(6) fsc b by Amparo Seixas

Inclusão para a Vida

UNIDADE 1 TERMOMETRIA Temperatura É a grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico. Calor É o nome que a energia térmica recebe quando passa de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura, ou seja, energia térmica em trânsito. Equilíbrio Térmico Dois ou mais corpos estão em equilíbrio térmicos quando possuem a mesma temperatura. Escalas Termométricas Escala Fahrenheit Escala Kelvin Escala Celsius Lembre-se: Ponto de Gelo – temperatura em que a água “congela” (pressão normal) Ponto de Vapor – temperatura em que a água “vaporiza” (pressão normal)

Física B b) a quantidade de calor de uma substância equivale à sua temperatura. c) em uma porta de madeira, a maçaneta metálica está sempre mais fria que a porta. d) a escala Kelvin é conhecida como absoluta porque só admite valores positivos. e) o estado físico de uma substância depende exclusivamente da temperatura em que ela se encontra.

2. Um termômetro é encerrado dentro de um bulbo de vidro onde se faz vácuo. Suponha que o vácuo seja perfeito e que o termômetro esteja marcando a temperatura ambiente, 25°C. Depois de algum tempo, a temperatura ambiente se eleva a 30°C. Observa-se, então, que a marcação do termômetro: a) eleva-se também, e tende a atingir o equilíbrio térmico com o ambiente. b) mantém-se a 25°C, qualquer que seja a temperatura ambiente. c) tende a reduzir-se continuamente, independente da temperatura ambiente. d) vai se elevar, mas nunca atinge o equilíbrio térmico com o ambiente. e) tende a atingir o valor mínimo da escala do termômetro.

Tarefa Mínima  3. Os termômetros são instrumentos utilizados para

Obs.: A escala Kelvin é também conhecida por escala absoluta ou escala termodinâmica, tem origem no zero absoluto e não existe temperatura inferior a esta.

efetuarmos medidas de temperaturas. Os mais comuns se baseiam na variação de volume sofrida por um líquido considerado ideal, contido num tubo de vidro cuja dilatação é desprezada. Num termômetro em que se utiliza mercúrio, vemos que a coluna desse líquido "sobe" cerca de 2,7 cm para um aquecimento de 3,6°C. Se a escala termométrica fosse a Fahrenheit, para um aquecimento de 3,6°F, a coluna de mercúrio "subiria":

Conversão entre Escalas

a) 11,8 cm b) 3,6 cm c) 2,7 cm d) 1,8 cm e) 1,5 cm

4. O gráfico a seguir relaciona as escalas termométricas Celsius e Fahrenheit.

tc tf  32 tk  273   5 9 5 Variação de Temperatura (ΔT) ΔTC = ΔTK

Um termômetro graduado na escala Celsius indica uma temperatura de 20°C. A Correspondente indicação de um termômetro graduado na escala Fahrenheit é:

9. ΔTC = 5. ΔTF

a) 22°F b) 50°F

Exercícios de Sala 

5. Com relação aos conceitos de calor, temperatura e

1. Em relação à termometria, é certo dizer que: a) - 273 K representa a menor temperatura possível de ser atingida por qualquer substância. Pró Universidade

c) 68°F d) 80°F

e) 222°F

energia interna, assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01. Associa-se a existência de calor a qualquer corpo, pois todo corpo possui calor. 02. Para se admitir a existência de calor são necessários, pelo menos, dois sistemas. 04. Calor é a energia contida em um corpo. 1

08. Quando as extremidades de uma barra metálica estão a temperaturas diferentes, a extremidade submetida à temperatura maior contém mais calor do que a outra. 16. Duas esferas de mesmo material e de massas diferentes, após ficarem durante muito tempo em um forno a 160 oC, são retiradas deste e imediatamente colocadas em contato. Logo em seguida, pode-se afirmar, o calor contido na esfera de maior massa passa para a de menor massa. 32. Se colocarmos um termômetro, em um dia em que a temperatura está a 25 oC, em água a uma temperatura mais elevada, a energia interna do termômetro aumentará.

UNIDADE 2 DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS Dilatação Linear É aquela em que predomina a variação em uma única dimensão, ou seja, o comprimento. Para estudarmos a dilatação linear, consideremos uma barra de comprimento inicial Li, à temperatura inicial ti. Aumentando a temperatura da barra tf, seu comprimento passa a Lf.

6. Em um determinado dia, a temperatura mínima em Belo Horizonte foi de 15 °C e a máxima de 27 °C. A diferença entre essas temperaturas, na escala kelvin, é de: a) 12. b) 21. c) 263. d) 285.

7. Um cientista criou uma escala termométrica D que adota como pontos fixos o ponto de ebulição do álcool (78 °C) e o ponto de ebulição do éter (34 °C). O gráfico a seguir relaciona esta escala D com a escala Celsius.

Em que L = Lf - Li é a variação de comprimento, isto é, a dilatação linear da barra, na variação de temperatura t = tf - ti. L = Li  t Dilatação Superficial É aquela em que predomina a variação em duas dimensões, ou seja, a área. Consideremos uma placa de área inicial Ai, à temperatura inicial ti. Aumentando a temperatura da placa para tf, sua área passa para Af.

A temperatura de ebulição da água vale, em °D: a) 44 b) 86 c) 112 d) 120 e) 160

Em que: A = Af - Ai t = tf - ti

8. Uma escala termométrica arbitrária X atribui o valor 20°X para a temperatura de fusão do gelo e 120°X para a temperatura de ebulição da água, sob pressão normal. A temperatura em que a escala X dá a mesma indicação que a Celsius é: a) 80 b) 70 c) 50 d) 30 e) 10

A = Ai t

9. Um menino inglês mediu sua temperatura com um

 = 2

termômetro graduado na escala Fahrenheit e encontrou 96,8°F. Esse menino está: a) com temperatura de 38°C. b) com temperatura de 34,6°C. c) com febre alta, mais de 29°C. d) com temperatura menor que 36°C. e) com a temperatura normal de 36°C.

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

10. Analise as seguintes afirmações sobre conceitos de termologia: I) Calor é uma forma de energia. II) Calor é o mesmo que temperatura. III) A grandeza que permite informar se dois corpos estão em equilíbrio térmico é a temperatura. Está(ão) correta(s) apenas: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. 2

O coeficiente de dilatação superficial para cada substância é igual ao dobro do coeficiente de dilatação linear, isto é:

V = Vf - Vi t = tf - ti

V = Vi.  . t Em que Vi = volume inicial. Vf = volume final. V = variação de volume (dilatação volumétrica).

Inclusão para a Vida Em que  é o coeficiente de dilatação volumétrica do material que constitui o corpo. O coeficiente de dilatação volumétrica  é aproximadamente igual ao triplo do coeficiente de dilatação linear , isto é:  = 3 Dilatação dos Líquidos Como os líquidos não apresentam forma própria, só tem significado o estudo de sua dilatação volumétrica. Ao estudar a dilatação dos líquidos precisa-se levar em conta a dilatação do recipiente sólido que o contém. De maneira geral, os líquidos dilatam-se sempre mais que os sólidos ao serem igualmente aquecidos. No aquecimento de um líquido contido num recipiente, o líquido irá, ao dilatar-se juntamente com o recipiente, ocupar parte da dilatação sofrida pelo recipiente, além de mostrar uma dilatação própria, chamada dilatação aparente. A dilatação aparente é aquela diretamente observada e a dilatação real é aquela que o líquido sofre realmente. Consideremos um recipiente totalmente cheio de um líquido à temperatura inicial ti. Aumentando a temperatura do conjunto (recipiente + líquido) até uma temperatura tf, nota-se um extravasamento do líquido, pois este se dilata mais que o recipiente. A dilatação aparente do líquido é igual ao volume que foi extravasado. A dilatação real do líquido é dada pela soma da dilatação aparente do líquido e da dilatação volumétrica sofrida pelo recipiente.

Física B 2. Uma bobina contendo 2000 m de fio de cobre medido num dia em que a temperatura era de 35 °C, foi utilizada e o fio medido de novo a 10 °C. Esta nova medição indicou: a) 1,0 m a menos b) 1,0 m a mais c) 2000 m d) 20 m a menos e) 20 mm a mais

Tarefa Mínima  3. Uma barra de metal tem comprimento igual a 10,000 m a uma temperatura de 10,0 °C e comprimento igual a 10,006 m a uma temperatura de 40 °C. O coeficiente de dilatação linear do metal é: a) 1,5 × 10-4 °C-1 b) 6,0 × 10-4 °C-1 c) 2,0 × 10-5 °C-1 d) 2,0 × 10-6 °C-1 e) 3,0 × 10-6 °C-1

4. A figura a seguir representa uma lâmina bimetálica. O coeficiente de dilatação linear do metal A é a metade do coeficiente de dilatação linear do metal B. À temperatura ambiente, a lâmina está na vertical. Se a temperatura for aumentada em 200 °C, a lâmina:

a) continuará na vertical. b) curvará para a frente. c) curvará para trás. d) curvará para a direita. e) curvará para a esquerda.

5. O gráfico a seguir representa a variação, em

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

milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1 000 m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6/°C?

real = ap + recip.

Exercícios de Sala



1. Você é convidado a projetar uma ponte metálica, cujo comprimento será de 2,0 km. Considerando os efeitos de contração e expansão térmica para temperaturas no intervalo de - 40 °F a 110 °F e que o coeficiente de dilatação linear do metal é de 12 × 10-6 °C-1, qual a máxima variação esperada no comprimento da ponte? (O coeficiente de dilatação linear é constante no intervalo de temperatura considerado). a) 9,3 m b) 2,0 m c) 3,0 m d) 0,93 m e) 6,5 m Pró Universidade

6. Ao se aquecer de 1 °C uma haste metálica de 1 m, o seu comprimento aumenta de 2.10-2 mm. O aumento do comprimento de outra haste do mesmo metal, de medida inicial 80 cm, quando a aquecemos de 20 °C, é: a) 0,23 mm. b) 0,32 mm. d) 0,65 mm. c) 0,56 mm. e) 0,76 mm. 3

7. Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular no qual foi colocado um pino, também de alumínio, com grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500 °C, simultaneamente. Podemos afirmar que: a) a folga irá aumentar, pois o pino ao ser aquecido irá contrair-se. b) a folga diminuirá, pois ao aquecermos a chapa a área do orifício diminui. c) a folga diminuirá, pois o pino se dilata muito mais que o orifício. d) a folga irá aumentar, pois o diâmetro do orifício aumenta mais que o diâmetro do pino. e) a folga diminuirá, pois o pino se dilata, e a área do orifício não se altera.

8. O coeficiente de dilatação térmica do alumínio (AØ) é, aproximadamente, duas vezes o coeficiente de dilatação térmica do ferro (Fe). A figura mostra duas peças onde um anel feito de um desses metais envolve um disco feito do outro. À temperatura ambiente, os discos estão presos aos anéis.

Se as duas peças forem aquecidas uniformemente, é correto afirmar que: a) apenas o disco de AØ se soltará do anel de Fe. b) apenas o disco de Fe se soltará do anel de AØ. c) os dois discos se soltarão dos respectivos anéis. d) os discos não se soltarão dos anéis.

9. A figura a seguir ilustra um arame rígido de aço, cujas extremidades estão distanciadas de "L".

11. Assinale a(s) proposição(ões) correta(s) em relação a alguns fenômenos que envolvem os conceitos de temperatura, calor, mudança de estado e dilatação térmica. 01. A temperatura de um corpo é uma grandeza física relacionada à densidade do corpo. 02. Uma substância pura, ao receber, calor ficará submetida a variações de temperatura durante a fusão e a ebulição. 04. A dilatação térmica é um fenômeno específico dos líquidos, não ocorrendo com os sólidos. 08. Calor é uma forma de energia. 16. O calor se propaga no vácuo.

12. Em uma chapa metálica é feito um orifício circular do mesmo tamanho de uma moeda. O conjunto (chapa com a moeda no orifício), inicialmente a 25 °C, é levado a um forno e aquecido até 225 °C. Após o aquecimento, verifica-se que o orifício na chapa ficou maior do que a moeda. Dentre as afirmativas a seguir, indique a que está correta. a) O coeficiente de dilatação da moeda é maior do que o da chapa metálica. b) O coeficiente de dilatação da moeda é menor do que o da chapa metálica. c) O coeficiente de dilatação da moeda é igual ao da chapa metálica, mas o orifício se dilatou mais porque a chapa é maior que a moeda. d) O coeficiente de dilatação da moeda é igual ao da chapa metálica, mas o orifício se dilatou mais porque o seu interior é vazio. e) Nada se pode afirmar sobre os coeficientes de dilatação da moeda e da chapa, pois não é dado o tamanho inicial da chapa.

13. A respeito da dilatação térmica, fenômeno de

Alterando-se sua temperatura, de 293K para 100°C, pode-se afirmar que a distância "L": a) diminui, pois o arame aumenta de comprimento, fazendo com que suas extremidades fiquem mais próximas. b) diminui, pois o arame contrai com a diminuição da temperatura. c) aumenta, pois o arame diminui de comprimento, fazendo com que suas extremidades fiquem mais afastadas. d) não varia, pois a dilatação linear do arame é compensada pelo aumento do raio "R". e) aumenta, pois a área do círculo de raio "R" aumenta com a temperatura.

10. O volume de um bloco metálico sofre um aumento de 0,6% quando sua temperatura varia de 200 °C. O coeficiente de dilatação linear médio desse metal, em °C-1, vale: a) 1,0.10-5 b) 3,0.10-5 c) 1,0.10-4 4

d) 3,0.10-4 e) 3,0.10-3

expansão e contração que ocorre nas substâncias quando há variação de sua temperatura, assinale o que for correto. 01. A variação do volume de uma substância é proporcional ao produto entre seu volume inicial e a variação de temperatura. 02. O coeficiente de dilatação é uma grandeza adimensional. 04. Em corpos que têm apenas uma dimensão, ocorre dilatação linear. 08. Se uma placa que contém um orifício sofrer um aumento em sua temperatura, as dimensões do orifício aumentarão.

14. Duas substâncias A e B têm seus gráficos de densidade × temperatura representados a seguir. As substâncias são colocadas a 4°C em garrafas de vidro distintas, ocupando todo o volume das garrafas. Considere o coeficiente de dilatação do vidro das garrafas muito menor que o das substâncias A e B. As garrafas são, então, fechadas e colocadas em um refrigerador a 0°C. Após um longo período de tempo, pode-se dizer que:

Inclusão para a Vida

Física B A seguir, são fornecidos os calores específicos de algumas substâncias: TABELA - Calores específicos de algumas substâncias

a) a garrafa de A se quebra e a de B não. b) a garrafa de B se quebra e a de A não. c) as garrafas de A e B se quebram. d) as garrafas de A e B não se quebram. e) os dados fornecidos não são suficientes para se chegar a uma conclusão.

SUBSTÂNCIA

CALOR ESPECÍFICO (cal/g.°C)

SÓLIDOS Alumínio

0,215

Cobre

0,092

Ouro

0,031

CALORIMETRIA

Aço

0,107

UNIDADES DE CALOR O calor é uma forma de energia que passa de um corpo para outro como consequência da diferença de temperatura entre os corpos. Sendo energia, sua unidade no Sistema Internacional é o joule (J). No entanto, por razões históricas, ainda hoje usamos uma unidade introduzida na época em que não se sabia a natureza do calor. Essa unidade é a caloria, cujo símbolo é cal. A relação entre a caloria e o joule é:

Prata

0,056

Gelo

0,5

UNIDADE 3

1 cal = 4,186 joules CAPACIDADE TÉRMICA Suponhamos que uma quantidade de calor Q seja fornecida a um corpo. Supondo que não haja mudança de estado, esse calor provocará no corpo uma variação de temperatura Δt que é proporcional a Q, isto é, podemos escrever Q = C (Δt) onde C é uma constante chamada de capacidade térmica do corpo. Q C= __________ Δt CALOR ESPECÍFICO Quando um corpo é feito de uma única substância, sua capacidade térmica (C) é proporcional à sua massa (m), isto é, podemos escrever: C = m . c (II) onde c é uma constante que depende da substância e é chamada de calor específico da substância. CALOR SENSÍVEL O calor sensível é responsável pela variação da temperatura de um corpo. Q = m . c (Δt)

(c)

LÍQUIDOS Água

1,0

Álcool etílico

0,58

Mercúrio

0,033

TROCAS DE CALOR Dizemos que um conjunto de corpos está termicamente isolado quando ele não ganha nem perde calor para o meio externo. Um modo de fazer isso é colocar o conjunto em um recipiente de paredes isolantes, isto é, que não deixam passar o calor. Um recipiente como esse é chamado de calorímetro. Suponhamos que coloquemos dentro de um calorímetro dois corpos que inicialmente tenham temperaturas diferentes. Durante algum tempo haverá passagem de calor do corpo mais quente para o corpo mais frio. Essa passagem de calor para no momento em que é atingido o equilíbrio térmico, isto é, quando os corpos ficam com a mesma temperatura. Qrec + Qced = 0 MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO TIPOS DE MUDANÇAS Quando uma substância passa do estado sólido para o estado líquido, essa transformação chama-se fusão. A transformação inversa (de líquido para sólido) chama solidificação. A passagem do estado líquido para o gasoso chama-se vaporização; a transformação inversa é chamada condensação.

(III)

Dessa equação, tiramos: Q c= -------m . Δt Pró Universidade

CALOR DE TRANSFORMAÇÃO Quando uma substância muda de estado de agregação, absorve (ou cede) uma quantidade de calor que é proporcional à massa (m). Assim, podemos escrever: Q=mL onde L é uma constante chamada calor de transformação. Quando se trata da fusão (ou solidificação), a constante L é chamada de calor de fusão; quando se trata da ebulição (ou liquefação), a constante L chama-se calor de vaporização. A constante L é também chamada de calor latente (daí o símbolo L). Da equação Q = m . L tiramos:

Na tabela a seguir fornecemos os valores de L para algumas substâncias. TABELA 2 - Calores latentes de algumas substâncias Substância

Calor fusão (cal/g)

de Calor vaporização (cal/g)

Água

540

Álcool etílico

204

Ouro

557

Prata

558

Cobre

1.210

CURVA DE AQUECIMENTO Podemos fazer um gráfico da temperatura em função da quantidade de calor fornecido

Exercícios de Sala



1. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g.°C Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 gramas de água que diminuem a sua temperatura de 1 °C, sofre um acréscimo de temperatura de 10 °C. O calor específico do bloco, em cal/g.°C, é: a) 0,2 b) 0,1 c) 0,15 d) 0,05 e) 0,01

2. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g°C Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do combustível. O calor de combustão do gás de cozinha é 6000 kcal/kg. Aproximadamente quantos litros de água à temperatura 6

de 20 °C podem ser aquecidos até a temperatura de 100 °C com um bujão de gás de 13 kg? Despreze perdas de calor: a) 1 litro b) 10 litros c) 100 litros d) 1000 litros e) 6000 litros

Tarefa Mínima



3. Um frasco contém 20 g de água a 0 °C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80 °C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio desta mistura será a) 60 °C b) 16 °C c) 40 °C d) 32 °C e) 10 °C

4. A temperatura de dois corpos M e N, de massas iguais a 100 g cada, varia com o calor recebido como indica o gráfico a seguir. Colocando N a 10 °C em contato com M a 80 °C e admitindo que a troca de calor ocorra somente entre eles, a temperatura final de equilíbrio, em °C, será

a) 60

b) 50

c) 40

d) 30

e) 20

5. Uma fonte térmica, de potência constante e igual a 20 cal/s, fornece calor a um corpo sólido de massa 100 g. A variação de temperatura Ɵ do corpo em função do tempo t é dada pelo gráfico a seguir.

O calor específico da substância que constitui o corpo, no estado líquido, em cal/g°C, vale a) 0,05 b) 0,10 c) 0,20 d) 0,30 e) 0,40

6. Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio ambiente, pode-se dizer que: a) o corpo maior é o mais quente. b) o corpo menor é o mais quente. c) não há troca de calor entre os corpos. d) o corpo maior cede calor para o corpo menor. e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.

7. Um certo volume de um líquido A, de massa M e que está inicialmente a 20 °C, é despejado no interior de uma garrafa térmica que contém uma massa 2M de um outro líquido, B, na temperatura de 80 °C. Se a temperatura final da mistura líquida resultante for de 40 °C, podemos

Inclusão para a Vida afirmar que a razão CA/CB entre os calores específicos das substâncias A e B vale: a) 6 b) 4 c) 3 d) ½ e) 1/3

8. O gráfico a seguir representa o calor absorvido por dois corpos sólidos M e N em função da temperatura.

A capacidade térmica do corpo M, em relação à do corpo N, vale a) 1,4 b) 5,0 d) 6,0 c) 5,5 e) 7,0

9. A figura a seguir representa a temperatura de um líquido não-volátil em função da quantidade de calor por ele absorvida. Sendo a massa do líquido 100 g e seu calor específico 0,6 cal/g°C, qual o valor em °C da temperatura To?

Física B 12. Assinale a(s) proposição(ões) correta(s) em relação a alguns fenômenos que envolvem os conceitos de temperatura, calor, mudança de estado e dilatação térmica. 01. A temperatura de um corpo é uma grandeza física relacionada à densidade do corpo. 02. Uma substância pura ao receber calor ficará submetida a variações de temperatura durante a fusão e a ebulição. 04. A dilatação térmica é um fenômeno específico dos líquidos, não ocorrendo com os sólidos. 08. Calor é uma forma de energia. 16. O calor se propaga no vácuo.

13. Determine a quantidade de calor necessária para transformar 100 g de gelo, inicialmente a 0 °C, em 100 g de água a 30 °C. Sabe-se que o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico da água é 1 cal/g°C. a) 6000 cal. b) 3000 cal. c) 11000 cal. d) 8000 cal. e) 10000 cal.

14. Um aquecedor elétrico é mergulhado em um

11. O gráfico a seguir representa a quantidade de calor absorvida por dois objetos A e B ao serem aquecidos, em função de suas temperaturas.

recipiente com água a 10 °C e, cinco minutos depois, a água começa a ferver a 100 °C. Se o aquecedor não for desligado, toda a água irá evaporar e o aquecedor será danificado. Considerando o momento em que a água começa a ferver, a evaporação de toda a água ocorrerá em um intervalo de aproximadamente: * Calor específico da água = 1,0 cal/(g°C) * Calor de vaporização da água = 540 cal/g * Desconsidere perdas de calor para o recipiente, para o ambiente e para o próprio aquecedor. a) 5 minutos. b) 10 minutos. c) 12 minutos. d) 15 minutos. e) 30 minutos.

UNIDADE 4 TRANSMISSÃO DE CALOR

Observe o gráfico e assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01. A capacidade térmica do objeto A é maior que a do objeto B. 02. A partir do gráfico é possível determinar as capacidades térmicas dos objetos A e B. 04. Pode-se afirmar que o calor específico do objeto A é maior que o do objeto B. 08. A variação de temperatura do objeto B, por caloria absorvida, é maior que a variação de temperatura do objeto A, por caloria absorvida. 16. Se a massa do objeto A for de 200 g, seu calor específico será 0,2 cal/g°C. Pró Universidade

CONDUÇÃO DE CALOR A condução é um processo pelo qual o calor se transmite ao longo de um meio material por meio da transmissão de vibração de suas moléculas. As moléculas mais energéticas (de maior temperatura) transmitem energia para as menos energéticas (menor temperatura). Existem materiais que conduzem o calor rapidamente, por exemplo, os metais. Tais materiais são chamados de bons condutores. Podemos perceber isso fazendo um experimento como o ilustrado na Fig.1.

Segurando uma barra de metal que tem uma extremidade sobre uma chama, rapidamente o calor é transmitido para nossa mão. Por outro lado, há materiais nos quais o calor se propaga muito lentamente. Tais materiais são chamados de isolantes. Como exemplos, podemos citar a borracha, a lã, o isopor e o amianto. O fato de a lã ser um bom isolante explica por que no inverno usamos agasalhos de lã: ela dificulta a perda do calor de nosso corpo para o meio externo. FLUXO DE CALOR Suponhamos que em um intervalo de tempo passe uma quantidade de calor Q por uma superfície S (Fig.2).

Fig. 2

O fluxo de calor por:

através da superfície S é definido

intensidade aumenta com a temperatura. Essas ondas se propagam no vácuo e é dessa maneira que a luz e o calor são transmitidos do Sol até a Terra.

Fig.7 Entre as ondas eletromagnéticas, a principal responsável pela transmissão do calor é a onda de infravermelho. Quando chegamos perto de uma fogueira, uma lâmpada incandescente ou um aquecedor elétrico, sentimos o calor emitido por eles. Uma parcela desse calor pode nos atingir por condução através do ar, porém essa parcela é pequena, pois o ar é mau condutor de calor. A maior parte do calor que recebemos dessas fontes vem por irradiação de ondas eletromagnéticas.

Exercícios de Sala



1. Indique a alternativa que associa corretamente o tipo

A experiência mostra que o fluxo de calor através da barra é dado por: onde k é uma constante cujo valor depende do material e é chamada condutividade térmica do material. CONVECÇÃO A convecção de calor é a transmissão de calor por meio do transporte de matéria. Ela ocorre no interior de fluidos (líquidos e gases) como consequência da diferença de densidades entre diferentes partes do fluido. Por exemplo, consideremos o caso ilustrado na Fig. 1 em que um recipiente contendo água é colocado sobre uma chama. Pelo aquecimento, a parte inferior da água se dilata e fica com densidade menor do que a parte superior. Com isso, ocorre uma corrente ascendente e outra descendente. Essas correntes são chamadas correntes de convecção.

predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte sequência: - Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa. - Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol. - Vento que sopra da terra para o mar durante a noite. a) convecção - condução - radiação. b) convecção - radiação - condução. c) condução - convecção - radiação. d) condução - radiação - convecção. e) radiação - condução - convecção.

2. Sabe-se que o calor específico da água é maior que o calor específico da terra e de seus constituintes (rocha, areia, etc.). Em face disso, pode-se afirmar que, nas regiões limítrofes entre a terra e o mar: a) durante o dia, há vento soprando do mar para a terra e, à noite, o vento sopra no sentido oposto. b) o vento sempre sopra sentido terra-mar. c) durante o dia, o vento sopra da terra para o mar e à noite o vento sopra do mar para a terra. d) o vento sempre sopra do mar para a terra. e) não há vento algum entre a terra e o mar.

Tarefa Mínima 3. Uma estufa para flores, construída em alvenaria, com

Fig. 1 IRRADIAÇÃO No estudo da eletricidade apresentaremos o conceito de onda eletromagnética. Por enquanto vamos adiantar que todos os corpos emitem ondas eletromagnéticas cuja 8

cobertura de vidro, mantém a temperatura interior bem mais elevada do que a exterior. Das seguintes afirmações: I. O calor entra por condução e sai muito pouco por convecção II. O calor entra por radiação e sai muito pouco por convecção III. O calor entra por radiação e sai muito pouco por condução IV. O calor entra por condução e convecção e só pode sair por radiação A(s) alternativa(s) que pode(m) justificar a elevada temperatura do interior da estufa é (são):

Inclusão para a Vida a) I, III

b) I, II

c) IV

d) II, III

Física B e) II

4. Calor é uma forma de energia que é transferida entre dois sistemas quando entre eles existe uma diferença de temperatura, e a transferência pode ocorrer por condução, convecção ou radiação. A respeito deste assunto, assinale o que for correto. 01. Na condução, a transferência de calor ocorre de partícula a partícula, dentro de um corpo ou entre dois corpos em contato. 02. A transferência de calor em um meio fluido ocorre por convecção. 04. Na radiação, a transferência de calor entre dois sistemas ocorre através de ondas eletromagnéticas. 08. O fluxo de calor através de um corpo é inversamente proporcional à sua espessura.

5. Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas não a queima ao tocar no bolo. Considerando-se essa situação, é correto afirmar que isso ocorre porque: a) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do bolo. b) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão. c) o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois de os dois serem retirados do forno. d) o tabuleiro retém mais calor que o bolo.

considere as seguintes afirmativas: 1. A condução e a convecção são processos que dependem das propriedades do meio material no qual ocorrem. 2. A convecção é um processo de transmissão de calor que ocorre somente em metais. 3. O processo de radiação está relacionado com a propagação de ondas eletromagnéticas. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira. d) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.

8. Um resistor R é colocado dentro de um recipiente de parede metálica, no qual é feito vácuo e que possui um termômetro incrustado em sua parede externa. Para ligar o resistor a uma fonte externa ao recipiente foi utilizado um fio, com isolamento térmico que impede transferência de calor para as paredes do recipiente. Essa situação encontra-se ilustrada na figura a seguir.

6. O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar.

Ligando o resistor, nota-se que a temperatura indicada pelo termômetro aumenta, mostrando que há transferência de calor entre o resistor e o termômetro. Pode-se afirmar que os processos responsáveis por essa transferência de calor, na ordem correta, são: a) primeiro convecção e depois radiação. b) primeiro convecção e depois condução. c) primeiro radiação e depois convecção. d) primeiro radiação e depois condução. e) primeiro condução e depois convecção.

9. Calor é energia em trânsito, devido a uma diferença de A. Hinrichs e M. Kleinbach. "Energia e meio ambiente". São Paulo: Thompson, 3 ed., 2004, p. 529 (com adaptações).

Nesse sistema de aquecimento: a) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. b) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento. c) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. d) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa.

7. Com relação aos processos de transferência de calor, Pró Universidade

temperatura. No momento em que não existe mais esta diferença de temperatura, o calor deixa de existir. O calor não pode ser armazenado ou contido por um corpo. Em uma situação na qual existe uma diferença de temperatura, o calor surge e, dependendo do meio em que isto ocorre, o calor vai apresentar formas distintas de se propagar. Em relação às formas de propagação do calor, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. Na ausência de matéria, o calor se propaga por radiação, ondas eletromagnéticas em que a frequência do calor está na faixa do ultravioleta. 02. O calor também pode se propagar na faixa da radiação de micro-ondas, a mesma usada nos fornos de micro-ondas para aquecer e cozinhar alimentos. 9

04. O fluxo de calor através de um sólido depende da sua geometria e do material do qual é composto. 08. O calor se propaga por três processos: na condução a energia é transferida pela interação dos átomos ou moléculas; na convecção a energia é transferida pelo transporte direto de matéria e na radiação a energia é transferida por meio de ondas eletromagnéticas. 16. A garrafa térmica, ou frasco de Dewar, pode ser considerada um recipiente de paredes adiabáticas, pois seu objetivo é evitar qualquer tipo de propagação de calor. 32. O processo de aquecimento de um fluido se dá por convecção, por isso a fonte de calor deve estar preferencialmente localizada na região superior desse fluido.

Adiabática Característica: Não ocorre troca de calor entre o sistema e o meio.

Exercícios de Sala

1. Antes de iniciar uma viagem, um motorista cuidadoso calibra os pneus de seu carro, que estão à temperatura ambiente de 27 °C, com uma pressão de 30 lb/pol2. Ao final da viagem, para determinar a temperatura dos pneus, o motorista mede a pressão deles e descobre que aumentou para 32 lb/pol2. Se o volume dos pneus permanece inalterado e se o gás no interior é ideal, o motorista determinou a temperatura dos pneus como sendo: a) 17 °C b) 27 °C c) 37 °C d) 47 °C e) 57 °C

Tarefa Mínima

UNIDADE 5



2. Quando o balão do capitão Stevens começou sua GASES PERFEITOS Variáveis do estado de um gás Pressão  resultado dos choques consecutivos das moléculas nas paredes do recipiente. Volume É dado pelo volume do recipiente onde o gás está contido. Temperatura  Mede a agitação das moléculas do gás. OBS.: No estudo dos gases deve-se usar a temperatura absoluta (em Kelvin).

ascensão, tinha, no solo, à pressão de 1 atm, 75000 m3 de hélio. A 22 km de altura, o volume do hélio era de 1500000 m3. Se pudéssemos desprezar a variação de temperatura, a pressão (em atm) a esta altura valeria: a) 1/20 b) 1/5 c) 1/2 d) 1 e) 20

3. Uma amostra de gás perfeito foi submetida às transformações indicadas no diagrama PV a seguir. Nessa sequência de transformações, os estados de maior e de menor temperatura foram, respectivamente:

Equação de Clapeyron: p.V  nRT Onde : n = m/M R  0,082

atm.l T 2Cal  8,31  mol.K mol.K mol.K

P1 V1 P2 .V2  T1 T2

N1≠ N2 Lei geral dos gases perfeitos

P1V1 P2 .V2  T1 n1 T2 n2

Transformações Gasosas Isotérmica (Boyle – Mariotte) Características: Temperatura permanece constante. P e V são inversamente proporcionais Isobárica (Charles) Características: Pressão permanece constante. V e T são diretamente proporcionais. Isométrica, Isovolumétrica ou Isocórica (Gay Lussac) Características: Volume, permanece constante. P e T são diretamente proporcionais 10

b) 1 e 3

c) 2 e 3

d) 3 e 4

e) 3 e 5

4. Um gás perfeito está sob pressão de 20 atm, na

N1 = N2 Lei geral dos gases perfeitos

a) 1 e 2

temperatura de 200 K e apresenta um volume de 40 litros. Se o referido gás tiver sua pressão alterada para 40 atm, na mesma temperatura, qual será o novo volume? 5. A respeito do funcionamento da panela de pressão, assinale o que for correto. 01. De acordo com a lei dos gases, as variáveis envolvidas nos processos são: pressão, volume e temperatura. 02. O aumento da pressão no interior da panela afeta o ponto de ebulição da água. 04. A quantidade de calor doado ao sistema deve ser constante, para evitar que a panela venha a explodir. 08. O tempo de cozimento dos alimentos dentro de uma panela de pressão é menor porque eles ficam submetidos a temperaturas superiores a 100 °C.

6. Para se realizar uma determinada experiência, coloca-se um pouco de água em uma lata, com uma abertura na parte superior, destampada, a qual é, em seguida, aquecida, como mostrado na Figura I; - depois que a água ferve e o interior da lata fica totalmente preenchido com vapor, esta é tampada e retirada do fogo;

Inclusão para a Vida - logo depois, despeja-se água fria sobre a lata e observase que ela se contrai bruscamente, como mostrado na Figura II.

Física B c) 25% menor. d) 80% menor. e) 80% maior.

11. Um extintor de incêndio cilíndrico, contendo CO2

Com base nessas informações, é correto afirmar que, na situação descrita, a contração ocorre porque a) a água fria provoca uma contração do metal das paredes da lata. b) a lata fica mais frágil ao ser aquecida. c) a pressão atmosférica esmaga a lata. d) o vapor frio, no interior da lata, puxa suas paredes para dentro.

7. Regina estaciona seu carro (movido a gás natural) ao Sol. Considere que o gás no reservatório do carro se comporta como um gás ideal. Assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa a pressão em função da temperatura do gás na situação descrita.

possui um medidor de pressão interna que, inicialmente, indica 200 atm. Com o tempo, parte do gás escapa, o extintor perde pressão e precisa ser recarregado. Quando a pressão interna for igual a 160 atm, a porcentagem da massa inicial de gás que terá escapado corresponderá a: a) 10% b) 20% c) 40% d) 60% e) 75% Obs: Considere que a temperatura permanece constante e o CO2 nessas condições, comporta-se como um gás perfeito 1 atm = 105 N/m2

12. Um recipiente rígido contém gás perfeito sob pressão de 3 atm. Sem deixar variar a temperatura, são retirados 4 mols do gás, fazendo com que a pressão se reduza a 1 atm. O número de mols existente inicialmente no recipiente era: a) 6 b) 8 c) 10 d) 12 e) 16

13. A quantidade de 2,0mols de um gás perfeito se expande isotermicamente. Sabendo que no estado inicial o volume era de 8,20L e a pressão de 6,0atm e que no estado final o volume passou a 24,6L, determine: a) a pressão final do gás; b) a temperatura, em °C, em que ocorreu a expansão. Dado: Constante universal dos gases perfeitos: 0,082atm.L/mol.K

14. Num recipiente indeformável, provido de válvula 8. Um "freezer" é programado para manter a temperatura em seu interior a -19°C. Ao ser instalado, suponha que a temperatura ambiente seja de 27°C. Considerando que o sistema de fechamento da porta a mantém hermeticamente fechada, qual será a pressão no interior do "freezer" quando ele tiver atingido a temperatura para a qual foi programado? a) 0,72 atm b) 0,78 atm c) 0,85 atm d) 0,89 atm e) 0,94 atm

9. Um gás ideal sofre uma compressão adiabática durante a qual sua temperatura absoluta passa de T para 4T. Sendo P a pressão inicial, podemos afirmar que a pressão final será a) menor do que P. b) igual a P. c) igual a 2 P. d) igual a 4 P. e) maior do que 4 P.

10. Uma massa de gás perfeito a 17°C, que sofre uma

especial, encontram-se confinados 2 mols de oxigênio (molécula - grama = 32 g) nas C. N. T. P.. Num dado instante, abre-se a válvula e permite-se que 8 g do gás escapem, mantendo-se, contudo a mesma temperatura. A nova pressão do gás é: Dado: R = 0,082 atm.L/mol . K

a) 15/16 atm b) 7/8 atm c) 1/4 atm d) 7/16 atm e) 1/8 atm

15. Calibrar os pneus de um carro consiste em colocar ou retirar ar atmosférico do pneu, e é uma prática que todos os motoristas devem fazer pelo menos a cada 15 dias, para garantir a segurança do veículo e de seus integrantes assim como para aumentar a vida útil do pneu. Em média, o pneu de um carro de passeio é calibrado com uma pressão que pode variar entre 28 e 30 psi (libras por polegada quadrada). Em situações de grande carga no veículo e viagens longas, orienta-se que se calibrem os pneus com duas libras a mais de pressão. (Não vamos considerar os pneus que são calibrados com nitrogênio)

transformação isotérmica, tem seu volume aumentado de 25%. A pressão final do gás, em relação à inicial será: a) 20% maior. b) 20% menor. Pró Universidade

Energia interna de um gás ideal Verifica-se que a energia interna (U) de um gás ideal é proporcional à temperatura absoluta, isto é, U  3 n.R.T . 2

No entanto, para analisarmos os valores energéticos é necessário conhecer a variação da energia interna ( U ) do gás.

Disponível em: http://guiadicas.net/como-economizar-alcool-e-gasolina-nocarro/ Acesso em: 25 ago. 2013.

Considerando o ar atmosférico como um gás ideal e com base no que foi exposto, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. Quando o carro está em movimento, os pneus aquecem; sendo assim, podemos considerar que o ar atmosférico dentro dos pneus sofre uma transformação isobárica. 02. Para uma correta calibragem da pressão, é necessário que ela seja feita com os pneus frios, pois a alta temperatura indicaria uma pressão maior. 04. Independentemente das medidas de um pneu, se o calibrarmos com 30,0 psi, o número de mols de ar é o mesmo. 08. A pressão de um gás confinado em um recipiente depende de alguns fatores: quantidade de gás, temperatura do gás e volume do recipiente. Estes fatores influenciam diretamente o número de colisões e a intensidade destas colisões com as paredes do recipiente. 16. Um pneu com as seguintes medidas: raio interno 14,0 cm, raio externo 19,0 cm e largura 18,0 cm, calibrado com 30,0 psi a 25 ºC, possui um volume de ar atmosférico de 45 L. 32. A dilatação do pneu quando aquecido pode ser desprezada se comparada com a expansão que o gás pode sofrer quando é submetido à mesma variação de temperatura.

UNIDADE 6 TERMODINÂMICA Trabalho Termodinâmico (W) A equação ( W  p.V ) só pode ser usada quando a pressão se mantém constante. Quando a pressão varia (durante a variação de volume), o trabalho do gás deve ser calculado graficamente. É possível demonstrar que, em qualquer caso, o trabalho W do gás tem módulo numericamente igual à área da região sombreada no gráfico da Fig. W  A 1) Trabalho positivo = o gás realiza ou cede trabalho. 2) Trabalho negativo = o gás sofre ou recebe trabalho. 12

Primeira Lei da Termodinâmica Quando fornecemos a um gás uma quantidade de calor Q, esse calor pode ser usado de dois modos: 1º) uma parte pode ser usada para realizar um trabalho W. 2°) outra parte pode se transformar em energia interna do gás. Assim: Q  W  U onde U é a variação da energia interna do gás. A equação traduz a Primeira Lei da Termodinâmica que na realidade é uma consequência do Princípio da Conservação da Energia. OBS: Isotérmica: Q  W Adiabática ∆U = - W Isocórica: Q  U Transformação Cíclica É aquela em que o gás sofre diversas transformações retornando as suas condições iniciais. P B Área = w

A C

Em um ciclo a variação da energia interna é zero ( U  0 ). Máquinas térmicas São dispositivos que convertem calor em trabalho e vice-versa: máquinas a vapor, motores à explosão, refrigerados etc.

FO N TE Q UENTE Calor recebido Q1 Trabalho realizado MÁQ UINA

Calor cedido

FO N TE FRIA

2ª Lei da Termodinâmica: O calor flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Não podemos ter uma maquina térmica com rendimento de 100%. n

W Q2 ou n  1  Q Q1 1

Ciclo de Carnot O ciclo de Carnot é o ciclo reversível constituído por dois processos isotérmicos (A-B e C-D) e dois processos adiabáticos (B-C e D-A). Por questões didáticas, a figura representa o ciclo de Carnot para um gás ideal, e percorrido em certo sentido, embora qualquer substância possa ser levada a executar um ciclo de Carnot e o sentido possa ser invertido.

Inclusão para a Vida N = 1- T2 / T1

Exercícios de Sala



Física B a) a curva apresentada é uma isobárica b) a área sombreada do gráfico representa numericamente o trabalho realizado pelo gás ao se expandir c) a área sombreada é numericamente igual ao trabalho realizado sobre o gás para sua expansão d) a curva do gráfico é uma isocórica.

4. Um sistema termodinâmico realiza o ciclo ABCA representado a seguir:

1. Sem variar sua massa, um gás ideal sofre uma transformação a volume constante. É correto afirmar que: a) a transformação é isotérmica. b) a transformação é isobárica. c) o gás não realiza trabalho. d) sua pressão diminuirá se a temperatura do gás aumentar. e) a variação de temperatura do gás será a mesma em qualquer escala termométrica.

Tarefa Mínima



O trabalho realizado pelo sistema no ciclo vale, em joules: a) 2,5 × 105 b) 4,0 × 105 c) 3,0 × 105 d) 5,0 × 105 e) 2,0 × 105

2. O biodiesel resulta da reação química desencadeada

5. A primeira lei da termodinâmica diz respeito à:

por uma mistura de óleo vegetal com álcool de cana. A utilização do biodiesel etílico como combustível no país permitiria uma redução sensível nas emissões de gases poluentes no ar, bem como uma ampliação da matriz energética brasileira. O combustível testado foi desenvolvido a partir da transformação química do óleo de soja. É também chamado de B-30 porque é constituído de uma proporção de 30% de biodiesel e 70% de diesel metropolitano. O primeiro diagnóstico divulgado considerou performances dos veículos quanto ao desempenho, durabilidade e consumo.

a) dilatação térmica b) conservação da massa c) conservação da quantidade de movimento d) conservação da energia e) irreversibilidade do tempo

Um carro-teste consome 4,0 kg de biodiesel para realizar trabalho mecânico. Se a queima de 1 g de biodiesel libera 5,0 × 103 cal e o rendimento do motor é de 15%, o trabalho mecânico realizado, em joules, vale, aproximadamente, Dado: 1 cal = 4,2 joules a) 7,2 × 105 b) 1,0 × 106 c) 3,0 × 106 d) 9,0 × 106 e) 1,3 × 107

3. A figura a seguir representa o gráfico pressão versus volume da expansão isotérmica de um gás perfeito. É correto afirmar que:

Pró Universidade

Considere as proposições a seguir sobre transformações gasosas. I. Numa expansão isotérmica de um gás perfeito, sua pressão aumenta. II. Numa compressão isobárica de um gás perfeito, sua temperatura absoluta aumenta. III. Numa expansão adiabática de um gás perfeito, sua temperatura absoluta diminui. Pode-se afirmar que apenas: a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) II e III são corretas.

7. Com relação às transformações sofridas por um gás perfeito, assinale a alternativa incorreta. a) Na transformação adiabática, a variação de energia cinética das moléculas é nula. b) Na transformação isobárica, não há variação da pressão do gás. c) Na transformação isotérmica, a energia cinética média das moléculas não se altera. d) Na transformação adiabática, não há troca de calor com o meio exterior. e) Na transformação isotérmica, há troca de calor com o meio exterior.

8. Considere uma certa massa de um gás ideal em equilíbrio termodinâmico. Numa primeira experiência, faz-se o gás sofrer uma expansão isotérmica durante a qual realiza um trabalho W e recebe 150J de calor do meio externo. Numa segunda experiência, faz-se o gás sofrer uma expansão adiabática, a partir das mesmas condições iniciais, durante a qual ele realiza o mesmo trabalho W. Calcule a variação de energia interna ∆U do gás nessa expansão adiabática.

9. Quando um gás ideal sofre uma expansão isotérmica: a) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual ao trabalho realizado pelo gás na expansão. b) não troca energia na forma de calor com o meio exterior. c) não troca energia na forma de trabalho com o meio exterior. d) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual à variação da energia interna do gás. e) o trabalho realizado pelo gás é igual à variação da energia interna do gás.

10. Um gás ideal sofre uma transformação: absorve 50cal de energia na forma de calor e expande-se realizando um trabalho de 300J. Considerando 1cal=4,2J, a variação da energia interna do gás é, em J, de a) 250 b) -250 c) 510 d) -90 e) 90 11. A respeito de conceitos relacionados à Termodinâmica, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. A energia interna de um gás ideal pode ser medida diretamente. 02. Em algumas situações, calor é adicionado a uma substância e não ocorre nenhuma variação de temperatura. Tais situações não estão de acordo com a definição usual de calor como sendo uma forma de energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura. 04. É impossível a ocorrência de processos nos quais não se transfira e nem se retire calor de um sistema e nos quais a temperatura do sistema sofra variação. 08. Durante uma transformação isotérmica de um gás ideal, existe equivalência entre o calor e o trabalho trocados entre o sistema e o exterior. 16. A capacidade calorífica de um corpo representa a quantidade de calor que o corpo pode estocar à certa temperatura. 32. Durante uma transformação cíclica de um gás ideal, existe equivalência entre o calor e o trabalho trocados entre o sistema e o exterior. 64. Na passagem de um sistema no um estado inicial 1 para um estado final 2, a variação da energia interna entre os dois estados depende do processo que provocou tal passagem.

12. Os estudos científicos desenvolvidos pelo engenheiro francês Nicolas Sadi Carnot (1796-1832) na tentativa de melhorar o rendimento de máquinas térmicas serviram de base para a formulação da segunda lei da termodinâmica. Acerca do tema, considere as seguintes afirmativas: 14

1. O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho realizado pela máquina num ciclo e o calor retirado do reservatório quente nesse ciclo. 2. Os refrigeradores são máquinas térmicas que transferem calor de um sistema de menor temperatura para outro a uma temperatura mais elevada. 3. É possível construir uma máquina, que opera em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. b) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. c) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. d) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.

13. A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de a) 20%. b) 25%. c) 75%. d) 80%. e) 100%.

14. O uso de combustíveis não renováveis, como o petróleo, tem sérias implicações ambientais e econômicas. Uma alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise das respostas).

Assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01. Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de Carnot, teremos um rendimento de 100%, pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal. 02. Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal, operando entre 7 °C e 37 °C, terá um rendimento menor que 10%. 04. Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 °C pois, ao contrário da maioria dos líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima. 08. É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma máquina térmica ideal, pois o calor não pode ser transferido espontaneamente da fonte fria para a fonte quente. 16. Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da conservação da energia.

15. As máquinas a vapor foram um dos motores da revolução industrial, que se iniciou na Inglaterra no século XVIII e que produziu impactos profundos, em nível mundial, nos meios produtivos, na economia e no modo de vida da sociedade. O estudo destas máquinas,

Inclusão para a Vida em particular de seu rendimento, deu sustentação à formulação da Segunda Lei da Termodinâmica, enunciada por diversos cientistas, de formas praticamente equivalentes, no século XIX. Com base na Segunda Lei da Termodinâmica, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. A maioria dos processos naturais é reversível. 02. A energia tende a se transformar em formas menos úteis para gerar trabalho. 04. As máquinas térmicas que operam no ciclo de Carnot podem obter rendimento de 100%. 08. A expressão “morte do calor do universo” refere-se a um suposto estado em que as reservas de carvão, de gás e de petróleo teriam se esgotado. 16. O calor não transita naturalmente dos corpos com temperatura menor para os corpos com temperatura maior. 32. O princípio de funcionamento de uma geladeira viola a Segunda Lei da Termodinâmica. 64. A entropia de um sistema isolado tende sempre a aumentar.

UNIDADE 7

Física B Luz policromática: possui várias cores.

Luz monocromática: possui apenas uma cor

Fenômenos Luminosos Reflexão da Luz Reflexão especular

Reflexão difusa

Fenômeno que ocorre devido à propagação retilínea da luz

ÓPTICA GEOMÉTRICA, ESPELHOS PLANOS E ESFÉRICOS Estuda os fenômenos luminosos Luz: Agente físico capaz de sensibilizar nossos órgãos visuais (retina). Propaga-se através de ondas eletromagnéticas, isto é, pode viajar no vácuo (ausência de matéria).

Princípio da Óptica geométrica - Princípios de propagação da Luz Propagação retilínea da luz em meios transparentes e homogêneos, a luz propaga-se em linha reta. - Câmara escura de orifício.

Raio de Luz

Feixes ou pinceis de luz

Convergente

   

H - Altura do objeto h - Altura da imagem na câmara D - Distância do objeto a câmara d - Comprimento da câmara.

Divergente - Princípio de Reversibilidade da Luz. "A trajetória da luz independe do sentido da propagação" Paralelo FONTE DE LUZ Corpo luminoso: (Fonte Primária)- Emite luz própria. o Incandescente : Quente o Luminescente: Fria : Fluorescente e Fosforescente. o Ex: Sol, lâmpada acesa, etc...

- Princípio da Independência dos Raios Luminosos. "Raios de luz que se cruzam não interferem entre si"

Corpo iluminado: (Fonte Secundária)- Reflete luz recebida de outras fontes. Ex: Lua, lâmpada apagada etc.. Pró Universidade

ESPELHOS PLANOS

Elementos de um espelho esférico.

Formação de Imagens em Espelhos planos 1 - Imagens de um ponto

Equações dos Espelhos Esféricos

2 - Imagens de um corpo extenso

- Imagem Virtual (Atrás do espelho) Características da imagem no espelho plano 1Imagem virtual (Atrás do espelho) 2Mesmo tamanho do objeto 3- Imagem e objeto são equidistantes (mesma distância) do espelho 4 - Objeto e imagem são reversos (enantiomorfos)

COMPOSIÇÃO DOS ESPELHOS PLANOS Dois espelhos podem formar várias imagens e o número de imagens depende do ângulo formado pelos espelhos. 360 N 1 

    

R = Raio de curvatura f = Distância focal R = 2f p = Distância do objeto ao espelho p' = Distância da imagem ao espelho

 Equação dos Pontos Conjugados (Eq. Gauss)

1 1 1   f p p`

A

i p` f   o p f p

Regra de sinais. P`(+) → Imagem real P`(-) → Imagem virtual f(+) → Espelho côncavo ou lente convergente f(-) → Espelho convexo ou lente divergente A(+) → Imagem virtual A(-) → Imagem real A > 1 → Imagem maior que o objeto A < 1 → Imagem menor que o objeto A = 1 → Imagem do mesmo tamanho do objeto

Consideração: Se a imagem é projetada, ela será REAL. Sendo real ela será INVERTIDA. Elementos de um Espelho Esférico

Campo visual de um espelho plano

C.V. - Campo Visual Espelhos Esféricos

    

Foco - C/2 (alfa)= ângulo de abertura C = Raio de curvatura (R) V - Vertice EP- Eixo Principal Raios Incidentes Notáveis

Inclusão para a Vida

Física B

1. Todo raio de luz que incide paralelamente ao EP reflete na direção do foco. 2. Todo raio de luz que incide na direção do foco reflete paralelamente ao EP. 3. Todo raio de luz que incide na direção do C reflete na mesma direção. 4. Todo raio de luz que incide no vértice do espelho reflete simetricamente em relação ao EP.

com um olhar diferente. Um poste com 4 m de altura é fotografado numa máquina "pin hole". No filme, a altura da imagem do poste, em centímetros, é:

Condição de Nitidez de Gauss Imagens nítidas para alfa < 10º Foco: Ponto de encontro dos raios refletidos (ou de seus prolongamentos) paralelamente ao eixo principal.

3. A velocidade da luz, no vácuo, vale aproximadamente

 Côncavo

a) 12

b) 10

c) 8

d) 6

e) 4

3,0.108 m/s. Para percorrer a distância entre a Lua e a Terra, que é de 3,9.105 km, a luz leva: a) 11,7 s b) 8,2 s c) 4,5 s d) 1,3 s e) 0,77 s

4. Na figura a seguir, F é uma fonte de luz extensa e A um anteparo opaco.

Pode-se afirmar que I, II e III são, respectivamente, regiões de: a) sombra, sombra e penumbra. b) sombra, sombra e sombra. c) penumbra, sombra e penumbra. d) sombra, penumbra e sombra. e) penumbra, penumbra e sombra.

 Convexo

5. No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas. Exercícios de Sala



1. A figura adiante mostra uma vista superior de dois espelhos planos montados verticalmente, um perpendicular ao outro. Sobre o espelho OA incide um raio de luz horizontal, no plano do papel, mostrado na figura. Após reflexão nos dois espelhos, o raio emerge formando um ângulo θ com a normal ao espelho OB. O ângulo θ vale:

a) 0°

b) 10°

Tarefa Mínima

c) 20°

d) 30°

e) 40°



2. Aproveitando materiais recicláveis, como latas de alumínio de refrigerantes e caixas de papelão de sapatos, pode-se construir uma máquina fotográfica utilizando uma técnica chamada "pin hole" (furo de agulha), que, no lugar de lentes, usa um único furo de agulha para captar a imagem num filme fotográfico. As máquinas fotográficas "pin hole" registram um mundo em imagens Pró Universidade

a) têm a mesma frequência. b) têm a mesma intensidade. c) se propagam com a mesma velocidade. d) se propagam com velocidades menores que a da luz. e) são polarizadas.

6. Considere as seguintes afirmativas: I- A água pura é um meio translúcido. II- O vidro fosco é um meio opaco. III- O ar é um meio transparente. Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correta. a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas a afirmativa II é verdadeira. c) Apenas a afirmativa III é verdadeira. d) Apenas as afirmativas I e a III são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas II e a III são verdadeiras.

7. Ana Maria, modelo profissional, costuma fazer ensaios fotográficos e participar de desfiles de moda. Em trabalho recente, ela usou um vestido que apresentava cor vermelha quando iluminado pela luz do sol. Ana Maria irá desfilar novamente usando o mesmo vestido. Sabendo-se que a passarela onde ela vai desfilar será iluminada agora com luz monocromática verde, podemos afirmar que o público perceberá seu vestido como sendo: 17

a) verde, pois é a cor que incidiu sobre o vestido. b) preto, porque o vestido só reflete a cor vermelha. c) de cor entre vermelha e verde devido à mistura das cores. d) vermelho, pois a cor do vestido independe da radiação incidente. 8. Muitas vezes, ao examinar uma vitrina, é possível observar não só os objetos que se encontram em exposição atrás do vidro, como também a imagem de si próprio formada pelo vidro. A formação dessa imagem pode ser explicada pela. a) reflexão parcial da luz. b) reflexão total da luz. c) refração da luz. d) transmissão da luz. e) difração da luz.

9. Uma câmara escura de orifício fornece a imagem de um prédio, o qual se apresenta com altura de 5 cm. Aumentando-se de 100 m a distância do prédio à câmara, a imagem se reduz para 4 cm de altura. Qual é a distância entre o prédio e a câmara, na primeira posição? a) 100 m b) 200 m c) 300 m d) 400 m e) 500 m

10. Em um dado instante, uma vara de 2,0 m de altura, vertical, projeta no solo, horizontal, uma sombra de 50 cm de comprimento. Se a sombra de um prédio próximo, no mesmo instante, tem comprimento de 15 m, qual a altura do prédio?

11. Um lápis encontra-se na frente de um pequeno espelho plano E, como mostra a figura. O lápis e a imagem estão corretamente representados na alternativa:

12. Uma câmara escura de orifício fornece a imagem de um prédio, o qual se apresenta com altura de 5cm. Aumentando-se de 100m a distância do prédio à câmara, a imagem se reduz para 4cm de altura. Qual é a distância entre o prédio e a câmara, na primeira posição? a) 100 m b) 200 m c) 300 m d) 400 m e) 500 m

13. A luz solar se propaga e atravessa um meio translúcido. Qual das alternativas a seguir representa o que acontece com a propagação dos raios de luz?

14. A luz solar penetra numa sala através de uma janela de vidro transparente. Abrindo-se a janela, a intensidade da radiação solar no interior da sala: a) permanece constante. b) diminui, graças à convecção que a radiação solar provoca. c) diminui, porque os raios solares são concentrados na sala pela janela de vidro. d) aumenta, porque a luz solar não sofre mais difração. e) aumenta, porque parte da luz solar não mais se reflete na janela.

15. Admita que o sol subitamente "morresse", ou seja, sua luz deixasse de ser emitida. 24 horas após este evento, um eventual sobrevivente, olhando para o céu, sem nuvens, veria: a) a Lua e estrelas. b) somente a Lua. c) somente estrelas. d) uma completa escuridão. e) somente os planetas do sistema solar.

16. A figura a seguir mostra um objeto A colocado a 5m de um espelho plano, e um observador O, colocando a 7m deste mesmo espelho. Um raio de luz que parte de A e atinge o observador O por reflexão no espelho percorrerá, neste trajeto de A para O:

a) 9m

b) 12m

c) 15m

d) 18m

e) 21m

17. Uma pessoa deseja usar um espelho plano vertical, a partir do chão, para ver-se de corpo inteiro, desde a cabeça até os pés. A altura do espelho: a) deve ser pelo menos igual à altura da pessoa. b) deve ser pelo menos igual à metade da altura da pessoa. c) depende da distância da pessoa ao espelho. d) depende da altura da pessoa e da sua distância ao espelho.

18. Um menino, parado em relação ao solo, vê sua imagem em um espelho plano E colocado à parede traseira de um ônibus. Se o ônibus se afasta do menino com velocidade de 2m/s, o módulo da velocidade da imagem, em relação ao solo, é: 18

Inclusão para a Vida

Física B a) apenas no caso I. b) apenas no caso II. c) apenas nos casos I e II. d) nos casos I e IV e V. e) nos casos I, II e III.

a) 4 m/s

b) 3 m/s

c) 2 m/s

d) 1 m/s

19. 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 é igual a

24. Considere o esquema ótico a seguir, no qual V é o vértice do espelho côncavo, C seu centro de curvatura e F seu foco principal.

Associe as colunas a seguir:

a) 80°

b) 70°

c) 60°

d) 50°

e) 40°

20. Quando colocamos um pequeno objeto real entre o foco principal e o centro de curvatura de um espelho esférico côncavo de Gauss, sua respectiva imagem conjugada será: a) real, invertida e maior que o objeto. b) real, invertida e menor que o objeto. c) real, direita e maior que o objeto. d) virtual, invertida e maior que o objeto. e) virtual, direita e menor que o objeto.

21. Um objeto colocado a 15 cm de um espelho côncavo forma uma imagem no infinito. Se for colocada uma lente de distância focal 15 cm, distante 30 cm do espelho, aquela imagem formada no infinito agora estará: a) ainda no infinito. b) reduzida e a 15 cm do espelho. c) reduzida e a 30 cm do espelho. d) ampliada e a 45 cm do espelho. e) concentrada em um ponto distante 45 cm do espelho.

22. Se um espelho forma uma imagem real e ampliada de um objeto, então o espelho é: a) convexo e o objeto está além do foco. b) convexo e o objeto está entre o foco e o espelho. c) côncavo e o objeto está entre o foco e o centro do espelho. d) côncavo e o objeto está além do foco. e) côncavo ou convexo e com o objeto entre o foco e o centro do espelho. 23. Um objeto real, representado pela seta, é colocado em frente a um espelho podendo ser plano ou esférico conforme as figuras. A imagem fornecida pelo espelho será virtual:

POSIÇÃO DO OBJETO ( ) à esquerda de C ( ) sobre C ( ) entre C e F ( ) sobre F ( ) entre F e V

CARACTERÍSTICAS DA IMAGEM 1. real, maior e invertida 2. imagem imprópria 3. real, menor e invertida 4. real, igual e invertida 5. virtual, maior e direita

A sequência correta, de cima para baixo, será: a) 3, 4, 1, 5, 3. b) 1, 3, 4, 5, 2. c) 5, 4, 2, 1, 3. d) 1, 5, 4, 3, 2. e) 3, 4, 1, 2, 5.

UNIDADE 8 REFRAÇÃO DA LUZ Refração da Luz Variação da velocidade de propagação da luz quando ocorre mudança de meio. Esta variação quase sempre vem acompanhada de desvio do raio luminoso. Índice de Refração Absoluto de um meio (N):

n

c v

N = meio, c = Velocidade da luz no vácuo, V = Velocidade da luz no meio; - Vácuo: c : N(vácuo) = 1 - Ar: V(ar) : N(ar) = (aproximadamente) 1; - Água: V(água) : N(água) > 1; - Vidro: V(vidro) : N(vidro) > 1 ; - Conclusão: N ≥ 1 Obs.: N mede a dificuldade que a luz encontra em viajar pelo meio.  Índice de Refração Relativo: NA,B = NA / NB = VB / VA

Pró Universidade

Leis da Refração:

Prisma Óptico

o 1º - Raio Incidente (RI) , Reta Normal (N) e Raio Refratado (RR) são coplanares; o 2º - Snell Descartes:

n A .sen A  nB .sen B Refração Atmosférica 1. A luz, ao entrar na atmosfera terrestre, sofre pequenas variações ao passar dentre as diversas camadas de ar. 2. Pela refringência ser diretamente proporcional à densidade, a luz desvia do menos refringente para o mais refringente, aproximando-se da reta normal; 3. Quando chega perto do chão existe um ar superaquecido, de menor densidade, que provoca um desvio do meio mais refringente para o mais refringente, provocando, às vezes, a reflexão total. Isso caracteriza as miragens e as impressões de asfalto molhado que temos; Reflexão Total - Fibras Ópticas; - Miragens.

ai = i - r a = a1 + a2 A = r + r'  Legenda: - A: Ângulo de abertura ou Refringência; - a1: Ângulo desvio (1º Face); - a2: Ângulo desvio (2º Face); - a : Ângulo desvio Total  Conclusão: a = i + i' - A  Obs.: Pode existir reflexão total em prismas ópticos.

Exercícios de Sala



1. Na figura adiante, um raio de luz monocromático se propaga pelo meio A, de índice de refração 2,0.

 Condições: - A luz deve ir do mais refringente para o menos refringente; - O ângulo de incidência deve ser maior do que o ângulo limite(L). Cálculo do ângulo limite (L):

Dados: sen 37° = 0,60, sen 53° = 0,80 Devemos concluir que o índice de refração do meio B é: a) 0,5 b) 1,0 c) 1,2 d) 1,5 e) 2,0

Tarefa Mínima



2. Um raio luminoso incide sobre a superfície da água, conforme a figura a seguir. Qual alternativa representa o que acontece com o raio? Dioptro Plano Associação de dois meios com refringências diferentes, separados por uma superfície plana.

3.Quando um raio de luz

P , Nobs ,  P Nobj

monocromático, proveniente de um meio homogêneo, transparente e isótropo, identificado por meio A, incide sobre a superfície de separação com um meio B, também homogêneo, transparente e isótropo, passa a se propagar nesse segundo meio, conforme mostra a figura. Sabendo-se que o ângulo é menor que o ângulo , podemos afirmar que:

Inclusão para a Vida a) no meio A, a velocidade de propagação da luz é menor que no meio B. b) no meio A, a velocidade de propagação da luz é sempre igual à velocidade no meio B. c) no meio A, a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B. d) no meio A, a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B, somente se é o ângulo limite de incidência. e) no meio A, a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B, somente se é o ângulo limite de refração.

4. Amanda segura um copo de vidro cheio de água. Um raio luminoso monocromático vindo do ar, com velocidade de aproximadamente , atravessa todo o copo. Sobre este fenômeno, analise as afirmações a seguir: I - Ao entrar no vidro, a velocidade da onda luminosa passa a ser maior do que . II - ao entrar na água, a velocidade da onda luminosa passa a ser menor do que . III - Ao sair do copo, a velocidade da onda luminosa volta a ser de . IV - Durante todo o fenômeno, a frequência da onda luminosa permanece constante. Assinale a única alternativa correta: a) I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) II, III e IV. e) Apenas II e III.

Física B 6. A figura a seguir mostra um lápis de comprimento AB parcialmente imerso na água e sendo observado por um estudante. Assinale a(s) proposição(ões) correta(s).

01. O estudante vê o lápis "quebrado" na interface arágua, porque o índice de refração da água é maior do que o do ar. 02. O feixe luminoso proveniente do ponto B, ao passar da água para o ar se afasta da normal, sofrendo desvio. 04. O estudante vê o lápis "quebrado" na interface arágua, sendo o fenômeno explicado pelas leis da reflexão. 08. O observador vê o lápis "quebrado" na interface arágua porque a luz sofre dispersão ao passar do ar para a água. 16. O ponto B', visto pelo observador, é uma imagem virtual.

7. Uma fibra óptica é uma estrutura cilíndrica feita de vidro, constituída, basicamente, de dois materiais diferentes, que compõem o núcleo e a casca, como pode ser visto em corte na figura a seguir.

5. Um raio de luz monocromático, propagando-se num meio transparente A, cujo índice de refração é nA, incide na superfície S de separação com outro meio transparente B, de índice de refração nB, e se refrata como mostra o esquema a seguir.

Sendo i o ângulo de incidência e r o ângulo de refração, analise as afirmações que seguem. ( ) Se i > r então nA > nB. ( ) A reflexão total pode ocorrer desde que a luz esteja se propagando do meio mais refringente para o menos refringente. ( ) O ângulo limite L para esse par de meios é tal que senL=nB/nA. ( ) A lei de Snell-Descartes, da refração, para a situação mostrada no esquema é expressa por: nA sen i=nBsen(r). ( ) Se nA> nB, a velocidade de propagação da luz é maior no meio A que no B. Pró Universidade

Sua propriedade de guiamento dos feixes de luz está baseada no mecanismo da reflexão interna total da luz que ocorre na interface núcleo-casca. Designando por n(núcleo) e n(casca) os índices de refração do núcleo e da casca, respectivamente, analise as afirmações a seguir, que discutem as condições para que ocorra a reflexão interna total da luz. I. n(núcleo) > n(casca). II. Existe um ângulo L, de incidência na interface núcleocasca, tal que sen(L)=n(casca)/n(núcleo). III. Raios de luz com ângulos de incidência > L sofrerão reflexão interna total, ficando presos dentro do núcleo da fibra. Analisando as afirmações, podemos dizer que: a) somente I está correta. b) somente I e II estão corretas. c) todas estão corretas. d) somente I e III estão corretas. e) nenhuma se aplica ao fenômeno da reflexão interna total da luz em uma fibra óptica.

8. Um pássaro sobrevoa em linha reta e à baixa altitude uma piscina em cujo fundo se encontra uma pedra. Podemos afirmar que: a) com a piscina cheia, o pássaro poderá ver a pedra durante um intervalo de tempo maior do que se a piscina estivesse vazia. b) com a piscina cheia ou vazia o pássaro poderá ver a pedra durante o mesmo intervalo de tempo. c) o pássaro somente poderá ver a pedra enquanto estiver voando sobre a superfície da água. d) o pássaro, ao passar sobre a piscina, verá a pedra numa posição mais profunda do que aquela em que ela realmente se encontra. e) o pássaro nunca poderá ver a pedra.

Basicamente, é mais comum termos uma lente cujo índice de refração é maior que o índice do meio. Ex: Lentes de vidros imersas no ar.  Lentes de bordas Finas (Delgadas):

- Se N(lente) > N(meio) - Lente Convergente - Fo>0 - Representação:

9. Um raio de luz monocromático passa do meio 1 para o meio 2 e deste para o meio 3. Sua velocidade de propagação relativa aos meios citados é v1, v2 e v3, respectivamente.

O gráfico representa a variação da velocidade de propagação da luz em função do tempo ao atravessar os meios mencionados, considerados homogêneos. Sabendo-se que os índices de refração do diamante, do vidro e do ar obedecem à desigualdade n(diam) > n(vidro) > n(ar), podemos afirmar que os meios 1, 2 e 3 são, respectivamente: a) diamante, vidro, ar. b) diamante, ar, vidro. c) ar, diamante, vidro. d) ar, vidro, diamante. e) vidro, diamante, ar.

10. Uma folha de papel com um texto impresso está protegida por uma espessa placa de vidro. O índice de refração do ar é 1,0 e o do vidro 1,5. Se a placa tiver 3cm de espessura, a distância do topo da placa à imagem de uma letra do texto, quando observada na vertical, é:

- Se N(lente) > N(meio) - Lente Divergente - Fo<0 - Representação:

Lentes Esféricas: Construção de imagens em lentes convergentes 1º - Objeto antes do Ao;(Olho humano)

Imagem: - Real; - Invertida; - Menor.

a) 1 cm b) 2 cm c) 3 cm d) 4 cm

UNIDADE 9 LENTES ESFÉRICAS Lentes Esféricas: Associação de dois meios com refringências diferentes separados por duas superfícies curvas ou uma plana e outra curva. 22

 Lentes de Bordas Grossas:

2º - Objeto no Ao; (Máquina de Xerox)

Inclusão para a Vida Imagem: - Real; - Invertida; - Igual.

Física B Lentes Esféricas: Fórmulas

1 1 1 i p` f A     o p f p f p p` 3º - Objeto entre Ao e Fo;

Imagem: - Real; - Invertida; - Maior. 4º - Objeto no Fo;

Legenda: - F = Foco Objeto; - p’ = Distância Imagem à lente; - p = Distância Objeto à lente; - i = Tamanho da imagem; - o = Tamanho do objeto; - A = Aumento. F > 0 = Lente Convergente; F < 0 = Lente Divergente; p’ > 0 - imagem real – invertida; p < 0 - imagem virtual – direita; i > 0 - imagem direita – virtual; i < 0 - imagem invertida – real; A > 0 - Imagem Direita; A < 0 - Imagem Invertida. Lentes Esféricas: Vergência

V 

Imagem: - Imprópria.

1 f

Unidade para vergência: m-1 ou di (dioptria)

5º - Objeto entre Fo e O;

Defeitos da Visão Miopia É a condição em que os olhos podem ver objetos que estão perto, mas não é capaz de ver claramente objetos que estão longe. Na miopia, o foco das imagens ocorre antes da retina. A miopia tem tendência familiar. Geralmente a miopia aumenta durante a fase de crescimento.

Imagem: - Virtual; - Direita; - Maior; Lentes Esféricas: Construção de imagens em lentes divergentes  Caso Único;

Tratamento Óculos, lentes de contato ou cirurgia refrativa. A cirurgia refrativa procura modificar a curvatura da córnea, provocando achatamento da parte central, para que a imagem se forme na retina. Hipermetropia Nesta situação o olho é geralmente menor que o normal, dificultando para que o cristalino focalize na retina os objetos colocados próximo ao olho. Normalmente, as crianças são moderadamente hipermétropes, condição que diminui com a idade.

 Imagem: - Virtual; - Direita; - Menor.

Pró Universidade

Tratamento A hipermetropia pode ser tratada com óculos e lentes de contato.

Astigmatismo O astigmatismo geralmente é causado por irregularidade da córnea, e seu efeito é a distorção da imagem.

representam lentes com índice de refração n• imersas em meios de índice de refração n‚ sendo N a normal à superfície curva das lentes.

Tratamento A correção do astigmatismo pode ser feita por óculos ou por lentes de contato. Existem algumas técnicas cirúrgicas para reduzir grandes astigmatismos (semelhantes as da cirurgia de miopia). Presbiopia Acompanhando o envelhecimento, o cristalino perde aos poucos a elasticidade. Com isso, o olho fica sem capacidade de acomodar-se, ou seja, de conseguir foco para ler ou costurar. Esse processo começa a ser sentido por volta dos 40 anos.

Exercícios de Sala

Tratamento O uso de óculos para perto passa a ser necessário em quem antes enxergava bem. Os pacientes que já utilizavam óculos passam a precisar lentes diferentes para longe e para perto. Assim, podem usar óculos bifocal ou multifocal (para longe e para perto), ou um pequeno apenas para leitura.

Considerando essas informações, conclui-se que: a) a lente 1 é convergente se n2 < n1. b) a lente 1 é convergente se n2 > n1. c) a lente 2 é divergente se n2 > n1. d) a lente 2 é convergente se n2 < n1. e) as lentes 1 e 2 são convergentes se n1 = n2.

4. Um objeto (O) encontra-se em frente a uma lente. Que alternativa representa corretamente a formação da imagem (I)?



1. Um objeto colocado entre o centro e o foco de uma lente convergente produzirá uma imagem: a) virtual, reduzida e direita b) real, ampliada e invertida c) real, reduzida e invertida d) virtual, ampliada e direita

5. A glicerina é uma substância transparente, cujo índice

2. Na figura a seguir, representam-se vários raios luminosos que atravessam uma lente convergente. Dos cinco raios representados, indique aquele que está representado de maneira incorreta (F e F' são os focos da lente):

a) 4

b) 5

c) 1

Exercícios de Sala

d) 2

e) 3



3. Quando um raio de luz monocromático passa obliquamente pela superfície de separação de um meio para outro mais refringente, o raio aproxima-se da normal à superfície. Por essa razão, uma lente pode ser convergente ou divergente, dependendo do índice de refração do meio em que se encontra. As figuras 1 e 2 24

de refração é praticamente igual ao do vidro comum. Uma lente biconvexa de vidro é totalmente imersa num recipiente com glicerina. Qual das figuras a seguir melhor representa a transmissão de um feixe de luz através da lente?

6. 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 15cm do instrumento óptico.

Inclusão para a Vida

Nessas condições, podemos afirmar que o retângulo esconde: a) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é de 30cm. b) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de 45cm. c) uma lente divergente, e a distância da tela à lente é de 30cm. d) uma lente convergente, e a distância da tela à lente é de 30cm. e) um espelho côncavo, e a distância da tela ao espelho é de 45cm.

Física B 01. A distância entre o objeto e a lente é de 20 cm. 02. A distância focal da lente é de 7,5 cm. 04. A lente é convergente. 08. Uma lente divergente só pode formar imagens virtuais. 16. Uma lente convergente pode formar imagens reais e virtuais.

11. O esquema representa, em escala, uma lente divergente L, o eixo principal, o objeto O e os raios de luz r1 e r2 que são utilizados para localizar a imagem do objeto.

7. Um estudante, utilizando uma lente, consegue projetar a imagem da chama de uma vela em uma parede branca, dispondo a vela e a lente na frente da parede conforme a figura.

Acompanhe o traçado dos raios r1 e r2 para localizar a imagem do objeto e os focos da lente.

Assinale a(s) proposição(ões) correta(s).

12. As deficiências de visão são compensadas com o uso

01. Tanto uma lente convergente quanto uma lente divergente projetam a imagem de um ponto luminoso real na parede. 02. A lente é convergente, necessariamente, porque somente uma lente convergente fornece uma imagem real de um objeto luminoso real. 04. A imagem é virtual e direita. 08. A imagem é real e invertida. 16. A lente é divergente, e a imagem é virtual para que possa ser projetada na parede. 32. Se a lente é convergente, a imagem projetada na parede pode ser direita ou invertida. 64. A imagem é real, necessariamente, para que possa ser projetada na parede.

de lentes. As figuras a seguir mostram as seções retas de cinco lentes.

8. Um objeto é colocado a uma distância de 12cm de uma lente delgada convergente, de 8cm de distância focal. A distância, em centímetros, da imagem formada em relação à lente é: a) 24 b) 20 c) 12 d) 8 e) 4

( ( ( ( (

) O objeto tem 10 cm de comprimento ) O objeto está a 15 cm da lente. ) A imagem se forma a 20 cm da lente. ) A imagem tem 10 cm de comprimento. ) A distância focal da lente é 13 cm.

Considerando as representações acima, é correto afirmar que: a) as lentes I, III e V podem ser úteis para hipermetropes e as lentes II e IV para míopes. b) as lentes I, II e V podem ser úteis para hipermetropes e as lentes III e IV para míopes. c) as lentes I, II e III podem ser úteis para hipermetropes e as lentes IV e V para míopes. d) as lentes II e V podem ser úteis para hipermetropes e as lentes I, III e IV para míopes. e) as lentes I e V podem ser úteis para hipermetropes e as lentes II, III e IV para míopes.

Uma lente convergente de 2,00 dioptrias (popularmente 2,00 "graus") tem distância focal de: a) 500cm b) 200cm c) 100cm d) 50cm e) 20cm

10. Um objeto colocado próximo de uma lente projeta uma imagem de altura três vezes maior que ele e invertida. A distância entre o objeto e a imagem é de 40 cm.

13. Após examinar os olhos de Sílvia e de Paula, o oftalmologista apresenta suas conclusões a respeito da formação de imagens nos olhos de cada uma delas, na forma de diagramas esquemáticos, como mostrado nestas figuras:

Assinale a(s) proposição(ões) correta(s). Pró Universidade

Elementos de onda

crista

crista  nó

nó Com base nas informações contidas nessas figuras, é correto afirmar que: a) apenas Sílvia precisa corrigir a visão e, para isso, deve usar lentes divergentes. b) ambas precisam corrigir a visão e, para isso, Sílvia deve usar lentes convergentes e Paula, lentes divergentes. c) apenas Paula precisa corrigir a visão e, para isso, deve usar lentes convergentes. d) ambas precisam corrigir a visão e, para isso, Sílvia deve usar lentes divergentes e Paula, lentes convergentes.

UNIDADE 10

vale 

Amplitude da onda (A) – O maior valor da elongação, relacionada com a energia transportada pela onda. Frequência (f) – Número de oscilações executados por qualquer ponto da corda, por unidade de tempo. Período (T) - Tempo de uma oscilação completa de qualquer ponto da corda. Cristas e Vales- Os pontos A e B são denominados cristas e o ponto C é denominado vale. Comprimento de onda () – é a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos. Relações

V  . f

ONDULATÓRIA I

vale

1 T

Exercícios de Sala É uma perturbação que se propaga através de um meio. Uma onda transporta energia, sem o transporte de matéria. Classificação das ondas: a) Quanto à natureza: Mecânicas: São aquelas que necessitam de um meio material para sua propagação. Eletromagnéticas: São aquelas que não necessitam de meio material para se propagar. b) Quanto à direção de propagação: Unidimensionais: São aquelas que se propagam apenas em uma única direção. Bidimensionais: São aquelas que se propagam em duas direções, ou seja, em um plano. Tridimensionais: São aquelas que se propagam em todas as direções e sentidos. c) Quanto à direção de vibração: Transversais: São aquelas cuja direção de propagação é perpendicular à direção de vibração. Longitudinais: São aquelas cuja direção propagação coincide com a direção de vibração.

V 

 T



1. Considere as seguintes afirmações sobre o movimento ondulatório: I – Uma onda para a qual a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração é chamada de onda transversal. II – No vácuo todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma frequência. III – A propagação de uma onda envolve necessariamente transporte de energia. IV – A velocidade e a frequência de uma onda não se alteram quando ela passa de um meio para outro. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente a afirmativa III é verdadeira. c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são falsas.

2. Uma onda transversal periódica, cujo comprimento de onda é 40,0 cm, propaga-se com velocidade de 1,60 m/s ao longo de uma corda. O gráfico em papel quadriculado representa a forma dessa corda em um dado instante. Quais são a amplitude e o período da onda, respectivamente?

Inclusão para a Vida a) 7,5 cm e 0,25 s b) 15,0 cm e 0,25 s c) 7,5 cm e 4,00 s-1 d) 6,0 cm e 0,25 s e) 3,0 cm e 4,00 s

Tarefa Mínima

Física B d) Ondas sonoras são as únicas ondas longitudinais. e) Ondas de luz são as únicas ondas que se propagam no vácuo com velocidade de 300000 km/s.

7. Uma campainha emite som com frequência de 1 kHz.



O comprimento de onda dessa onda sonora é, em centímetros, igual a: a) 1 b) 7 c) 21 d) 34

3. Um menino na beira de um lago observou uma rolha

8. Analise as afirmativas a seguir relativas a diferentes

que flutuava na superfície da água, completando uma oscilação vertical a cada 2 s, devido à ocorrência de ondas. Esse menino estimou como sendo 3 m a distância entre duas cristas consecutivas. Com essas observações, o menino concluiu que a velocidade de propagação dessas ondas era de: a) 0,5 m/s. b) 1,0 m/s. c) 1,5 m/s. d) 3,0 m/s. e) 6,0 m/s.

ondas eletromagnéticas e indique qual é a correta. a) No vácuo, a radiação ultravioleta propaga-se com velocidade maior do que as microondas. b) No vácuo, a velocidade dos raios X é menor que a velocidade da luz azul. c) As ondas de rádio têm frequências maiores que a luz visível. d) Os raios X e raios γ têm frequências menores que a luz visível. e) A frequência da radiação infravermelha é menor que a frequência da luz verde.

4. Com relação ao movimento ondulatório, podemos

9. A faixa de emissão de rádio em frequência modulada

afirmar que: a) a velocidade de propagação da onda não depende do meio de propagação. b) a onda mecânica, ao se propagar, carrega consigo as partículas do meio. c) o comprimento de onda não se altera quando a onda muda de meio. d) a frequência da onda não se altera quando a onda muda de meio. e) as ondas eletromagnéticas somente se propagam no vácuo.

no Brasil vai de, aproximadamente, 88 MHz a 108 MHz. A razão entre o maior e o menor comprimento de onda desta faixa é: a) 1,2 b) 15 c) 0,63 d) 0,81 e) Impossível calcular não sendo dada a velocidade de propagação da onda

5. Considere as afirmações a seguir, a respeito da propagação de ondas em meios elásticos. I. Em uma onda longitudinal, as partículas do meio no qual ela se propaga vibram perpendicularmente à direção de propagação. II. A velocidade de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro. III. A frequência de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro. Está(ão) correta(s): a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas I e III.

6. São exemplos de ondas os raios X, os raios gama, as ondas de rádio, as ondas sonoras e as ondas de luz. Cada um desses cinco tipos de onda difere, de algum modo, dos demais. Qual das alternativas apresenta uma afirmação que diferencia corretamente o tipo de onda referido das demais ondas acima citadas? a) Raios X são as únicas ondas que não são visíveis. b) Raios gama são as únicas ondas transversais. c) Ondas de rádio são as únicas ondas que transportam energia. Pró Universidade

10. Numa experiência clássica, coloca-se dentro de uma campânula de vidro onde se faz o vácuo, uma lanterna acesa e um despertador que está despertando. A luz da lanterna é vista, mas o som do despertador não é ouvido. Isso acontece porque: a) o comprimento de onda da luz é menor que o do som. b) nossos olhos são mais sensíveis que nossos ouvidos. c) o som não se propaga no vácuo e a luz sim. d) a velocidade da luz é maior que a do som. e) o vidro da campânula serve de blindagem para o som, mas não para a luz.

UNIDADE 11 ONDULATÓRIA II Fenômenos ondulatórios Reflexão: Quando uma onda atinge uma superfície de separação de dois meios, e retorna ao meio de origem.

Quando a corda tem a extremidade fixa ocorre reflexão com inversão de fase. 27

Ondas estacionárias São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma frequência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos. Quando a corda tem a extremidade móvel ocorre reflexão sem inversão de fase. Refração: Uma onda, ao atingir a superfície de separação de dois meios, muda seu meio de propagação, alterando sua velocidade e seu comprimento de onda, mas mantendo constante sua frequência.

n  Quando a onda propaga-se em uma corda menos densa e atinge a superfície de separação de uma corda mais densa ocorre o fenômeno da reflexão e da refração. A reflexão ocorre com inversão de fase.

Quando a onda propaga-se em uma corda mais densa e atinge a superfície de separação de uma corda menos densa ocorre o fenômeno da reflexão e da refração. A reflexão ocorre sem inversão de fase. Difração: É o fenômeno que permite a uma onda contornar um obstáculo. Polarização: Ocorre quando uma onda, ao passar por um determinado obstáculo, passa a se propagar em uma direção. A polarização só ocorre com ONDAS TRANSVERSAIS. Interferência: É a sobreposição dos efeitos de várias ondas. Ou seja, mais de uma onda se encontra ao mesmo tempo, no mesmo lugar.

Interferência construtiva

Interferência destrutiva

2l n

Exercício de Sala

fn 

n.v 2l

f n  n. f o



1. Considere as seguintes afirmações sobre o movimento ondulatório: I – Uma onda para a qual a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração é chamada de onda transversal. II – No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma frequência. III – A propagação de uma onda envolve necessariamente transporte de energia. IV – A velocidade e a frequência de uma onda não se alteram quando ela passa de um meio para outro. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente a afirmativa III é verdadeira. c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são falsas.

Tarefa Mínima  2. Um candidato, no intuito de relaxar após ter preparado-se para as provas do Vestibular 2007, resolve surfar na praia da Joaquina em dia de ótimas ondas para a prática deste esporte.

Assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01. A onda do mar que conduzirá o surfista não possui nenhuma energia. 02. Ao praticar seu esporte, o surfista aproveita parte da energia disponível na onda e a transforma em energia cinética. 04. A lei da conservação da energia permite afirmar que toda a energia da onda do mar é aproveitada pelo surfista.

Inclusão para a Vida

Física B

08. Se o surfista duplicar sua velocidade, então a energia cinética do surfista será duas vezes maior. 16. Tanto a energia cinética como a energia potencial gravitacional são formas relevantes para o fenômeno da prática do surf numa prancha. 32. Por ser um tipo de onda mecânica, a onda do mar pode ser útil para gerar energia para consumo no dia a dia.

64. Estando o barco navegando com velocidade de 3,0 m/s na direção de propagação das ondas e no mesmo sentido delas, ele oscila uma vez a cada 10 segundos.

5. Dois pulsos, A e B, são produzidos em uma corda esticada que tem uma das extremidades fixada em uma parede, conforme mostra a figura abaixo.

3. A figura representa dois pulsos de onda, inicial-mente separados por 6,0 cm, propagando-se em um meio com velocidades iguais a 2,0 cm/s, em sentidos opostos.

Depois de o pulso A ter sofrido reflexão no ponto da corda fixo na parede, ocorrerá interferência entre os dois pulsos. É correto afirmar que a interferência entre esses dois pulsos é:

Considerando a situação proposição(ões) correta(s):

descrita,

assinale

a(s)

01.

Quando os pulsos se encontrarem, haverá interferência de um sobre o outro e eles não mais serão propagados. 02. Decorridos 2,0 segundos, haverá sobreposição dos pulsos e a amplitude será máxima nesse instante e igual a 2,0 cm. 04. Decorridos 2,0 segundos, haverá sobreposição dos pulsos e a amplitude será nula nesse instante. 08. Decorridos 8,0 segundos, os pulsos continuarão com a mesma velocidade e forma de onda, independentemente um do outro. 16. Inicialmente, as amplitudes dos pulsos são idênticas e iguais a 2,0 cm.

4. Em determinado dia na Lagoa da Conceição, em

a) destrutiva e, em seguida, os pulsos seguirão juntos, no sentido do pulso de maior energia. b) destrutiva e, em seguida, cada pulso seguirá seu caminho, mantendo suas amplitudes originais. c) construtiva e, em seguida, os pulsos seguirão juntos, no sentido do pulso de maior energia. d) construtiva e, em seguida, cada pulso seguirá seu caminho, mantendo suas amplitudes originais. e) destrutiva e, em seguida, os pulsos deixarão de existir, devido à absorção de energia durante a interação.

6. Para se estudar as propriedades das ondas num tanque de água, faz-se uma régua de madeira vibrar regularmente, tocando a superfície da água e produzindo uma série de cristas e vales que se deslocam da esquerda para a direita. Na figura a seguir estão esquematizadas duas barreiras verticais separadas por uma distância aproximadamente igual ao comprimento de onda das ondas.

Florianópolis, o vento produz ondas periódicas na água, de comprimento igual a 10 m, as quais se propagam com velocidade de 2,0 m/s. Um barco de 3,0 m de comprimento que está inicialmente ancorado e, após certo tempo, navegando, é atingido pelas ondas, que o fazem oscilar periodicamente. Assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01. Estando o barco ancorado ele é atingido por uma crista de onda e oscila uma vez a cada 5,0 segundos. 02. Estando o barco ancorado, ele oscila 5 vezes em cada segundo. 04. Estando o barco navegando com velocidade de 3,0 m/s na direção de propagação das ondas, mas em sentido contrário a elas, ele oscila uma vez a cada 2,0 segundos. 08. A frequência de oscilação do barco não depende da sua velocidade de navegação, mas somente da velocidade de propagação das ondas. 16. Se o barco tivesse um comprimento um pouco menor, a frequência da sua oscilação seria maior. 32. A frequência de oscilação do barco não depende do comprimento das ondas, mas somente da velocidade das mesmas e do barco. Pró Universidade

Após passas pela abertura, a onda apresenta modificação: a) em sua forma e em seu comprimento de onda. b) em sua forma e em sua velocidade. c) em sua velocidade e em seu comprimento de onda. d) somente em sua forma. e) somente em sua velocidade.

7. Com relação ao movimento ondulatório, podemos afirmar que: a) a velocidade de propagação da onda não depende do meio de propagação. b) a onda mecânica, ao se propagar, carrega consigo as partículas do meio. c) o comprimento de onda não se altera quando a onda muda de meio. 29

d) a frequência da onda não se altera quando a onda muda de meio. e) as ondas eletromagnéticas somente se propagam no vácuo.

8. A figura abaixo representa uma onda harmônica que se propaga, para a direita, em uma corda homogênea. No instante representado, considere os pontos da corda indicados: 1, 2, 3, 4 e 5. Assinale a afirmativa correta:

a) os pontos 1 e 3 têm velocidade nula. b) os pontos 2 e 5 têm velocidade máxima. c) o ponto 4 tem velocidade maior que o ponto 1. d) o ponto 2 tem velocidade maior que o ponto 3. e) os pontos 1 e 3 têm velocidade máxima.

9. Considere as afirmações a seguir, a respeito da propagação de ondas em meios elásticos. I. Em uma onda longitudinal, as partículas do meio no qual ela se propaga vibram perpendicularmente à direção de propagação. II. A velocidade de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro. III. A frequência de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro. Está(ão) correta(s): a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas I e III