletidos pelo peixe não descrevem uma trajetória retilínea no interior da água. b) emitidos pelos olhos do índio desviam sua trajetória quando passam do ar para a água. c) espalhados pelo peixe são refletidos pela superfície da água. d) emitidos pelos olhos do índio são espalhados pela superfície da água. e) refletidos pelo peixe desviam sua trajetória quando passam da água para o ar.

Disponível em: http://nautilus.fis.uc.pt. Acesso em 20 maio 2014 (adaptado).

Na situação descrita, qual deve ser o filtro utilizado para que a fotografia apresente as cores naturais dos objetos? a) Ciano. b) Verde. c) Amarelo. d) Magenta. e) Vermelho.

4. (Enem) Uma proposta de dispositivo capaz de indicar a qualidade da gasolina vendida em postos e, consequentemente, evitar fraudes, poderia utilizar o conceito de refração luminosa. Nesse sentido, a gasolina não adulterada, na temperatura ambiente, apresenta razão entre os senos dos raios incidente e refratado igual a 1,4. Desse modo, fazendo incidir o feixe de luz proveniente do ar com um ângulo fixo e maior que zero, qualquer modificação no ângulo do feixe refratado indicará adulteração no combustível.

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7. (Enem) Para que uma substância seja colorida ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A Figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima.

[72]

[Física II] Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2): o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima.

9. (Enem) O processo de interpretação de imagens capturadas por sensores instalados a bordo de satélites que imageiam determinadas faixas ou bandas do espectro de radiação eletromagnética (REM) baseia-se na interação dessa radiação com os objetos presentes sobre a superfície terrestre. Uma das formas de avaliar essa interação é por meio da quantidade de energia é por meio da quantidade de energia refletida pelos objetos. A relação entre a refletância de um dado objeto e o comprimento de onda da REM é conhecida como curva de comportamento espectral ou assinatura espectral do objeto, como mostrado na figura, para objetos comuns na superfície terrestre.

Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da Figura 1? a) Azul. b) Verde. c) Violeta. d) Laranja. e) Vermelho.

De acordo com as curvas de assinatura espectral apresentadas na figura, para que se obtenha a melhor discriminação dos alvos mostrados, convém selecionar a banda correspondente a que comprimento de onda em micrômetros (m) ? a) 0,4 a 0,5. b) 0,5 a 0,6. c) 0,6 a 0,7. d) 0,7 a 0,8. e) 0,8 a 0,9.

8. (Enem) Uma equipe de cientistas lançará uma expedição ao Titanic para criar um detalhado mapa 3D que “vai tirar, virtualmente, o Titanic do fundo do mar para o público”. A expedição ao local, a 4 quilômetros de profundidade no Oceano Atlântico, está sendo apresentada como a mais sofisticada expedição científica ao Titanic.

Ela utilizará tecnologias de imagem e sonar que nunca tinham sido aplicadas ao navio, para obter o mais completo inventário de seu conteúdo. Esta complementação é necessária em razão das condições do navio, naufragado há um século.

10. (Enem) Júpiter, conhecido como o gigante gasoso, perdeu uma das suas listras mais proeminentes, deixando o seu hemisfério sul estranhamente vazio.

Observe a região em que a faixa sumiu, destacada pela seta.

O Estado de São Paulo. Disponível em: http://www.estadao.com.br. Acesso em: 27 jul. 2010 (adaptado).

No problema apresentado para gerar imagens através de camadas de sedimentos depositados no navio, o sonar é mais adequado, pois a a) propagação da luz na água ocorre a uma velocidade maior que a do som neste meio. b) absorção da luz ao longo de uma camada de água é facilitada enquanto a absorção do som não. c) refração da luz a uma grande profundidade acontece com uma intensidade menor que a do som. d) atenuação da luz nos materiais analisados é distinta da atenuação de som nestes mesmos materiais. e) reflexão da luz nas camadas de sedimentos é menos intensa do que a reflexão do som neste material.

[73]

[Física II] A aparência de Júpiter é tipicamente marcada por duas faixas escuras em sua atmosfera – uma no hemisfério norte e outra no hemisfério sul. Como o gás está constantemente em movimento, o desaparecimento da faixa no planeta relaciona-se ao movimento das diversas camadas de nuvens em sua atmosfera. A luz do Sol, refletida nessas nuvens, gera a imagem que é captada pelos telescópios, no espaço ou na Terra.

O desaparecimento da faixa sul pode ter sido determinado por uma alteração a) na temperatura da superfície do planeta. b) no formato da camada gasosa do planeta. c) no campo gravitacional gerado pelo planeta. d) na composição química das nuvens do planeta. e) na densidade das nuvens que compõem o planeta.

12. (Ufrgs) Um feixe de luz monocromática, propagando-se em um meio transparente com índice de refração n1, incide sobre a interface com um meio, também transparente, com índice de refração n2.

Considere θ1 e θ2, respectivamente, os ângulos de incidência e de refração do feixe luminoso.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Haverá reflexão total do feixe incidente se __________ e se o valor do ângulo de incidência for tal que __________. a) n1 < n2 – sen θ1 < n2/n1 b) n1 < n2 – sen θ1 > n2/n1 c) n1 = n2 – sen θ1 = n2/n1 d) n1 > n2 – sen θ1 < n2/n1 e) n1 > n2 – sen θ1 > n2/n1

11. (Enem) Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresenta valor negativo do índice de refração relativo para a luz visível. Denomina-se metamaterial um material óptico artificial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz, o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais. Esse material tem sido chamado de “canhoto”.

13. (Ufrgs) Muitas pessoas não enxergam nitidamente objetos em decorrência de deformação no globo ocular ou de acomodação defeituosa do cristalino.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas dos enunciados a seguir, na ordem em que aparecem.

Para algumas pessoas a imagem de um objeto formase à frente da retina, conforme ilustrado na figura I abaixo. Esse defeito de visão é chamado de __________, e sua correção é feita com lentes ______.

Disponível em: http://inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 28 abr. 2010 (adaptado).

Considerando o comportamento atípico desse metamaterial, qual é a figura que representa a refração da luz ao passar do ar para esse meio?

a)

b)

c)

d)

Em outras pessoas, os raios luminosos são interceptados pela retina antes de se formar a imagem, conforme representado na figura II abaixo. Esse defeito de visão é chamado de __________, e sua correção é feita com lentes __________.

a) presbiopia − divergentes − hipermetropia – convergentes b) presbiopia − divergentes − miopia − convergentes c) hipermetropia − convergentes − presbiopia − divergentes d) miopia − convergentes − hipermetropia − divergentes e) miopia − divergentes − hipermetropia − convergentes

e)

74

[74]

[Física II] 14. (Ufrgs) Um feixe de luz monocromática atravessa a interface entre dois meios transparentes com índices de refração n1 e n2, respectivamente, conforme representa a figura abaixo.

Quando um feixe monocromático de luz refrata ao passar do ar (nAR = 1,00) para o interior de uma lâmina de vidro (nvidro = 1,52), observa-se que a rapidez de propagação do feixe __________ e que a sua frequência __________. Parte dessa luz é refletida nesse processo. A rapidez da luz refletida será __________ que a da luz incidente na lâmina de vidro. a) não muda – diminui – a mesma b) diminui – aumenta – menor do c) diminui – não muda – a mesma d) aumenta – não muda – maior do e) aumenta – diminui – menor do 17. (Pucrs) Na figura abaixo, ilustra-se um espelho esférico côncavo E e seus respectivos centro de curvatura (C), foco (F) e vértice (V). Um dos infinitos raios luminosos que incidem no espelho tem sua trajetória representada por r. As trajetórias de 1 a 5 se referem a possíveis caminhos seguidos pelo raio luminoso refletido no espelho.

Com base na figura, é correto afirmar que, ao passar do meio com n1 para o meio com n2, a velocidade, a frequência e o comprimento de onda da onda, respectivamente, a) permanece, aumenta e diminui. b) permanece, diminui e aumenta. c) aumenta, permanece e aumenta. d) diminui, permanece e diminui. e) diminui, diminui e permanece.

15. (Ufrgs) Na figura abaixo, O representa um objeto real e I sua imagem virtual formada por uma lente esférica.

O número que melhor representa a trajetória percorrida pelo raio r após refletir no espelho E, é a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 Assinale a alternativa que preenche as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

18. (Upf) Uma pessoa com visão perfeita observa um adesivo, de tamanho igual a 6 mm, grudado na parede na altura de seus olhos. A distância entre o cristalino do olho e o adesivo é de 3 m. Supondo que a distância entre esse cristalino e a retina, onde se forma a imagem, é igual a 20 mm, o tamanho da imagem do adesivo formada na retina é:

Com base nessa figura, é correto afirmar que a lente é __________ e está posicionada __________. a) convergente – à direita de I b) convergente – entre O e I c) divergente – à direita de I d) divergente – entre O e I e) divergente – à esquerda de O TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES: Considere o campo gravitacional uniforme.

a) 4x10-3 mm. b) 5x10-3 mm. c) 4x10-2 mm. d) 5x10-4 mm. e) 2x10-4 mm.

16. (Pucrs) Em Física, os modelos utilizados na descrição dos fenômenos da refração e da reflexão servem para explicar o funcionamento de alguns instrumentos ópticos, tais como telescópios e microscópios.

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[Física II] 19. (Imed) Um observador na superfície do planeta observa num arco-íris primário, que o vermelho é a cor que sempre está em __________ da cor azul. Isso porque sofre __________ refração em relação ao azul.

Além disso, é correto dizer que, durante a refração nas gotas de chuva, as frequências das cores __________.

Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima. a) baixo – menor – aumentam b) cima – menor – aumentam c) cima – menor – permanecem inalteradas d) baixo – maior – permanecem inalteradas e) baixo – maior – diminuem

22. (Ulbra) Um objeto está à frente de um espelho e tem sua imagem aumentada em quatro vezes e projetada em uma tela que está a 2,4 m do objeto, na sua horizontal. Que tipo de espelho foi utilizado e qual o seu raio de curvatura? a) Côncavo; 64 cm b) Côncavo; 36 cm c) Côncavo; 128 cm d) Convexo; -128 cm e) Convexo; -64 cm 23. (Feevale) No processo de visão humana, o cristalino desempenha um papel importante na formação da imagem. Marque a alternativa correta sobre essa estrutura do olho humano. a) Controla a quantidade de luz que entra no olho humano. b) Controla a energia dos fótons da luz incidente. c) Atua como lente divergente para acomodar a imagem. d) Atua como lente convergente para acomodar a imagem. e) Define as cores dos objetos.

20. (Upf) As afirmações a seguir referem-se à formação de imagens em espelhos esféricos.

I. Uma imagem real é obtida quando acontece a intersecção dos raios luminosos refletidos por um espelho.

II. Um espelho convexo não forma, em nenhuma situação, uma imagem real.

III. A imagem real formada por um espelho convexo de um objeto colocado à sua frente é sempre de maior tamanho do que o do objeto.

IV. Independentemente da posição do objeto colocado à frente de um espelho convexo, ter-se-á sempre uma imagem maior do que o objeto.

Está correto apenas o que se afirma em: a) I e II. b) II e III. c) I, II e IV. d) II e IV. e) II, III e IV.

24. (Unisc) Uma pessoa não consegue ver os objetos com nitidez porque suas imagens se formam entre o cristalino e a retina. Qual é o defeito de visão desta pessoa e como podemos corrigi-lo? a) Hipermetropia; e a pessoa deverá usar lentes divergentes para a sua correção. b) Miopia; e a pessoa deverá usar lentes divergentes para a sua correção. c) Miopia; e a pessoa deverá usar lentes convergentes para a sua correção. d) Hipermetropia; e a pessoa deverá usar lentes convergentes para a sua correção. e) Miopia; e a pessoa deverá usar uma lente divergente e outra lente convergente para a sua correção.

21. (Pucrs) Para responder à questão, analise a figura abaixo, que mostra a obra Autorretrato, do artista holandês M.C. Escher (1898-1972).

25. (Upf) Em certas observações astronômicas, os cientistas encontram situações nas quais é possível detectar o Efeito Doppler com a luz. Nessas situações, a percepção de que a cor da luz emitida por certa estrela parece ser mais avermelhada do que realmente é significa que: a) a estrela está muito distante da Terra. b) a estrela está se afastando da Terra. c) a luz sofre refração na atmosfera. d) a luz se propaga com velocidade muito grande no vácuo. e) a estrela está se aproximando da Terra.

Pode-se considerar que a esfera vista na figura se comporta como um espelho __________. A imagem conjugada pelo espelho é __________ e se encontra entre o foco e o __________ do espelho. a) côncavo – real – vértice b) convexo – real – vértice c) convexo – virtual – vértice d) convexo – virtual – centro de curvatura e) côncavo – virtual – centro de curvatura

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GABARITO UNIDADE 2 1. B 8. D 15. C 22. C

[76]

2. B 9. E 16. C 23. D

3. D 10. E 17. D 24. B

4. E 11. D 18. C 25. B

5. C 12. E 19. C

6. E 13. E 20. A

7. E 14. D 21. C

[Física II]

UNIDADE 3. ELETROSTÁTICA

3. (Upf) No estudo da eletricidade e do magnetismo, são utilizadas as linhas de campo. As linhas de campo elétrico ou magnético são linhas imaginárias cuja tangente em qualquer ponto é paralela à direção do vetor campo. Sobre as linhas de campo, assinale a afirmativa correta. a) As linhas de campo magnético e os vetores força magnética são sempre paralelos. b) As linhas de campo elétrico numa região do espaço onde existem cargas elétricas se dirigem de um ponto de menor potencial para um de maior potencial. c) As linhas de campo magnético no interior de um imã se dirigem do polo norte do imã para seu polo sul. d) As linhas de campo elétrico que representam o campo gerado por uma carga elétrica em repouso são fechadas. e) As linhas de força de um campo elétrico uniforme são linhas retas paralelas igualmente espaçadas e todas têm o mesmo sentido.

1. (Enem) Duas irmãs que dividem o mesmo quarto de estudos combinaram de comprar duas caixas com tampas para guardarem seus pertences dentro de suas caixas, evitando, assim, a bagunça sobre a mesa de estudos. Uma delas comprou uma metálica, e a outra, uma caixa de madeira de área e espessura lateral diferentes, para facilitar a identificação. Um dia as meninas foram estudar para a prova de Física e, ao se acomodarem na mesa de estudos, guardaram seus celulares ligados dentro de suas caixas.

Ao longo desse dia, uma delas recebeu ligações telefônicas, enquanto os amigos da outra tentavam ligar e recebiam a mensagem de que o celular estava fora da área de cobertura ou desligado.

Para explicar essa situação, um físico deveria afirmar que o material da caixa, cujo telefone celular não recebeu as ligações é de

4. (Ulbra) Considere duas cargas, QA = 4 μC e QB = -5 μC, separadas por 3 cm no vácuo. Elas são postas em contato e, após, separadas no mesmo local, por 1 cm.

Qual o sentido e o valor da força eletrostática entre elas, após o contato?

a) madeira e o telefone não funcionava porque a madeira não é um bom condutor de eletricidade. b) metal e o telefone não funcionava devido à blindagem eletrostática que o metal proporcionava. c) metal e o telefone não funcionava porque o metal refletia todo tipo de radiação que nele incidia. d) metal e o telefone não funcionava porque a área lateral da caixa de metal era maior. e) madeira e o telefone não funcionava porque a espessura desta caixa era maior que a espessura da caixa de metal.

Considere: 1 μC = 10-6 C, k0 = 9x109 Nm2/c2 a) Atração; 0,2 N. b) Atração; 2,5 N. c) Atração; 200,0 N. d) Repulsão; 0,2 N. e) Repulsão; 22,5 N. 5. (Pucrs) Para responder à questão, considere a figura abaixo, que representa as linhas de força do campo elétrico gerado por duas cargas puntuais QA e QB.

2. (Ufrgs) Uma carga negativa Q é aproximada de uma esfera condutora isolada, eletricamente neutra. A esfera é, então, aterrada com um fio condutor.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Se a carga Q for afastada para bem longe enquanto a esfera está aterrada, e, a seguir, for desfeito o aterramento, a esfera ficará __________.

Por outro lado, se primeiramente o aterramento for desfeito e, depois, a carga Q for afastada, a esfera ficará __________.

A soma QA e QB é necessariamente um número

a) eletricamente neutra – positivamente carregada b) eletricamente neutra – negativamente carregada c) positivamente carregada – eletricamente neutra d) positivamente carregada – negativamente carregada e) negativamente carregada – positivamente carregada

a) par. b) ímpar. c) inteiro. d) positivo. e) negativo.

[77]

[Física II] 9. (Pucrs) Uma pequena esfera de peso 6,0.10-3 N e carga elétrica 10,0.10-6 C encontra-se suspensa verticalmente por um fio de seda, isolante elétrico e de massa desprezível. A esfera está no interior de um campo elétrico uniforme de 300 N/C, orientado na vertical e para baixo. Considerando que a carga elétrica da esfera é, inicialmente, positiva e, posteriormente, negativa, as forças de tração no fio são, respectivamente, a) 3,5.10-3 N e 1,0.10-3 N b) 4,0.10-3 N e 2,0.10-3 N c) 5,0.10-3 N e 2,5.10-3 N d) 9,0.10-3 N e 3,0.10-3 N e) 9,5.10-3 N e 4,0.10-3 N

6. (Upf) Uma lâmina muito fina e minúscula de cobre, contendo uma carga elétrica q, flutua em equilíbrio numa região do espaço onde existe um campo elétrico uniforme de 20 kN/C, cuja direção é vertical e cujo sentido se dá de cima para baixo. Considerando que a carga do elétron seja de 1,6.10-19 C e a aceleração gravitacional seja de 10m/s2 e sabendo que a massa da lâmina é de 3,2 mg, é possível afirmar que o número de elétrons em excesso na lâmina é: a) 3,0.1012 b) 1,0.1013 c) 1,0.1010 d) 2,0.1012 e) 3,0.1011

10. (Upf) Durante uma experiência didática sobre eletrostática, um professor de Física eletriza uma esfera metálica oca suspensa por um fio isolante. Na sequência, faz as seguintes afirmações:

7. (Upf) Durante uma experiência em um laboratório de física, um balão (desses usados em festas de aniversário) cheio de ar, de massa total m= 1 g, carregado eletricamente com uma carga q negativa, flutua estaticamente numa região do espaço onde existe um campo elétrico uniforme na direção vertical e no sentido de cima para baixo. Desprezando-se o empuxo sobre o balão e considerando que a aceleração gravitacional local é g= 10 m/s2 e que o valor do campo elétrico é de 50 N/C, pode-se afirmar que a carga elétrica do balão é de:

I. A carga elétrica transferida para a esfera se distribui na superfície externa desta.

II. O campo elétrico no interior da esfera é nulo.

III. O campo elétrico na parte exterior da esfera tem direção perpendicular à superfície desta.

IV. A superfície da esfera, na situação descrita, apresenta o mesmo potencial elétrico em todos os pontos.

V. A carga elétrica acumulada na esfera é positiva, pois lhe foram transferidas cargas positivas.

a) 200 μC b) 2 mC c) 2.10-1 C d) 5 mC e) 5 μC

Está correto o que se afirma em: a) I apenas. b) I e II apenas. c) I, II e III apenas. d) I, II, III e IV apenas. e) I, II, III, IV e V.

8. (Ufrgs) Considere dois balões de borracha, A e B. O balão B tem excesso de cargas negativas; o balão A, ao ser aproximado do balão B, é repelido por ele. Por outro lado, quando certo objeto metálico isolado é aproximado do balão A, este é atraído pelo objeto.

11. (Ucs) O transistor MOSFET é um componente muito importante na eletrônica atual, sendo o elemento essencial, por exemplo, na composição dos processadores de computador. Ele é classificado como um transistor de Efeito de Campo, pois, sobre uma parte dele, chamada porta, atua um campo que provoca uma diferença de potencial cujo papel é regular a intensidade da passagem de corrente elétrica entre as duas outras partes do MOSFET, a fonte e o dreno. O campo em questão é o a) magnético. b) de frequências. c) gravitacional. d) nuclear. e) elétrico.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

A respeito das cargas elétricas líquidas no balão A e no objeto, pode-se concluir que o balão A só pode __________ e que o objeto só pode __________. a) ter excesso de cargas negativas – ter excesso de cargas positivas b) ter excesso de cargas negativas – ter excesso de cargas positivas ou estar eletricamente neutro c) ter excesso de cargas negativas – estar eletricamente neutro d) estar eletricamente neutro – ter excesso de cargas positivas ou estar eletricamente neutro e) estar eletricamente neutro – ter excesso de cargas positivas

78

[78]

[Física II] GABARITO UNIDADE 3

12. (Upf) Uma pequena esfera de 1,6 g de massa é eletrizada retirando-se um número n de elétrons.

Dessa forma, quando a esfera é colocada em um campo elétrico uniforme de 1.109 N/C, na direção vertical para cima, a esfera fica flutuando no ar em equilíbrio. Considerando que a aceleração gravitacional local g é 10 m/s2 e a carga de um elétron é 1,6.10-19 C, pode-se afirmar que o número de elétrons retirados da esfera é: a) 1.1019 b) 1.1010 c) 1.109 8 7 d) 1.10 e) 1.10

1. B 8. B 15. E

2. A 9. D

3. E 10. D

4. E 11. E

5. D 12. D

6. C 13. A

7. A 14. C

UNIDADE 4. ELETRODINÂMICA 1. (Enem) Dispositivos eletrônicos que utilizam materiais de baixo custo, como polímeros semicondutores, têm sido desenvolvidos para monitorar a concentração de amônia (gás tóxico e incolor) em granjas avícolas. A polianilina é um polímero semicondutor que tem o valor de sua resistência elétrica nominal quadruplicado quando exposta a altas concentrações de amônia. Na ausência de amônia, a polianilina se comporta como um resistor ôhmico e a sua resposta elétrica é mostrada no gráfico.

13. (Ifsul) Você está passeando com alguns amigos por uma região rural enquanto uma tempestade se forma.

Ao passar por um ponto um pouco mais elevado, nota que os cabelos de seus amigos começam a levantar.

Isso é devido ao a) aumento do campo elétrico no local, causado pela presença de nuvens carregadas sobre vocês. b) fato de vocês, por causa do atrito dos pés com o solo, adquirirem carga elétrica. c) campo magnético gerado pela tempestade que se aproxima. d) efeito fisiológico da corrente elétrica que circula pelo corpo de vocês, induzida pelas nuvens carregadas.

14. (Ufsm) A luz é uma onda eletromagnética, isto é, a propagação de uma perturbação dos campos elétrico e magnético locais.

Analise as afirmações a seguir, que estão relacionadas com as propriedades do campo elétrico.

I. O vetor campo elétrico é tangente às linhas de força.

II. Um campo elétrico uniforme se caracteriza por ter as linhas de força paralelas e igualmente espaçadas.

III. O número de linhas de força por unidade de volume de um campo elétrico é proporcional à quantidade de cargas do corpo.

Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas I e II. d) apenas III. e) I, II e III.

O valor da resistência elétrica da polianilina na presença de altas concentrações de amônia, em ohm, é igual a a) 0,5.100 b) 0,2.100 c) 2,5.105 5 6 d) 5,0.10 e) 2,0.10 2. (Enem) Em algumas residências, cercas eletrificadas são utilizadas com o objetivo de afastar possíveis invasores. Uma cerca eletrificada funciona com uma diferença de potencial elétrico de aproximadamente 10.000 V. Para que não seja letal, a corrente que pode ser transmitida através de uma pessoa não deve ser maior do que 0,01 A. Já a resistência elétrica corporal entre as mãos e os pés de uma pessoa é da ordem de 1.000 Ω.

15. (Ufrgs) Considere uma casca condutora esférica eletricamente carregada e em equilíbrio eletrostático.

A respeito dessa casca, são feitas as seguintes afirmações.

I. A superfície externa desse condutor define uma superfície equipotencial.

II. O campo elétrico em qualquer ponto da superfície externa do condutor é perpendicular à superfície.

III. O campo elétrico em qualquer ponto do espaço interior à casca é nulo.

Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III.

Para que a corrente não seja letal a uma pessoa que toca a cerca eletrificada, o gerador de tensão deve possuir uma resistência interna que, em relação à do corpo humano, é a) praticamente nula. b) aproximadamente igual. c) milhares de vezes maior. d) da ordem de 10 vezes maior. e) da ordem de 10 vezes menor.

[79]

[Física II] 3. (Enem) Três lâmpadas idênticas foram ligadas no circuito esquematizado. A bateria apresenta resistência interna desprezível, e os fios possuem resistência nula.

Um técnico fez uma análise do circuito para prever a corrente elétrica nos pontos: A, B, C, D e E; e rotulou essas correntes de IA, IB, IC, ID e IE, respectivamente.

5. (Enem) Um sistema de iluminação foi construído com um circuito de três lâmpadas iguais conectadas a um gerador (G) de tensão constante. Esse gerador possui uma chave que pode ser ligada nas posições A ou B.

O técnico concluiu que as correntes que apresentam o mesmo valor são a) IA = IE, e IC = ID. b) IA = IB = IE e IC = ID. c) IA= IB, apenas. d) IA = IB = IE, apenas. e) IC = IB, apenas.

Considerando o funcionamento do circuito dado, a lâmpada 1 brilhará mais quando a chave estiver na posição a) B, pois a corrente será maior nesse caso. b) B, pois a potência total será maior nesse caso. c) A, pois a resistência equivalente será menor nesse caso. d) B, pois o gerador fornecerá uma maior tensão nesse caso. e) A, pois a potência dissipada pelo gerador será menor nesse caso.

4. (Enem) Um estudante, precisando instalar um computador, um monitor e uma lâmpada em seu quarto, verificou que precisaria fazer a instalação de duas tomadas e um interruptor na rede elétrica.

Decidiu esboçar com antecedência o esquema elétrico.

“O circuito deve ser tal que as tomadas e a lâmpada devem estar submetidas à tensão nominal da rede elétrica e a lâmpada deve poder ser ligada ou desligada por um interruptor sem afetar os outros dispositivos” — pensou. Símbolos adotados:

6. (Enem) O chuveiro elétrico é um dispositivo capaz de transformar energia elétrica em energia térmica, o que possibilita a elevação da temperatura da água. Um chuveiro projetado para funcionar em 110 V pode ser adaptado para funcionar em 220 V, de modo a manter inalterada sua potência.

Uma das maneiras de fazer essa adaptação é trocar a resistência do chuveiro por outra, de mesmo material e com o(a) a) dobro do comprimento do fio. b) metade do comprimento do fio. c) metade da área da seção reta do fio. d) quádruplo da área da seção reta do fio. e) quarta parte da área da seção reta do fio.

Qual dos circuitos esboçados atende às exigências?

a)

b)

7. (Enem) Um circuito em série é formado por uma pilha, uma lâmpada incandescente e uma chave interruptora. Ao se ligar a chave, a lâmpada acende quase instantaneamente, irradiando calor e luz.

Popularmente, associa-se o fenômeno da irradiação de energia a um desgaste da corrente elétrica, ao atravessar o filamento da lâmpada, e à rapidez com que a lâmpada começa a brilhar. Essa explicação está em desacordo com o modelo clássico de corrente.

c)

d)

e)

80

[80]

[Física II] De acordo com o modelo mencionado, o fato de a lâmpada acender quase instantaneamente está relacionado à rapidez com que a) o fluido elétrico se desloca no circuito. b) as cargas negativas móveis atravessam o circuito. c) a bateria libera cargas móveis para o filamento da lâmpada. d) o campo elétrico se estabelece em todos os pontos do circuito. e) as cargas positivas e negativas se chocam no filamento da lâmpada.

9. (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.

8. (Enem) Um eletricista analisa o diagrama de uma instalação elétrica residencial para planejar medições de tensão e corrente em uma cozinha. Nesse ambiente existem uma geladeira (G), uma tomada (T) e uma lâmpada (L), conforme a figura. O eletricista deseja medir a tensão elétrica aplicada à geladeira, a corrente total e a corrente na lâmpada. Para isso, ele dispõe de um voltímetro (V) e dois amperímetros (A).

Potência (Watt)

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Especificação Modelo A Tensão (V~) 127 0 Seletor de 2440 Temperatura 4400 Multitemperaturas 5500

Disjuntor ou fusível (Ampere) Seção dos condutores (mm2)

50 10

B 220 0 2540 4400 6000 30 4

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.

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: a) 0,3. b) 0,6. c) 0,8. d) 1,7. e) 3,0.

Para realizar essas medidas, o esquema da ligação desses instrumentos está representado em:

10. (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.

a)

b)

Fusível Azul Amarelo Laranja Preto Vermelho

c)

Corrente Elétrica (A) 1,5 2,5 5,0 7,5 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) azul. b) preto. c) laranja. d) amarelo. e) vermelho.

d)

e)

[81]

[Física II] 11. (Enem) É possível, com 1 litro de gasolina, usando todo o calor produzido por sua combustão direta, aquecer 200 litros de água de 20 °C a 55 °C. Pode-se efetuar esse mesmo aquecimento por um gerador de eletricidade, que consome 1 litro de gasolina por hora e fornece 110 V a um resistor de 11 Ù, imerso na água, durante um certo intervalo de tempo. Todo o calor liberado pelo resistor é transferido à água.

Considerando que o calor específico da água é igual a 4,19 J g-1 °C-1, aproximadamente qual a quantidade de gasolina consumida para o aquecimento de água obtido pelo gerador, quando comparado ao obtido a partir da combustão? a) A quantidade de gasolina consumida é igual para os dois casos. b) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes maior que a consumida na combustão. c) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes menor que a consumida na combustão. d) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes maior que a consumida na combustão. e) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes menor que a consumida na combustão.

Nessa circunstância, as resistências elétricas da lâmpada e do resistor valem, respectivamente, a) 0,8 Ω e 50 Ω b) 20 Ω e 50 Ω c) 0,8 Ω e 55 Ω d) 20 Ω e 55 Ω e) 20 Ω e 70 Ω 14. (Acafe) Sejam dois resistores ôhmicos Rx e Ry associados em paralelo e ligados a uma bateria ideal de 12 V. A figura abaixo mostra as curvas que caracterizam esses resistores.

A intensidade de corrente elétrica em ampères, fornecida pelo gerador ao circuito, é: a) 16 b) 0,8 c) 8 d) 1,6

12. (Enem) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela a seguir fossem utilizados diariamente da mesma forma.

Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.

Potência

Tempo de uso diário (horas)

Ar condicionado

1,5

8

Chuveiro elétrico

3,3

1/3

Freezer

0,2

10

Geladeira

0,35

10

Lâmpadas

0,1

6

Aparelho

15. (Unisc) Os seguintes circuitos elétricos têm as mesmas resistências valendo cada uma R. Afirma-se que os circuitos que tem entre os pontos a e b a menor e a maior resistência equivalente são, respectivamente, os seguintes circuitos:

a) (I) e (II) c) (IV) e (III) e) (II) e (IV)

Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh é R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de aproximadamente a) R$ 135. b) R$ 165. c) R$ 190. d) R$ 210. e) R$ 230.

16. (Ulbra) Um gaúcho deseja tomar chimarrão, para isso vai aquecer 0,8 litros de água de 20 oC até 70 oC. Ele conta com um aquecedor de imersão que deverá ser ligado a uma fonte de 120 V. Sendo a resistência do mesmo de 30 Ω (OHMS), quanto tempo ele deverá esperar, em segundos, até que água atinja a temperatura desejada?

Considere:

13. (Ufrgs) Uma fonte de tensão cuja força eletromotriz é de 15 V tem resistência interna de 5Ω. A fonte está ligada em série com uma lâmpada incandescente e com um resistor. Medidas são realizadas e constata-se que a corrente elétrica que atravessa o resistor é de 0,20 A, e que a diferença de potencial na lâmpada é de 4 V.

82

b) (III) e (IV) d) (III) e (II)

c água  1

a) 160 d) 420

[82]

cal ; 1 cal  4,2 J; dágua  1 g / cm3 gc

b) 350 e) 480

c) 380

[Física II] 17. (Ufrgs) O gráfico abaixo apresenta a curva corrente elétrica i versus diferença de potencial V para uma lâmpada de filamento.

Considere que você deseja tomar um café e vai até a cozinha, acende a lâmpada de 60 W, põe pó de café na cafeteira e a liga. Supondo que a cafeteira está ligada em uma tomada T, em paralelo ao circuito, a potência máxima da cafeteira que pode ser ligada, simultaneamente, à lâmpada, sem que o fusível interrompa o circuito, é de, aproximadamente: a) 1.700 W b) 1.000 W c) 1950 W d) 1.550 W e) 1.760 W 20. (Ucs) Em dias muito úmidos, é comum os vidros dos carros embaçarem. O vidro traseiro geralmente tem um circuito elétrico desembaçador. Se tal circuito, submetido a uma diferença de potencial de 12 V, precisa consumir uma potência de 4 W para eliminar a umidade sobre ele, qual o valor de resistência elétrica que ele necessita possuir? a) 4 Ω b) 24 Ω c) 28 Ω d) 31 Ω e) 36 Ω

Sobre essa lâmpada, considere as seguintes afirmações.

I. O filamento da lâmpada é ôhmico.

II. A resistência elétrica do filamento, quando ligado em 6 V, é 6 Ω.

III. A potência dissipada pelo filamento, quando ligado em 8 V, é 0,15 W. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e III. e) I, II e III.

GABARITO UNIDADE 4 1. E 8. E 15. C

2. C 9. A 16. B

3. A 10. C 17. B

4. E 11. D 18. C

5. C 12. E 19. A

6. E 13. B 20. E

7. D 14. D

UNIDADE 5. ELETROMAGNETISMO

18. (Imed) O circuito elétrico representado abaixo é composto por fios e bateria ideais:

1.

(Enem) Para demonstrar o processo de transformação de energia mecânica em elétrica, um estudante constrói um pequeno gerador utilizando: - um fio de cobre de diâmetro D enrolado em N espiras circulares de área A; - dois ímãs que criam no espaço entre eles um campo magnético uniforme de intensidade B, e - um sistema de engrenagens que lhe permite girar as espiras em torno de um eixo com uma frequência f.

Ao fazer o gerador funcionar, o estudante obteve uma tensão máxima V e uma corrente de curto-circuito i.

Para dobrar o valor da tensão máxima V do gerador mantendo constante o valor da corrente de curto i, o estudante deve dobrar o(a) a) número de espiras. b) frequência de giro. c) intensidade do campo magnético. d) área das espiras. e) à diâmetro do fio.

Com base nas informações, qual o valor da resistência R indicada? a) 5 Ω. b) 6 Ω. c) 7 Ω. d) 8 Ω. e) 9 Ω.

19. (Upf) Um circuito elétrico simples protegido por um fusível F de 8 A, ligado à rede de 220 V, está mostrado na figura a seguir.

2. (Enem) A magnetohipertermia é um procedimento terapêutico que se baseia na elevação da temperatura das células de uma região específica do corpo que estejam afetadas por um tumor. Nesse tipo de tratamento, nanopartículas magnéticas são fagocitadas pelas células tumorais, e um campo magnético alternado externo é utilizado para promover a agitação das nanopartículas e consequente aquecimento da célula.

[83]

[Física II] A elevação de temperatura descrita ocorre porque a) o campo magnético gerado pela oscilação das nanopartículas é absorvido pelo tumor. b) o campo magnético alternado faz as nanopartículas girarem, transferindo calor por atrito. c) as nanopartículas interagem magneticamente com as células do corpo, transferindo calor. d) o campo magnético alternado fornece calor para as nanopartículas que o transfere às células do corpo. e) as nanopartículas são aceleradas em um único sentido em razão da interação com o campo magnético, fazendo-as colidir com as células e transferir calor.

A intensidade do campo magnético, para que o dispositivo funcione corretamente, é de a) 5.10-1T b) 5.10-2T c) 5.101T d) 2.10-2T e) 2.100T

3. (Enem) O funcionamento dos geradores de usinas elétricas baseia-se no fenômeno da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday no século XIX. Pode-se observar esse fenômeno ao se movimentar um imã e uma espira em sentidos opostos com módulo da velocidade igual a v, induzindo uma corrente elétrica de intensidade i, como ilustrado na figura.

5. (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 altofalante.

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.

A fim de se obter uma corrente com o mesmo sentido da apresentada na figura, utilizando os mesmos materiais, outra possibilidade é mover a espira para a a) esquerda e o imã para a direita com polaridade invertida. b) direita e o imã para a esquerda com polaridade invertida. c) esquerda e o imã para a esquerda com mesma polaridade. d) direita e manter o imã em repouso com polaridade invertida. e) esquerda e manter o imã em repouso com mesma polaridade.

4. (Enem) Desenvolve-se um dispositivo para abrir automaticamente uma porta no qual um botão, quando acionado, faz com que uma corrente elétrica i = 6 A percorra uma barra condutora de comprimento L = 5 cm, cujo ponto médio está preso a uma mola de constante elástica k = 5.10-2 N/cm. O sistema molacondutor está imerso em um campo magnético uniforme perpendicular ao plano. Quando acionado o botão, a barra sairá da posição do equilíbrio a uma velocidade média de 5 m/s e atingirá a catraca em 6 milissegundos, abrindo a porta.

84

6. (Enem) A figura mostra o tubo de imagens dos aparelhos de televisão usado para produzir as imagens sobre a tela. Os elétrons do feixe emitido pelo canhão eletrônico são acelerados por uma tensão de milhares de volts e passam por um espaço entre bobinas onde são defletidos por campos magnéticos variáveis, de forma a fazerem a varredura da tela.

[84]

[Física II] Assinale a alternativa que indica corretamente as variantes que possuem corrente elétrica induzida igual àquela produzida no experimento original. a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. 8. (Ufrgs) Na figura abaixo, está representada a trajetória de uma partícula de carga negativa que atravessa três regiões onde existem campos magnéticos uniformes e perpendiculares à trajetória da partícula.

Nos manuais que acompanham os televisores é comum encontrar, entre outras, as seguintes recomendações: I. Nunca abra o gabinete ou toque as peças no interior do televisor II. Não coloque seu televisor próximo de aparelhos domésticos com motores elétricos ou ímãs.

Estas recomendações estão associadas, respectivamente, aos aspectos de a) riscos pessoais por alta tensão / perturbação ou deformação de imagem por campos externos. b) proteção dos circuitos contra manipulação indevida / perturbação ou deformação de imagem por campos externos. c) riscos pessoais por alta tensão / sobrecarga dos circuitos internos por ações externas. d) proteção dos circuitos contra a manipulação indevida / sobrecarga da rede por fuga de corrente. e) proteção dos circuitos contra a manipulação indevida / sobrecarga dos circuitos internos por ação externa.

Nas regiões I e III, as trajetórias são quartos de circunferências e, na região II, a trajetória é uma semicircunferência. A partir da trajetória representada, pode-se afirmar corretamente que os campos magnéticos nas regiões I, II e III, em relação à página, estão, respectivamente, a) entrando, saindo e entrando. b) entrando, saindo e saindo. c) saindo, saindo e entrando. d) entrando, entrando e entrando. e) saindo, entrando e saindo.

7. (Ufrgs) A figura abaixo representa um experimento em que um ímã está sendo aproximado com velocidade V de uma bobina em repouso, ligada em série com um galvanômetro G.

9. (Upf) No estudo da eletricidade e do magnetismo, são utilizadas as linhas de campo. As linhas de campo elétrico ou magnético são linhas imaginárias cuja tangente em qualquer ponto é paralela à direção do vetor campo. Sobre as linhas de campo, assinale a afirmativa correta. a) As linhas de campo magnético e os vetores força magnética são sempre paralelos. b) As linhas de campo elétrico numa região do espaço onde existem cargas elétricas se dirigem de um ponto de menor potencial para um de maior potencial. c) As linhas de campo magnético no interior de um imã se dirigem do polo norte do imã para seu polo sul. d) As linhas de campo elétrico que representam o campo gerado por uma carga elétrica em repouso são fechadas. e) As linhas de força de um campo elétrico uniforme são linhas retas paralelas igualmente espaçadas e todas têm o mesmo sentido.

A seguir, três variantes do mesmo experimento estão representadas nas figuras I, II e III.

[85]

[Física II]

86

10. (Unisc) Leia atentamente as afirmativas a seguir.

I. É a área da Física que estuda a atração e a repulsão de objetos. Um dos primeiros cientistas ocidentais a estudar sobre este fenômeno foi Tales de Mileto, na Grécia. Mas já havia evidências de que os chineses já tinham o conhecimento de materiais que podiam atrair outros. Seu uso inicialmente foi para fins militares para se orientar na guerra.

II. É um ramo da Física responsável pelo estudo do movimento. Este ramo mostra que o espaço e o tempo em velocidades próximas ou iguais à da luz não são conceitos absolutos, mas, sim relativos. Segundo esta teoria, observadores diferentes, um parado e outro em alta velocidade, apresentam percepções diferentes das medidas de espaço e tempo.

III. É uma parte da Física que estuda fenômenos associados às cargas elétricas. Ela está presente em praticamente todos os momentos do nosso dia a dia, quando acendemos uma lâmpada, guardamos alimentos em um refrigerador para conservá-los, ao assistirmos TV, ao nos conectarmos nas redes sociais, etc.

IV. É um ramo da Física que estuda os fenômenos térmicos como calor, temperatura, dilatação, energia térmica, estudos térmicos dos gases, dentre outros.

Estuda de que forma o calor pode ser trocado entre os corpos, bem como as características de cada processo de troca de calor.

As quatro afirmativas são, respectivamente, atribuídas aos seguintes assuntos da Física: a) Magnetismo; Mecânica Quântica; Eletricidade; Termologia. b) Eletricidade; Mecânica Relativística; Magnetismo; Termologia. c) Termologia; Eletricidade; Mecânica Relativística; Magnetismo. d) Termologia; Mecânica Quântica; Eletricidade; Magnetismo. e) Magnetismo; Mecânica Relativística; Eletricidade; Termologia.

Examinando as espiras, o observador percebe que a) existem correntes elétricas induzidas no sentido horário em ambas espiras. b) existem correntes elétricas induzidas no sentido anti-horário em ambas espiras. c) existem correntes elétricas induzidas no sentido horário na espira 1 e anti-horário na espira 2. d) existem correntes elétricas induzidas no sentido anti-horário na espira 1 e horário na espira 2. e) existe apenas corrente elétrica induzida na espira 1, no sentido horário.

11. (Ufrgs) O observador, representado na figura, observa um ímã que se movimenta em sua direção com velocidade constante. No instante representado, o ímã encontra-se entre duas espiras condutoras, 1 e 2, também mostradas na figura.

14. (Pucrs) Para uma espira circular condutora, percorrida por uma corrente elétrica de intensidade i, é registrado um campo magnético de intensidade B no seu centro. Alterando-se a intensidade da corrente elétrica na espira para um novo valor ifinal, observa-se que o módulo do campo magnético, no mesmo ponto, assumirá o valor 5B. Qual é a razão entre as intensidades das correntes elétricas final e inicial (ifinal e Ii)? a) 1/5 b) 1/25 c) 5 d) 10 e) 25

12. (Upf) Um elétron experimenta a ação de uma força magnética quando se encontra numa região do espaço onde há um campo magnético uniforme. Em relação ao comportamento do elétron, é correto afirmar que a) o elétron não pode estar em repouso. b) o elétron se movimenta numa direção paralela à direção do campo magnético. c) pela ação da força magnética, o elétron experimenta uma desaceleração na direção paralela ao campo magnético. d) a força magnética independe da carga do elétron. e) como o campo magnético é uniforme, a força magnética atuante sobre o elétron é constante e independente da sua velocidade.

13. (Unisc) Uma partícula com carga q e massa M move-se ao longo de uma reta com velocidade v constante em uma região onde estão presentes um campo elétrico de 1,0.106 mV/m e um campo de indução magnética de 0,10 T. Sabe-se que ambos os campos e a direção de movimento da partícula são perpendiculares entre si. Determine a velocidade da partícula. a) 1,0.103 m/s. b) 1,0.107 m/s. c) 1,0.104 m/s. d) 1,0.10-7 m/s. e) 1,0.10-3 m/s.

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[Física II] 15. (Ucs) A Costa Rica, em 2015, chegou muito próximo de gerar 100% de sua energia elétrica a partir de fontes de energias renováveis, como hídrica, eólica e geotérmica. A lei da Física que permite a construção de geradores que transformam outras formas de energia em energia elétrica é a lei de Faraday, que pode ser melhor definida pela seguinte declaração: a) toda carga elétrica produz um campo elétrico com direção radial, cujo sentido independe do sinal dessa carga. b) toda corrente elétrica, em um fio condutor, produz um campo magnético com direção radial ao fio. c) uma carga elétrica, em repouso, imersa em um campo magnético sofre uma força centrípeta. d) a força eletromotriz induzida em uma espira é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético em relação ao tempo gasto para realizar essa variação. e) toda onda eletromagnética se torna onda mecânica quando passa de um meio mais denso para um menos denso.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Em dado instante, a chave C é fechada, e uma corrente elétrica circula pelo fio. O fio sofre uma força vertical, __________, e o registro na balança __________. a) para baixo – não se altera. b) para baixo – aumenta. c) para baixo – diminui. d) para cima – aumenta. e) para cima – diminui.

18. (Upf) Considere uma região do espaço onde existe um campo magnético uniforme cujas linhas de indução são verticais, com sentido para cima. Suponha que uma partícula carregada negativamente se movimente horizontalmente da direita para a esquerda, com velocidade constante, e penetre na região do campo.

Sobre o comportamento da partícula, analise as afirmações que seguem.

I. O campo magnético interage com a partícula, diminuindo o módulo da velocidade.

II. O campo magnético interage com a partícula, mas não influencia no módulo da sua velocidade.

III. O campo magnético interage com a partícula e modifica a direção original do deslocamento dessa partícula.

IV. O módulo da força magnética sobre a partícula é zero.

Está correto apenas o que se afirma em: a) I e II. b) II e III. c) III e IV. d) I e III. e) II e IV.

16. (Imed) Para a indução de corrente elétrica em um solenoide, é utilizado um ímã em barra. Para tanto, são testadas as seguintes possibilidades: I. Movimenta-se o ímã com velocidade constante, mantendo o solenoide próximo e parado.

II. Gira-se o ímã com velocidade angular constante, mantendo o solenoide próximo e parado.

III. Movimenta-se o solenoide com velocidade constante, mantendo o ímã próximo e parado.

IV. Movimenta-se ambos com velocidades iguais em módulo, direção e sentido.

Dessas possibilidades, quais podem gerar corrente elétrica no solenoide? a) Apenas I e II. b) Apenas II e IV. c) Apenas III e IV. d) Apenas I, II e III. e) Apenas I, III e IV.

19. (Ufrgs) Dois campos, um elétrico e outro magnético, antiparalelos coexistem em certa região do espaço. Uma partícula eletricamente carregada é liberada, a partir do repouso, em um ponto qualquer dessa região.

Assinale a alternativa que indica a trajetória que a partícula descreve. a) Circunferencial b) Elipsoidal c) Helicoidal d) Parabólica e) Retilínea

17. (Ufrgs) No esquema da figura abaixo, o fio F, horizontalmente suspenso e fixo nos pontos de suporte P, passa entre os polos de um ímã, em que o campo magnético é suposto horizontal e uniforme. O ímã, por sua vez, repousa sobre uma balança B, que registra seu peso.

20. (Imed) A lei da indução de Faraday é fundamental, por exemplo, para explicarmos o funcionamento de um dispositivo usado em usinas de energia elétrica: o dínamo. Trata-se de um equipamento eletromecânico que transforma energia mecânica nas usinas de energia em energia elétrica. Em relação a esse dispositivo, assinale a alternativa INCORRETA.

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[Física II] a) Segundo a lei de Faraday, a quantidade de energia elétrica produzida por um dínamo pode ser superior à quantidade de energia mecânica que ele consome. b) A lei de Faraday é importante para explicar o funcionamento dos transformadores de tensão que usamos em nossas residências. c) É impossível construir um dínamo cujo único efeito seja produzir 200 J de energia elétrica consumindo somente 100 J de energia mecânica. d) A lei de Faraday relaciona o fluxo de um campo magnético, variando ao longo do tempo, a uma força eletromotriz induzida por essa variação. e) O dínamo é percorrido por uma corrente elétrica induzida quando rotaciona na presença de um campo magnético externo.

Está correto apenas o que se afirma em: a) III. b) I e II. c) II. d) II e IV. e) II, III e IV. 23. (Upf) Considere uma partícula com carga positiva q, a qual se move em linha reta com velocidade constante v . Em um determinado instante, esta partícula penetra numa região do espaço onde existe um campo magnético uniforme B, cuja orientação é perpendicular à trajetória da partícula. Como resultado da interação da carga com o campo magnético, a partícula sofre a ação de uma força magnética Fm , cuja direção é sempre perpendicular à direção do campo e ao vetor velocidade instantânea da carga.

Assim, a partícula passa a descrever um movimento circular uniforme num plano perpendicular ao B. Supondo que o módulo da velocidade da partícula seja v = 9.103 m/s; que o módulo do campo magnético seja B = 2.10-3 T; e que o raio da circunferência descrita pela partícula seja R = 3 cm, é correto afirmar que, nessas condições, a relação carga/massa (q/m) da partícula é de: a) 3,0.108 C.Kg-1 b) 3,0.107 C.Kg-1 8 -1 c) 1,5.10 C.Kg d) 1,5.107 C.Kg-1 6 -1 e) 4,5.10 C.Kg

21. (Ufrgs) Partículas α, β e γ são emitidas por uma fonte radioativa e penetram em uma região do espaço onde existe um campo magnético uniforme. As trajetórias são coplanares com o plano desta página e estão representadas na figura se segue.

24. (Ucs) Dentro do tubo de imagem de um televisor, a corrente elétrica, numa bobina, aplica sobre um elétron passante um campo magnético de 5.10-4 T, de direção perpendicular à direção da velocidade do elétron, o qual recebe uma força magnética de 1.10-14 N. Qual o módulo da velocidade desse elétron?

(Considere o módulo da carga do elétron como 1,6.1019 C). a) 3,34.103 m/s b) 1,60.105 m/s 6 c) 7,60.10 m/s d) 4,33.107 m/s 8 e) 1,25.10 m/s

Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do enunciado abaixo.

A julgar pelas trajetórias representadas na figura acima, o campo magnético ________ plano da figura. a) aponta no sentido positivo do eixo X, no b) aponta no sentido negativo do eixo X, no c) aponta no sentido positivo do eixo Y, no d) entra perpendicularmente no e) sai perpendicularmente do

25. (Pucrs) O músculo cardíaco sofre contrações periódicas, as quais geram pequenas diferenças de potencial, ou tensões elétricas, entre determinados pontos do corpo.

A medida dessas tensões fornece importantes informações sobre o funcionamento do coração. Uma forma de realizar essas medidas é através de um instrumento denominado eletrocardiógrafo de fio.

Esse instrumento é constituído de um ímã que produz um campo magnético intenso por onde passa um fio delgado e flexível. Durante o exame, eletrodos são posicionados em pontos específicos do corpo e conectados ao fio. Quando o músculo cardíaco se contrai, uma tensão surge entre esses eletrodos e uma corrente elétrica percorre o fio. Utilizando um modelo simplificado, o posicionamento do fio retilíneo no campo magnético uniforme do ímã do eletrocardiógrafo pode ser representado como indica a figura a seguir, perpendicularmente ao plano da página, e com o sentido da corrente saindo do plano da página.

22. (Upf) Sobre conceitos de eletricidade e magnetismo, são feitas as seguintes afirmações: I. Se uma partícula com carga não nula se move num campo magnético uniforme perpendicularmente à direção do campo, então a força magnética sobre ela é nula.

II. Somente imãs permanentes podem produzir, num dado ponto do espaço, campos magnéticos de módulo e direção constantes.

III. Quando dois fios condutores retilíneos longos são colocados em paralelo e percorridos por correntes elétricas contínuas de mesmo módulo e sentido, observa-se que os fios se atraem.

IV. Uma carga elétrica em movimento pode gerar campo magnético, mas não campo elétrico.

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[Física II]

Com base nessas informações, pode-se dizer que, quando o músculo cardíaco se contrai, o fio sofre uma deflexão a) lateral e diretamente proporcional à corrente que o percorreu. b) lateral e inversamente proporcional à intensidade do campo magnético em que está colocado. c) vertical e inversamente proporcional à tensão entre os eletrodos. d) lateral e diretamente proporcional à resistência elétrica do fio. e) vertical e diretamente proporcional ao comprimento do fio.

GABARITO UNIDADE 5 1. A 8. A 15. D 22. A

2. B 9. E 16. D 23. C

3. A 10. E 17. D 24. E

4. A 11. C 18. B 25. A

5. C 12. A 19. E

6. A 13. C 20. A

7. D 14. C 21. D

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REFERÊNCIAS CALÇADA, C. S. E SAMPAIO, J. L., Física Clássica. Atual editora (2012) HALLYDAY, RESNICK E WALKER, Fundamentos da Física. Livros técnicos e científicos editora, 5ª edição (2002).

JÚNIOR, F.R., FERRARO, N. G. E SOARES, P. A.T.. Os fundamentos da Física. Editora Moderna (2009). http://www.sofisica.com.br http://fisicaevestibular.com.br

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