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Centro Universitário SENAI CIMATEC Lista de Exercícios de Física B Sumário GRAVITAÇÃO ...................................................................................................................................................... 3 OSCILAÇÕES ........................................................................................................................................................ 7 MHS E PÊNDULOS ............................................................................................................................................. 10 MH AMORTECIDO E FORÇADO ......................................................................................................................... 13 CONCEITOS INICIAIS DE ONDAS ........................................................................................................................ 16 ONDAS .............................................................................................................................................................. 20 FLUÍDOS ............................................................................................................................................................ 25 TEMPERATURA E CALOR ................................................................................................................................... 31 TERMODINÂMICA ............................................................................................................................................... 2 ANEXO 1 ............................................................................................................................................................. 7 ANEXO 2 ........................................................................................................................................................... 14 ANEXO 3 ........................................................................................................................................................... 15 GABARITOS ....................................................................................................................................................... 18 Gravitação 1. Tanto o Sol quanto a Terra exercem uma força gravitacional sobre a Lua. Qual é a razão 𝐹𝑆𝑜𝑙/𝐹𝑇𝑒𝑟𝑟𝑎 entre as duas forças? (A distância média entre o Sol e a Lua é igual à distância média entre o Sol e a Terra.) 2. Na Figura, um quadrado com 20,0 cm de lado é formado por quatro esferas de massas 𝑚1 = 5,00 𝑔, 𝑚2 = 3,00 𝑔, 𝑚3 = 1,00 𝑔 e 𝑚4 = 5,00 𝑔. Na notação dos vetores unitários, qual é a força gravitacional exercida pelas esferas sobre uma esfera central de massa 𝑚5 = 2,50 𝑔? 3. Na Figura, três esferas de 5,00 𝑘𝑔 estão localizadas a distâncias 𝑑1 = 0,300 𝑚 e 𝑑2 = 0,400 𝑚. (a) Qual é o módulo e (b) qual a orientação (em relação ao semieixo 𝑥 positivo) da força gravitacional total que as esferas A e C exercem sobre a esfera B? 4. Como mostra a Figura, duas esferas de massa 𝑚 e uma terceira esfera de massa 𝑀 formam um triângulo equilátero, e uma quarta esfera de massa 𝑚4 ocupa o centro do triângulo. A força gravitacional total exercida pelas outras três esferas sobre a esfera central é zero. (a) Qual é o valor de 𝑀 em termos de 𝑚? (b) Se o valor de 𝑚4 for multiplicado por dois, qual será valor da força gravitacional a que estará submetida a esfera central? 5. A Figura mostra duas cascas esféricas concêntricas homogêneas de massas 𝑀1 e 𝑀2. Determine o módulo da força gravitacional a que está sujeita uma partícula de massa 𝑚 situada a uma distância (a) 𝑎, (b) 𝑏 e (c) 𝑐 do centro comum das cascas. 6. A Figura mostra a função energia potencial U(r) de um projétil em função da distância da superfície de um planeta de raio 𝑅𝑠. Qual é a menor energia cinética necessária para que um projétil lançado da superfície “escape” do planeta? 7. As três esferas da Figura, de massas 𝑚𝐴 = 80 𝑔, 𝑚𝐵 = 10 𝑔 e 𝑚𝐶 = 20 𝑔, têm os centros em uma mesma reta, com 𝐿 = 12 𝑐𝑚 e 𝑑 = 4,0 𝑐𝑚. Você desloca a esfera B ao longo da reta até que a distância entre os centros da esfera B e da esfera C seja 𝑑 = 4,0 𝑐𝑚. Qual é o trabalho realizado sobre a esfera B (a) por você e (b) pela força gravitacional das esferas 𝐴 e 𝐶? 8. No espaço sideral, a esfera A, com 20 𝑘𝑔 de massa, está na origem de um eixo 𝑥 e a esfera 𝐵, com 10 𝑘𝑔 de massa, está no mesmo eixo em 𝑥 = 0,80 𝑚. A esfera 𝐵 é liberada a partir do repouso enquanto a esfera 𝐴 é mantida fixa na origem. (a) Qual é a energia potencial gravitacional do sistema das duas esferas no momento em que a esfera 𝐵 é liberada? (b) Qual é a energia cinética da esfera 𝐵 após ter se deslocado 0,20 𝑚 em direção à esfera 𝐴? Oscilações 1. Um bloco de 1,2 𝑘𝑔 que desliza em uma superfície horizontal sem atrito, está preso a uma mola horizontal com 𝑘 = 480 𝑁/𝑚. Seja x o deslocamento do bloco a partir da posição na qual a mola se encontra relaxada. No instante 𝑡 = 0, o bloco passa pelo ponto 𝑥 = 0 com uma velocidade de 5,2 𝑚/𝑠 no sentido positivo de 𝑥. a) Qual a frequência de oscilação? b) Qual a amplitude do movimento do bloco? c) Escreva uma expressão para o deslocamento 𝑥 em função do tempo. 2. Um bloco de 0,10 𝑘𝑔 oscila em linha reta em uma superfície horizontal sem atrito. O deslocamento em relação à origem é dada por: 𝑥 = (10 𝑐𝑚)cos [(10 𝑟𝑎𝑑 𝑠 ) 𝑡 + 𝜋 2 𝑟𝑎𝑑] a) Qual a frequência de oscilação? b) Qual a velocidade máxima do bloco? c) Para qual o valor x a velocidade é máxima? d) Qual é o módulo 𝑎m da aceleração máxima do bloco? e) Para qual valor de x a aceleração é máxima? 3. A ponta de um diapasão executa um MHS com uma frequência de 1000 Hz e uma amplitude de 0,40 mm. Para essa ponta qual é o módulo: a) Da aceleração máxima? b) Da velocidade máxima? c) Da aceleração quando o deslocamento é 0,20 mm? d) Da velocidade quando o deslocamento é 0,20 mm? 4. Seja um corpo de 0,4 𝑘𝑔 ligado a uma mola de constante elástica de 12 𝑁/𝑚, oscilando com uma amplitude de 8 𝑐𝑚. Calcule: a) A velocidade máxima do corpo b) Os módulos da velocidade e da aceleração do corpo quando estiver na posição 𝑥 = 4𝑐𝑚 em relação à posição de equilíbrio 𝑥 = 0. 5. Um bloco de 0,25 𝑘𝑔 oscila na extremidade de uma mola cuja constante elástica é 200 𝑁/𝑚. Se as oscilações forem iniciadas alongando a mola 0,15 𝑚 e dando ao bloco uma velocidade inicial de 5 𝑚/𝑠, a amplitude das oscilações será de: a) 15 𝑐𝑚 b) 10 𝑐𝑚 c) 23 𝑐𝑚 d) 8 𝑐𝑚 e) 18 𝑐𝑚 6. Um objeto atrelado a uma mola começa a oscilar depois de receber uma velocidade inicial quando está na posição de equilíbrio. A velocidade inicial é v no primeiro experimento e 2v no segundo. Podemos afirmar que no segundo experimento, a) a amplitude é o dobro da anterior e a aceleração máxima é o dobro da anterior. b) a amplitude é quatro vezes maior e a aceleração máxima é o dobro da anterior. c) a amplitude é o dobro da anterior e a aceleração máxima é metade da anterior. d) a amplitude é metade da anterior e a aceleração máxima é o dobro da anterior. e) a amplitude é quatro vezes maior e a aceleração máxima também é quatro vezes maior que a anterior. 7. O gráfico mostra o movimento oscilatório de três molas diferentes presas a objetos de mesma massa. Qual das molas tem menor constante elástica? a) A mola 1 b) As três molastêm a mesma constante elástica c) As molas 2 e 3 empatadas d) A mola 2 e) A mola 3 8. A figura abaixo mostra a oscilação de um corpo com massa 0,5 kg preso a uma mola. Qual a equação que descreve 𝑥(𝑡)? a) 10 cos(10𝑡 − 𝜋 4⁄ ) 𝑐𝑚 b) 10 cos(20𝑡 + 𝜋 4⁄ ) 𝑐𝑚 c) 5√2 cos(20𝑡 + 𝜋 4⁄ ) 𝑐𝑚 d) 10 cos(10𝑡 + 𝜋 4⁄ ) 𝑐𝑚 MHS e Pêndulos 1. Um sistema massa-mola está oscilando com amplitude A. A energia cinética é igual à energia potencial apena nos instantes em que o deslocamento é? 2. Um corpo oscila em torno de um ponto com MHS de amplitude 30 cm. O valor absoluto da elongação do movimento do corpo, no instante em que a energia cinética é igual a ¼ da energia mecânica, é aproximadamente: 3. Uma artista de circo, sentada em um trapézio, está balançando com um período de 8,85 s. Quando fica de pé, eleva 35 cm o centro de massa do sistema trapézio + artista, qual é o novo período do sistema? Trate o sistema trapézio + artista como um pêndulo simples. 4. Na figura abaixo um pêndulo físico é formado por um disco uniforme de raio 𝑅 = 2,35 𝑐𝑚 sustentado em um plano vertical por um pino situado a uma distância 𝑑 = 1,75 𝑐𝑚 do centro do disco. O disco é deslocado de um pequeno ângulo e liberado. Qual é o período do movimento harmônico simples resultante? 5. Um disco metálico fino de massa igual a 2,0 × 10−3Kg e raio igual a 2,20cm está suspenso em seu centro por uma longa fibra. O disco, depois de torcido e libertado, oscila com período igual a 1s. Calcule a constante de torção do fio. 6. Suponha um disco homogêneo, de raio 𝑅 = 0,4𝑚 e massa de 4kg, com pequeno orifício a uma distância d do centro do disco. Por este orifício passa um eixo em torno do qual o disco pode oscilar. Qual a distância d em cm para que o período do pêndulo seja de 2,0s? Use 𝑔 = 10𝑚/𝑠2. 7. Uma partícula realiza um MHS segundo a equação 𝑥 = 2 cos( 𝜋 2 + 𝜋 2 𝑡). A partir da posição de elongação máxima, calcule o menor tempo que esta partícula gastará para passar pela posição de equilíbrio. 8. Um sistema massa-mola realizando um movimento harmônico simples de período 1s tem energia total igual a 16J. Se sua massa é igual a 2Kg, então sua aceleração máxima, em 𝑚/𝑠2, é de intensidade igual a a) 8𝜋 b) 8 c) 4 d) 2 e) 1 9. O movimento do pistão no interior do motor de um carro é aproximadamente um MHS. Sabendo que o percurso (o dobro da amplitude) é igual a 0,1 m e que o motor gira com 2500 rev/min, calcule a aceleração do pistão no ponto final do percurso (em unidade de 103 m/s2). a) 0,86 b) 0,42 c) 1,71 d) 6,72 e) 3,43 10. Qual deve ser o comprimento de um pêndulo simples para que ele oscile com o mesmo período que um pêndulo físico constituído por um disco homogêneo de raio 0,3 m e distância do eixo de giro ao centro de massa de d = 20 cm? a) 0,825 m b) 0,425 m c) 0,225 m d) 0,115 m e) 1,015 m 11. Considere três pêndulos de torção, de massa m. O primeiro é formado por um disco suspenso pelo centro, o segundo por uma esfera oca e o terceiro por uma barra suspensa pelo centro. O diâmetro do disco e da esfera é igual ao comprimento da barra. Os três fis são iguais. Qual é o pêndulo que oscila mais depressa ou quais são os pêndulos que oscilam mais depressa? a) Os três pêndulos oscilam com a mesma velocidade. b) Os pêndulos que contém o disco e a barra, que oscila com a mesma frequência. c) O que contém a barra d) O que contém a esfera e) O que contém o disco MH Amortecido e Forçado 1. Diversos sistemas físicos amortecidos encontrados em engenharia podem ter seu comportamento expresso por meio de equações diferenciais ordinárias não-homogêneas de segunda ordem. A resolução desse tipo de equação envolve a obtenção da resposta yh(t) da equação diferencial homogênea associada, que expressa o comportamento do sistema livre de excitações externas, e a obtenção de uma solução particular yp(t) da equação não-homogênea. A soma de yp(t) e yh(t) fornece a solução geral da equação não- homogênea. A resposta livre permite identificar a frequência das oscilações amortecidas (f) e a constante de amortecimento (k) do sistema. Considere que a resposta livre de um sistema seja dada pela função 𝑦ℎ(𝑡) = 5𝑒 −𝑘𝑡cos (2𝜋𝑓𝑡), cujo gráfico está ilustrado a seguir. A frequência das oscilações amortecidas do sistema cuja resposta livre está apresentada no texto é igual a: a) 0,1 Hz b) 0,15 Hz c) 𝜋 𝑟𝑎𝑑/𝑠 d) 10 rad/s e) 10 Hz 2. Considere um dispositivo formado por um bloco de massa 𝑀 atado a uma mola cuja constante vale 20 𝑁/𝑚 e a massa é desprezível, em repouso sobre uma mesa horizontal na posição de equilíbrio. Este sistema é atingido por uma pequena bola de 40 𝑔 de argila, que se movimenta a 60 𝑚/𝑠, resultando em um movimento descrito por − 𝑑𝑥 𝑑𝑡 − 20𝑥 = 2 𝑑2𝑥 𝑑𝑡2 . Se a bola ficar grudada no bloco, encontre a expressão para o deslocamento do sistema oscilatório. 3. Um sistema corpo + mola, francamente amortecido, oscila a 200 Hz. A constante de tempo do sistema 𝜏 = ( 𝑚 𝑏 ) é de 2,0 s. No instante t=0, a amplitude de oscilação é de 6,0 cm e a energia do sistema oscilante é de 60 J. a) Que amplitude tem as oscilações nos instantes t = 2,0 s e t = 4,0 s? b) Que energia é dissipada no primeiro e no segundo intervalo de 2,0 s? 4. Em um oscilador amortecido com m = 250 g, k = 85 N/m e b = 70 g/s, qual é a razão entre a amplitude das oscilações amortecidas e a amplitude inicial após 20 ciclos? 5. Interprete o gráfico abaixo e faça relação com a teoria física e dê um exemplo. 6. Cinco partículas executam um movimento harmônico amortecido. Cinco conjuntos diferentes de valores da constante elástica k, da constante de amortecimento b e da massa m são dados a seguir. Para qual desses conjuntos a energia mecânica leva mais tempo para atingir um quarto do valor inicial? a) 𝒌𝟎, 𝒃𝟎, 𝒎𝟎. b) 𝟑𝒌𝟎, 𝟐𝒃𝟎, 𝒎𝟎. c) 𝒌𝟎 𝟐 , 𝟔𝒃𝟎, 𝟐𝒎𝟎. d) 𝟒𝒌𝟎, 𝒃𝟎, 𝟐𝒎𝟎. e) 𝒌𝟎, 𝒃𝟎, 𝟏𝟎𝒎𝟎. 7. Uma partícula está executando um movimento harmônico amortecido. A constante elástica é 100 N/m, a constante de amortecimento é 8,0 x 10-3 kg/s e a massa da partícula parte do ponto de maior deslocamento, x = 1,5 m no instante t = 0, qual é a frequência angular das oscilações? 8. Uma massa de 50g está presa na extremidade de uma mola cuja constante k=50N/m. Seu deslocamento inicial é igual a 0.3m. Uma força de amortecimento 𝐹𝑥 = −𝑏𝑣𝑥 atua sobre a massa e a amplitude do movimento diminui para 0,1m em 5s. Determine o modulo da constante de amortecimento b. 9. Dado o sistema oscilante com frequência de 10Hz, massa de 200g e constante de amortecimento 𝑏 = 2𝑘𝑔/𝑠, determine a razão entre a amplitude das oscilações amortecidas após 5 ciclos e a amplitude amortecida após 1 ciclo. 10. Uma partícula está executando um movimento harmônico amortecido. A constante elástica é 100 N/m, a constante de amortecimento é 8 × 10−3kg/s e a massa da partícula é 0,05 kg. Se a partícula parte do ponto de maior deslocamento, x = 1,5 m, no instante t = 0, qual é a amplitude do movimento no instante t = 5s. a) 1,5 m. b) 1,3 m. c) 1,0 m. d) 0,67 m. e) 0,24 m. 11. Uma mola de massa desprezível e constante k = 400 N/m está suspensa verticalmente, e um prato de 0,2 kg está suspenso em sua extremidade inferior. Um açougueiro deixa cair sobre o prato, de uma altura de 0,4 m, uma posta de carne de 2,2 kg. A posta de carne produz uma colisão totalmente inelástica com o prato e faz o sistema executar um MHS. O valor aproximado da amplitude da oscilação do sistema pouco tempo depois da carne atingir o prato é: a) 0,1 m b) 0,5 m c) 0,4 m d) 0,3 m e) 0,2m 12. Considere uma situação em que você está examinando as características do sistema de suspensão de um mini automóvel. Suponha que a massa total seja de 500 kg e a constante elástica equivalente da suspensão seja k = 50000 N/m. Após a primeira oscilação completa, a amplitude da oscilação do veículo diminui 50%. Considerando um amortecimento fraco, o valor do coeficiente de amortecimento do sistema é aproximadamente: a) 780 kg/s b) 3500 kg/s c) 2200 kg/s d) 1100 kg/s e) 480 kg/s 13. Um oscilador harmônico consiste em um bloco de massa 2 kg, uma mola de constante elástica 10 N/m e uma força de amortecimento F = - bv. Devido ao amortecimento, a amplitude é reduzida para três quartos do seu valor inicial, quando são completadas quatro oscilações. Qual o valor de b? a) 0,613 kg/s b) 0,102 kg/s c) 0,305 kg/s d) 1,348 kg/s e) 0,863 kg/s Conceitos iniciais de Ondas 1. Se uma onda senoidal está se propagando em uma corda, qualquer ponto da corda se move com aceleração máxima quando: a) Sua velocidade é máxima. b) Seu deslocamento é máximo. c) Seu deslocamento é zero. d) Seu deslocamento é metade da amplitude. e) Seu deslocamento é um quarto da amplitude. 2. A velocidade de uma onda senoidal em uma corda depende: a) Da frequência da onda. b) Do comprimento de onda da corda. c) Do comprimento da corda. d) Da força de tração da corda. e) Da amplitude da onda. 3. Uma fonte de frequência 𝑓 produz uma onda de comprimento de onda 𝜆 que se propaga com velocidade 𝜐 em um dado meio. Se a frequência for aumentada para 2𝑓, o novo comprimento de onda e a nova velocidade serão, respectivamente, a) 2λ e υ. b) λ 2 𝑒 𝜐. c) λ e 2υ. d) λ e υ/2. e) λ 2 e 2υ. 𝑣 = 𝜆𝑓 𝑓 = 𝑣 𝜆 → 2𝑓 = 2𝑣 𝜆 Logo, se 2𝑓 → 2𝑣 e 𝜆; ou 𝜆/2 e 𝑣. 4. Uma onda senoidal se propaga em uma corda com uma velocidade de 40 cm/s. O deslocamento da corda em 𝑥 = 10𝑐𝑚 varia com o tempo de acordo com a equação 𝑦 = (5,0 𝑐𝑚)sin [1,0 − (4,0 𝑠−1)𝑡]. A massa específica linear da corda é 4,0 g/cm. Se a equação da onda é da forma 𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝑦𝑚sin (𝜅𝑥 ± 𝜔𝑡), responda as seguintes perguntas. a) Qual é o comprimento de onda e a frequência da onda? b) Qual a tração da corda? c) Qual é a amplitude da onda? 5. Uma onda transversal senoidal se propaga em uma corda no sentido negativo do eixo 𝑥. A figura abaixo mostra um gráfico do deslocamento em função da posição no instante 𝑡 = 0; a escala do eixo 𝑦 é definida por 𝑦𝑠 = 4,0 𝑐𝑚. A tração da corda é 3,6 𝑁 e a massa específica linear é 25 𝑔/𝑚. Determine: a) A amplitude da corda; b) O comprimento de onda; c) O período; d) A velocidade transversal máxima de uma partícula da corda. 6. A tabela a seguir mostra as equações de três ondas que se propagam em cordas separadas. Escolha a opção em que as ondas estão em ordem crescente da máxima velocidade transversal. Onda 1: 𝑦(𝑥, 𝑡) = (2,0 𝑚𝑚)sin [(4,0 𝑚−1)𝑥 − (3,0 𝑠−1)𝑡] Onda 2: 𝑦(𝑥, 𝑡) = (1,0 𝑚𝑚)sin [(8,0 𝑚−1)𝑥 − (4,0 𝑠−1)𝑡] Onda 3: 𝑦(𝑥, 𝑡) = (1,0 𝑚𝑚)sin [(4,0 𝑚−1)𝑥 − (8,0 𝑠−1)𝑡] a) 1,2,3 b) 1,3,2 c) 2,1,3 d) 2,3,1 e) 3,1,2 7. Um fio de 100 g é mantido sob uma tração de 250 N com uma extremidade em 𝑥 = 10,0 𝑚. No instante t= 0, o pulso 1 começa a se propagar no fio a partir do ponto 𝑥 = 10,0 𝑚. No instante t= 30 ms, o pulso 1 começa a se propagar no fio a partir do ponto 𝑥 = 0. Em que ponto 𝑥 os pulsos começam a se superpor? A seguir são apresentadas as equações de três ondas progressivas senoidais. Em que x está em metros e t em segundos. Entre essas ondas, Onda 1: 𝑦(𝑥, 𝑡) = 2𝑐𝑚 sin (3𝑥 − 6𝑡) Onda 2: 𝑦(𝑥, 𝑡) = 3𝑐𝑚 sin (4𝑥 − 12𝑡) Onda 3: 𝑦(𝑥, 𝑡) = 4𝑐𝑚 sin (5𝑥 − 11𝑡) a) A onda 1 é a que tem maior velocidade de propagação e a que produz a maior velocidade transversal dos pontos da corda. b) A onda 2 é a que tem a maior velocidade de propagação e a onda 1 é a que produz a maior velocidade transversal dos pontos da corda. c) A onda 3 é a que tem a maior velocidade de propagação e a que produz a maior velocidade transversal dos pontos da corda. d) A onda 2 é a que tem a maior velocidade de propagação e a onda 3 é a que produz a maior velocidade transversal dos pontos da corda. e) A onda 3 é a que tem maior velocidade de propagação e a onda 2 é a que produz a maior velocidade transversal dos pontos da corda. 8. Uma onda senoidal transversal que se propaga no sentido negativo do eixo x tem uma amplitude de 1 cm, uma frequência de 550 Hz e uma velocidade de 330 m/s. Se a equação da onda é da forma 𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝑦𝑚sin (𝑘𝑥 ± 𝜔𝑡), determine: a) 𝑦𝑚. b) 𝜔. c) 𝜅. d) O sinal que precede 𝜔. 9. Um cabo de aço com 2 m de comprimento e 200 g de massa com tração de 40N. A velocidade transversal máxima dos elementos do cabo é: a) 1m/s b) 2m/s c) 4m/s d) 20m/s e) Não há informações suficientes para calcular. 10. Analise as afirmativas abaixo. I – A velocidade de propagação de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para o outro. II – Nas ondas longitudinais, as partículas do meio vibram na mesma direção de propagação das ondas. III – A frequência de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para o outro. IV – O som é uma onda eletromagnética, pois se propaga no vácuo. Dessas afirmativas estão corretas apenas a) I, II, IV. b) II e IV. c) II e III. d) I e II. e) III e IV. 11. Um conta gotas situado a uma certa altura acima da superfície de um lago deixa cair sobre ele uma gota de água a cada três segundos. Se as gotas passarem a cair na razão de uma gota a cada dois segundos, as ondas produzidas na água terão menor a) amplitude b) frequência c) comprimento de onda d) velocidade e) massa específica 12. Analise as afirmativas a seguir: I. - A velocidade de propagação de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro; II. - Nas ondas longitudinais, as partículas do meio vibram na mesma direção de propagação da onda. III. - A frequência de uma onda não se altera quando ela passa de um meio para outro. IV. O som é uma onda eletromagnética, pois, se propaga no vácuo. É correto apenas o que se afirma em a) I e II. b) III e IV. c) II e III. d) I, II e IV. e) II e IV. 13. Três cordas são feitas do mesmo material. A corda 1 tem comprimento 3L e força de tração T, a corda 2 tem comprimento 2L e força de tração 2T e a corda 3 tem comprimento 3L e força de tração 3T. Um pulso é produzido na extremidade de cada corda. Se os pulsos são produzidos ao mesmo tempo, a ordem em que eles chegam à outra extremidade das cordas é a) 1, 2, 3 b) 2, 3, 1 c) 3, 1, 2 d) 3, 2, 1 e) chegam ao mesmo tempo Ondas 1. Balançando um barco, um menino produz ondas na superfície de um lago até então quieto. Ele observa que o barco realiza 12 oscilações em 20 s, cada oscilação produzindo uma crista de onda 15 cm acima da superfície do lago. Observa ainda que uma determinada crista de onda chega à terra, a doze metros de distância, em 6,0 s. Encontre: a) O período; b) A velocidade escalar; c) O comprimento de onda; d) A amplitude desta onda. 2. A equação de onda para uma onda é dada por: 𝜕 2𝑦(𝑥,𝑡) 𝜕2𝑥 − 1 25𝑋104 𝜕2𝑦(𝑥,𝑡) 𝜕2𝑡 = 0 , com x em metros e t em segundos. a) Qual a velocidade de propagação dessa onda? b) Escreva uma função de onda para uma onda de frequência 750 Hz e amplitude de 3,00 cm que obedeça a equação acima. 3. Uma corda uniforme, de 20 m de comprimento e massa de 2,0 kg, está esticada sob uma tensão de 10 N. Faz-se oscilar, transversalmente, uma extremidade da corda, com amplitude de 3,0 cm e frequência de 5,0 oscilações por segundo. O deslocamento inicial da extremidade é de 1,5 cm para cima. a) Achea velocidade de propagação v e o comprimento de onda 𝜆 da onda progressiva gerada na corda. b) Escreva, como função do tempo, o deslocamento transversal y de um ponto situado à distância x da extremidade que se faz oscilar, após ser atingido pela onda e antes que ela chegue à outra extremidade. c) Calcule a intensidade Ι da onda progressiva gerada. 4. Ondas senoidais estão se propagando em cinco cordas iguais. Quatro das cordas estão submetidas à mesma tração, mas a quinta corda está submetida a uma tração diferente. Use as funções que representam as ondas, dadas a seguir, para identificar a corda que está submetida a uma tração diferente. Nas expressões que se seguem, x e y estão em centímetros e t está em segundos. a) 𝑦(𝑥, 𝑡) = (2𝑐𝑚)𝑠𝑖𝑛 (2𝑥 − 4𝑡) b) 𝑦(𝑥, 𝑡) = (2𝑐𝑚)𝑠𝑖𝑛 (4𝑥 − 10𝑡) c) 𝑦(𝑥, 𝑡) = (2𝑐𝑚)𝑠𝑖𝑛 (6𝑥 − 12𝑡) d) 𝑦(𝑥, 𝑡) = (2𝑐𝑚)𝑠𝑖𝑛 (8𝑥 − 16𝑡) e) 𝑦(𝑥, 𝑡) = (2𝑐𝑚)𝑠𝑖𝑛 (10𝑥 − 20𝑡) 5. O tempo necessário para que um pulso de pequena amplitude se propague do ponto A ao ponto B de uma corda esticada NÃO DEPENDE: a) Da massa específica da corda. b) Da distância entre o ponto A e o ponto B. c) Da forma do pulso. d) Da tração da corda. e) Nenhuma das respostas anteriores (o tempo depende de todos os parâmetros citados). 6. Três cordas são feitas do mesmo material. A corda 1 tem comprimento L e está sujeita a uma tração 𝑇, a corda 2 tem um comprimento 2L e está sujeita a uma tração 2 𝑇, e a corda 3 tem um comprimento 3L e está sujeita a uma tração 3 𝑇. Um pulso é produzido em uma extremidade de cada corda. Se os pulsos são produzidos no mesmo instante, a ordem em que elas chegam na outra extremidade das respectivas cordas é: a) 1,2,3 b) 3,2,1 c) 2,3,1 d) 3,1,2 e) Todos empatados. 7. Duas cordas iguais, submetidas à mesma força de tração, estão excitadas com ondas senoidais de mesma amplitude. Se a onda A tem uma frequência duas vezes maior que a onda B, ela transporta energia a uma taxa que é _____________ que a da onda B. a) Duas vezes menor b) Duas vezes maior c) Quatro vezes menor d) Quatro vezes maior e) Oito vezes maior 8. O deslocamento de um elemento de uma corda é dado por 𝑦(𝑥, 𝑡) = 4,3sin (1,2𝑥 − 4,7𝑡 − 𝜋 3 ), com 𝑥 em metros e 𝑡 em segundos. Dado que 𝜕2𝑦(𝑥,𝑡) 𝜕2𝑥 = 1 𝜐2 𝜕2𝑦(𝑥,𝑡) 𝜕2𝑡 , qual é o valor de 𝜐? a) 0,065 m/s b) 0,25 m/s c) 2,0 m/s d) 3,9 m/s e) 15 m/s 9. Duas ondas senoidais têm a mesma frequência angular, a mesma amplitude 𝑦𝑚 e se propagam no mesmo meio e na mesma direção. Se a diferença de fase das ondas é 50º, a amplitude da onda resultante é: a) 0,64 𝑦𝑚 b) 1,3 𝑦𝑚 c) 0,91 𝑦𝑚 d) 1,8 𝑦𝑚 e) 0,35 𝑦𝑚 10. Uma onda se propaga em uma corda, representada na figura abaixo em dois momentos sucessivos. O intervalo de tempo entre esses dois momentos é de 0,2 s. Com relação à propagação dessa onda, foram feitas as afirmativas a seguir: I – A velocidade da onda é 40 cm/s II – A frequência da onda é 1,25 Hz III – As ondas estão defasadas em 𝜋 2 IV – As ondas estão deslocadas de meio comprimento de onda. É verdade apenas o que se afirma em a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV. 11. Uma onda harmônica em um cabo é dada pela expressão 𝑦(𝑥, 𝑡) = (0,0043) sin ( 2𝜋 0,82 × (𝑥 + 12𝑡)). a) Quais são a amplitude, comprimento de onda, velocidade, período, número de onda, frequência e frequência angular. b) Qual é o sentido da propagação da onde? c) Determine a posição, velocidade e aceleração transversais no elemento do cabo localizado em 𝑥 = 0,68𝑚 no instante𝑡 = 0,41𝑠. 12. As curvas A e B representam duas fotografias sucessivas de uma corda na qual se propaga um pulso. O intervalo de tempo entre as fotografias é menor que o período da onda e 0,1s. Calcule a velocidade de propagação da onda na corda e a velocidade de um elemento de corda no ponto C. 13. O deslocamento de uma corda na qual se propaga uma onda senoidal é dado por 𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝑦𝑚 sin 𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 − 2𝜙). Se no instante t = 0, o ponto situado em x = 0 tem velocidade 0 e deslocamento positivo. A constante de fase 𝜙 é a) 45° b) 90° c) 135° d) 180° e) 270° 14. Uma onda senoidal é produzida em uma corda com uma massa especifica linear de 2 g/m. Enquanto a onda se propaga, a energia cinética dos elementos de massa ao longo da corda varia. A figura (a) mostra a taxa dK/dt com a qual a energia cinética passa pelos elementos da corda em um certo instante, em função da distância x ao longo da corda. A figura (b) é semelhante, exceto pelo fato de que mostra a taxa com a qual a energia cinética por um certo elemento de massa, em função do tempo t. Nos dois casos, a escala do eixo vertical é definida por 𝑅𝑠 = 10𝑊. Qual é a amplitude da onda? 15. (PETROBRÁS - 2018 ADAPTADO) Um motor com massa de 10 kg é instalado sobre uma base elástica cuja rigidez (constante elástica) K = 100KN/m. Considerando-se esse sistema com um grau de liberdade (move-se apenas em um eixo, como um sistema massa- mola unidimensional), a rotação do motor em RPM (rotações ou ciclos por minuto), que leva o sistema à ressonância, estará na faixa de: a) 80 a 100 b) 400 600 c) 800 a 1000 d) 4000 a 6000 e) 8000 a 10000 16. Duas ondas transversais de mesma frequência, f =100 Hz são produzidas numa corda de densidade 8,00 g/cm, submetida a uma tensão T = 500 N. As ondas são dadas por 𝑦1(𝑥, 𝑡) = 𝐴 sin(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 + 𝜋 2⁄ ) e 𝑦2(𝑥, 𝑡) = 𝐴 sin(−𝜔𝑡 + 𝑘𝑥), onde A = 2,00 mm. Calcule a intensidade da resultante. 17. Ao se propagar em uma corda, uma onda perturba o meio causando um movimento oscilatório nos elementos de corda. Determine o módulo da velocidade transversal de um desses elementos que se encontra na posição 0,8 𝑥𝑚 em função da velocidade máxima 𝑣𝑚. 18. Sabendo-se que 𝑦1 = 𝐴𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡), 𝑦2 = 𝐴 cos(𝜔𝑡 + 𝜋 2⁄ ) 𝑒 𝑦3 = 𝐴√2cos (𝜔𝑡 + 3𝜋 4⁄ ), qual é a resultante as superposição das três ondas? a) 2𝐴𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 + 𝜋) b) 2𝐴𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 + 3𝜋 4⁄ ) c) 𝐴√2𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 + 3𝜋 4⁄ ) d) 𝐴𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 + 𝜋 2⁄ ) e) 2𝐴𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 + 𝜋 2⁄ ) 19. A figura abaixo representa o perfil de uma onda transversal que se propaga. Os valores da amplitude, do comprimento e da velocidade da onda, sabendo que sua frequência é 100 Hz, respectivamente, são: a) 20cm; 10cm e 40m/s. b) 10cm; 20cm e 1500cm/s. c) 0,10m; 20cm e 30m/s . d) 10cm; 20cm e 2000cm/s. e) 20cm; 20cm e 20m/s. 20. Se a máxima velocidade transversal dos pontos de uma corda na qual se propaga uma onda senoidal é 𝑉𝑚, quando o deslocamento de um ponto da corda é 1/8 do valor máximo, a velocidade do ponto é: a) √63 8 𝑉𝑚 b) √3 8 𝑉𝑚 c) 𝑉𝑚 d) 7 8 𝑉𝑚 e) 𝑉𝑚 8 Fluídos 1. A área da seção reta de um oleoduto muda bruscamente em um certo ponto, como mostra a figura. No lado A, em que o raio do cano é 7,0 cm, o escoamento mássico do óleo é 0,025 𝑘𝑔/𝑠. Qual é o escoamento mássico no lado B, onde o raio do cano é 3,5 cm? a) 0,013 kg/s b) 0,025 kg/s c) 0,038 kg/s d) 0,050 kg/s e) 0,10 kg/s 2. A água (massa específica: 1,0 x 103 kg/m3) escoa no regime estacionário em um cano cilíndrico com um raio de 1,5 cm com uma velocidade de 7,0 m/s. A vazão mássica da água é: a) 2,5 kg/s. b) 4,9 Kg/s. c) 7,0 Kg/s. d) 48 Kg/s. e) 7,0 x 103 Kg/s. 3. Um estreitamento reduz o diâmetro de um cano de 4,0 cm para 2,0 cm. A velocidade da água no ponto mais estreito é de 8,0 m/s. No ponto mais largo, a velocidade da água é: a) 2,0 m/s. b) 4,0 m/s. c) 8,0 m/s. d) 16 m/s. e) 32 m/s. 4. A água (massa específica: 1,0x103 kg/m3) escoa em um cano horizontal cujo diâmetro diminui progressivamente. Na extremidade mais larga, a velocidade da água é 4,0 m/s. Se a diferença de pressão entre as extremidadesé 4,5x103 Pa, a velocidade da água na extremidade mais estreita é: a) 2,6 m/s b) 3,2 m/s c) 4,0 m/s d) 4,5 m/s e) 5,0 m/s 5. Uma pessoa sopra horizontalmente acima de um dos lados de um tubo em forma de U que contém água. O nível da água nesse lado do tubo: a) Sobe ligeiramente b) Desce ligeiramente c) Permanece o mesmo d) Sobe, se a pessoa não soprar com força, e desce, se a pessoa soprar com força. e) Sobe, se a pessoa soprar com força, e desce, se a pessoa não soprar com força. 6. Água é bombeada para uma das extremidades de um cano longo com vazão de 40 𝑙/𝑚𝑖𝑛. Ela sai pela outra extremidade à razão de 24 𝑙/𝑚𝑖𝑛. Uma possível razão para esse decréscimo na vazão é: a) A saída está em um ponto mais alto que a entrada. b) A saída está em um ponto mais baixo que a entrada. c) O diâmetro do cano não é o mesmo das duas extremidades. d) O cano tem um atrito interno que não pode ser desprezado. e) O cano está furado. 7. No futuro distante, uma base foi construída na Lua. No interior da base, alguém deixa cair uma bola em um recipiente com água. Dado que a aceleração da gravidade na superfície da Lua é seis vezes menor que na superfície da Terra, qual das afirmativas abaixo, a respeito da força de empuxo a qual a bola é submetida, está correta? a) A força de empuxo é igual a 1/6 do peso da água deslocada. b) A força de empuxo é igual a 6 vezes o peso da água deslocada. c) A força de empuxo é igual ao peso da água deslocada. d) A força de empuxo é igual a 1/6 do peso da bola. e) A força de empuxo é igual ao peso da bola. 8. Um pedaço de papel estava sobre uma mesa, perto de uma janela fechada. Quando a janela foi aberta, o papel foi carregado pelo vento. Qual das opções abaixo descreve corretamente por que o papel caiu da mesa? a) O papel foi atraído pela força do vento. b) A pressão do ar em movimento acima do papel foi maior que a pressão do ar entre o papel e a mesa. c) A pressão do ar em movimento acima do papel foi menor que a pressão do ar entre o papel e a mesa. d) O peso do papel foi reduzido pelo vento, e a força normal da mesa sobre o papel tornou- se maior que o peso do papel, empurrando-o para cima. e) O vento empurrou o papel de lado, arrastando-o para fora da mesa. 9. Um líquido escoa da esquerda para a direita no cano mostrado na figura. Os pontos A e B estão na mesma altura, mas a área da seção reta do cano é diferente nos dois pontos. Os pontos B e C estão em alturas diferentes, mas a área da seção reta do cano é igual nos dois pontos. Indique a relação correta entre as pressões nos três pontos. a) PA > PB > PC. b) PB > PA = PC. c) PC > PB > PA. d) PB > PA e PB > PC. e) PC > PA e PC > PB. 10. Uma esfera oca de raio interno 8 cm e raio externo 9 cm flutua com metade do volume submerso em um líquido de massa específica a 800 Kg/m3. a) Qual é a massa da esfera? b) Calcule a massa específica do material de que é feita a esfera. 11. Um medidor de venturi é usado para medir a velocidade de um fluído em um cano. O medidor é ligado entre dois segmentos de cano (conforme a figura abaixo); a seção reta A na entrada e na saída do medidor é igual à seção reta do cano. Entre a entrada e a saída do medidor o fluído escoa com velocidade V e depois passa com velocidade v por uma “garganta” estreita de seção a. Um manômetro liga a parte mais larga do medidor à parte mais estreita. A variação da velocidade do fluído é acompanhada por uma variação ∆𝑝 da pressão do fluído, que produz uma diferença h na altura do líquido nos dois lados do manômetro. (A diferença ∆𝑝 corresponde à pressão na garganta menos a pressão no cano). a) Aplicando a equação de Bernoulli e a equação da continuidade aos pontos 1 e 2 na figura, mostre que 𝑉 = √ 2𝑎2∆𝑝 𝜌(𝑎2−𝐴2) , onde 𝜌 é a massa específica do fluído. b) Suponha que o fluído seja água doce, que a seção reta é 64 cm2 no cano e 32 cm2 na garganta e que a pressão é 55 KPa no cano e 41 KPa na garganta. Qual é a vazão de água em metros cúbicos por segundo? 12. Na figura baixo, uma mola de constante elástica 3x104 N/m liga uma viga rígida ao êmbolo de saída de um macaco hidráulico. Um recipiente vazio de massa desprezível está sobre o êmbolo de entrada. O êmbolo de entrada tem uma área A, e o êmbolo de saída tem uma área 18 A. Inicialmente a mola está relaxada. Quantos quilogramas de areia devem ser despejados (lentamente) no recipiente para que a mola sofra uma compressão de 5 cm? 13. Um líquido de massa específica 900 Kg/m3 escoa em um tubo horizontal com seção reta de 1,90x10-2 m2 na região A e uma seção reta de 9,5x10-2 m2 na região B. A diferença de pressão entre as duas regiões é 7,2x103 Pa. Calcule a vazão e a vazão mássica. 14. Na análise de certos fenômenos geológicos é muitas vezes apropriado supor que a pressão em um dado nível de compensação horizontal, muito abaixo da superfície, é a mesma em uma vasta região e é igual à pressão produzida pelo peso das rochas que se encontram acima desse nível. Assim, a pressão no nível de compensação é dada pela mesma fórmula usada para calcular a pressão de um fluído. Esse modelo exige, por exemplo, que as montanhas tenham raízes de rochas continentais que penetram no manto mais denso (figura abaixo). Considere uma montanha de altura H= 6 km em um continente de espessura T= 32 km. As rochas continentais têm uma massa específica 2,9 g/cm3 e o manto que fica abaixo destas rochas tem uma massa específica de 3,3 g/cm3. Calcule a profundidade D da raiz. (Sugestão: Iguale as pressões nos pontos a e b; a profundidade y do nível de compensação se cancela). 15. Um cano horizontal de calibre variável como o da figura abaixo, cuja seção reta muda de A1= 1,2x10-3 m2 para A2= 𝐴1 2 , conduz um fluxo laminar de etanol, de massa específica 𝜌 = 791 𝑘𝑔/𝑚3. A diferença de pressão entre a parte larga e a parte estreita do cano é 4120 Pa. Qual a vazão Rv de etanol? 16. Se trocarmos um combustível de massa específica 𝜌 = 0,73 𝑔/𝑐𝑚3 por outro de massa específica 𝜌 = 0,77 𝑔/𝑐𝑚3, qual será o aumento de peso, em newtons, observado no tanque de combustível de 50 litros? Considere 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2. a. 2,0. b. 20. c. 365. d. 385. e. 527. 17. Usando um dinamômetro, verifica-se que um corpo de densidade dc e de volume V = 1 litro possui um peso que é o triplo do peso aparente quando completamente mergulhado em um líquido de densidade dL. Quanto vale a razão dc/dL? a. 1/6. b. 1/3. c. 1. d. 2/3. e. 3/2. 18. A figura abaixo mostra o esquema de um instrumento utilizado para medir a velocidade do fluxo de CO2. Ele é composto por um tubo interno, com um pequeno orifício, posicionado na mesma direção do fluxo do gás. O tubo interno é conectado a uma das extremidades de um manômetro, e a outra extremidade fica perpendicular ao fluxo de gás. Se o fluido utilizado no manômetro é água, quanto vale, aproximadamente, a velocidade do fluxo de CO2 em m/s? Dados 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 , 𝜌𝐶𝑂2 = 2 𝑘𝑔 𝑚3 e 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2. a. 10 b. 20 c. 30 d. 60 e. 90 19. Para determinar o nível de etanol (𝜌 = 790 𝑘𝑔 𝑚3 ) em um reservatório, um técnico verificou que um manômetro instalado na base do reservatório indicava a pressão de 23,7 KPa. Considerando 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2, esse nível, em metros, pode ser estimado em a. 2,0 b. 3,0 c. 4,0 d. 5,0 e. 8,0 20. Uma mulher está de pé em uma plataforma de diâmetro D1, que funciona como um pistão. A massa total da mulher e da plataforma é 75 kg. A plataforma repousa sobre um reservatório de óleo que sustenta uma segunda plataforma, de diâmetro D2, na qual 12 mulheres estão de pé. A massa total das mulheres e da segunda plataforma é 780 kg. Durante a demonstração, as duas plataformas estão em repouso à mesma altura. Quanto vale a razão D1/D2? a. 2,4. b. 3,2. c. 4,8. d. 10. e. 12. 21. A figura abaixo ilustraum escoamento em regime permanente em um tubo de Venturi. Considere que o fluido manométrico é o mercúrio e que as massas específicas envolvidas no problema valem 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 e 𝜌𝑚𝑒𝑟𝑐𝑢𝑟𝑖𝑜 = 14000 𝑘𝑔 𝑚3 . Supondo perdas por atrito desprezíveis, propriedades uniformes nas seções e 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2, para a velocidade da água, em m/s, obtém-se na seção 2. a. 𝑣2 = 3,266 b. 𝑣2 = 5,527 c. 𝑣2 = 6,143 d. 𝑣2 = 8,327 e. 𝑣2 = 28,284 Temperatura e Calor 1. Um termômetro de gás é constituído por dois bulbos com gás imersos em recipientes com água, como mostrado na figura. A diferença de pressão entre os dois bulbos é medida por um manômetro de mercúrio. Reservatórios apropriados, que não aparecem na figura, mantêm constante o volume do gás nos dois bulbos. Não há diferença de pressão quando os dois recipientes estão no ponto triplo da água. A diferença de pressão é de 120 𝑡𝑜𝑟𝑟 quando um recipiente está no ponto triplo e o outro está no ponto de ebulição da água, e é de 90,0 𝑡𝑜𝑟𝑟 quando um recipiente está no ponto triplo da água e o outro em uma temperatura desconhecida a ser medida. Qual é a temperatura desconhecida? R.: 𝑇 = 348 𝐾. 2. Em uma escala linear de temperatura 𝑋, a água evapora a −53,5𝑜𝑋 e congela a −170𝑜𝑋. Quanto vale a temperatura de 340 𝐾 na escala 𝑋? (Aproxime o ponto de ebulição da água para 373 𝐾.) R.: −92,1𝑜𝑋 3. Uma barra de aço tem 3,000 𝑐𝑚 de diâmetro a 25,00𝑜𝐶. Um anel de latão tem um diâmetro interno de 2,992 𝑐𝑚 a 25,00𝑜𝐶. Se os dois objetos são mantidos em equilíbrio térmico, a que temperatura a barra se ajusta perfeitamente ao furo? R.: 𝑇 = 360𝑜𝐶 4. Como resultado de um aumento de temperatura de 32𝑜𝐶, uma barra com uma rachadura no centro dobra para cima. Se a distância fixa 𝐿𝑜 é 3,77 𝑚 e o coeficiente de dilatação linear da barra é 25 × 10−6/𝑜𝐶, determine a altura 𝑥 do centro da barra. R.: 𝑥 = 7,5 × 10−2 𝑚 5. Para preparar uma xícara de café solúvel, um pequeno aquecedor elétrico de imersão é usado para esquentar 100 𝑔 de água. O rótulo diz que se trata de um aquecedor de “200 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠” (essa é a taxa de conversão de energia elétrica em energia térmica). Calcule o tempo necessário para aquecer a água de 23,0𝑜𝐶 para 100𝑜𝐶, desprezando as perdas de calor. R.: 𝑡 = 160 𝑠 6. Dois cubos de gelo de 50 𝑔 são misturados com 200 𝑔 de água em um recipiente termicamente isolado. Se a água está inicialmente a 25𝑜𝐶 e o gelo foi removido de um congelador a −15𝑜𝐶, qual é a temperatura final em equilíbrio térmico? Qual será a temperatura final se for usado apenas um cubo de gelo? R.: 𝑇 = 16,6𝑜𝐶, 𝑇 = 2,5𝑜𝐶 7. Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo mostrado na Figura. Determine a energia transferida pelo sistema na forma de calor durante o processo 𝐶𝐴 se a energia adicionada como calor 𝑄𝐴𝐵 durante o processo 𝐴𝐵 é 20,0 𝐽, nenhuma energia é transferida como calor durante o processo 𝐵𝐶 e o trabalho realizado durante o ciclo é 15,0 𝐽. 8. Na Figura (a), duas barras retangulares metálicas de mesmas dimensões e feitas da mesma substância são soldadas pelas faces de menor área e mantidas a uma temperatura 𝑇1 = 0°𝐶 do lado esquerdo e a uma temperatura 𝑇2 = 100°𝐶 do lado direito. Em 2,0 𝑚𝑖𝑛, 10 𝐽 são conduzidos a uma taxa constante do lado direito para o lado esquerdo. Que tempo seria necessário para conduzir 10 𝐽 se as placas fossem soldadas pelas faces de maior área, como na Figura (b)? 9. A Figura mostra uma parede feita de três camadas de espessuras 𝐿1, 𝐿2 = 0,700𝐿1 e 𝐿3 = 0,350𝐿1. As condutividades térmicas são 𝑘1, 𝑘2 = 0,900𝑘1 e 𝑘3 = 0,800𝑘1. As temperaturas do lado esquerdo e do lado direito da parede são 𝑇𝑄 = 30,0°𝐶 e 𝑇𝐹 =– 15,0°𝐶, respectivamente. O sistema está no regime estacionário. (a) Qual é a diferença de temperatura 𝛥𝑇2 na camada 2 (entre o lado esquerdo e o lado direito da camada)? Se o valor de 𝑘2 fosse 1,10𝑘1, (b) a taxa de condução de energia pela parede seria maior, menor ou igual à anterior? (c) Qual seria o valor de 𝛥𝑇2? 10. A Figura (a) mostra um cilindro com gás, fechado por um êmbolo móvel. O cilindro é mantido submerso em uma mistura de gelo e água. O êmbolo é empurrado para baixo rapidamente da posição 1 para a posição 2 e mantido na posição 2 até que o gás esteja novamente à temperatura da mistura de gelo e água; em seguida, o êmbolo é erguido lentamente de volta para a posição 1. A Figura (b) é um diagrama 𝑝– 𝑉 do processo. Se 100 𝑔 de gelo são derretidos durante o ciclo, qual é o trabalho realizado sobre o gás? 11. Uma amostra de gás sofre uma transição de um estado inicial 𝑎 para um estado final 𝑏 por três diferentes trajetórias (processos), como mostra o diagrama 𝑝– 𝑉 da Figura, em que 𝑉𝑏 = 5,00𝑉𝑖. A energia transferida para o gás em forma de calor no processo 1 é 10𝑝𝑖𝑉𝑖. Em termos de 𝑝𝑖𝑉𝑖, qual é (a) a energia transferida para o gás em forma de calor no processo 2 e (b) qual é a variação da energia interna do gás no processo 3? Centro Universitário SENAI CIMATEC 2 Termodinâmica 1. Um gás ideal é levado de um estado inicial A até um estado final B seguindo uma transformação isobárica à P=105 Pa. Tem-se que a variação de energia interna do gás entre A e B é de 116 KJ e que a variação de volume sofrida pelo gás foi de 0,8 m3. O calor, em KJ, dado ao sistema é de a. 30 b. 36 c. 80 d. 130 e. 196 2. Uma barra de cobre de 10 cm e seção reta de 1 cm2 é aquecida em uma de suas extremidades à temperatura de 100 oC, enquanto a outra extremidade encontra-se à temperatura de 20 oC. A taxa de transferência de calor, em watts, de uma extremidade à outra da barra é (Dado kcobre = 400 W/m.K) a. 32 b. 8,0 c. 2,5 d. 0,5 e. 0,1 3. Uma piscina tem 9 m de largura, 12 m de comprimento e 1,83 m de profundidade. Certa manhã, quando a temperatura da água era de 15 oC, a água absorveu 2,0 x 109 J de calor do Sol. Supondo que a perda de calor para o ambiente fosse desprezível, qual era a temperatura final da água? (Dados agua = 1000 kg/m3 e cagua = 4187 J/kgK). a.16,9 oC b.18,1 oC c.17,4 oC d.19,6 oC e.20,2 oC 4. Em um proceso termodinâmico, um líquido de massa 10 g é vaporizado à pressão atmosférica de forma que seu volume varia de 0,12 m3. Considere a pressão atmosférica igual a 105 Pa, o calor de vaporização do líquido igual a 500 cal/g e 1 cal = 4 J. A variação de energia interna do fluido, durante o processo, em Kcal, é de a. 8,0. b. 6,0. c. 4,8. d. 3,0. e. 2,0. Centro Universitário SENAI CIMATEC 3 5. A figura abaixo representa um material no qual as superfícies interna e externa estão a 30oC e 12oC, respectivamente. Tal material possui 30 cm de espessura e 0,8 W/m.oC de condutividade térmica. Qual a taxa de transferência de energia por condução através de 1 m2 de área desse material, em W? a. 232. b. 48. c. 18. d. 0,5. e. 0,1. 6. Quando uma barra de comprimento L é submetida a um certo aumento de temperatura, o comprimento da barra aumenta de um certo valor. Se uma barra igual, de comprimento 2L/3, é submetida ao mesmo aumento de temperatura, qual é a razão entre a variação de comprimento da barra menor e a variação de comprimento da barra maior? a. 1/3. b. 2/3. c. 1. d. 3/2. e. 3. 7. Um trabalho de 200 𝐽 é realizado sobre um sistema, e uma quantidade de calor de 70,0 𝑐𝑎𝑙 é removida do sistema. Qual é o valor (incluindo o sinal) (a) de 𝑊, (b) de 𝑄 e (c) de Δ𝐸𝑖𝑛𝑡? R.: (a) 𝑊 = −200 𝐽, (b) 𝑄 = −293 𝐽 (c) Δ𝐸𝑖𝑛𝑡 = −93 𝐽. 8. Qual é a variação de entropia de um cubo de gelo de 12,0 𝑔 que se funde totalmente em um balde de água cuja temperatura está ligeiramente acima do ponto de congelamento da água? Qual é a variação de entropiade uma colher de sopa de água, com uma massa de 5,00 𝑔, que evapora totalmente ao ser colocada em uma placa quente, cuja temperatura está ligeiramente acima do ponto de ebulição da água? R.: (a) Δ𝑆 = 14,6 𝐽/𝐾, (b) Δ𝑆 = 30,2 𝐽/𝐾. Centro Universitário SENAI CIMATEC 4 9. Um bloco de 364 𝑔 é colocado em contato com uma fonte de calor. O bloco está inicialmente a uma temperatura mais baixa do que a da fonte. Suponha que a consequente transferência de energia na forma de calor da fonte para o bloco seja reversível. A figura mostra a variação de entropia Δ𝑆 do bloco até que o equilíbrio térmico seja alcançado. A escala do eixo horizontal é definida por 𝑇𝑎 = 280 𝐾 e 𝑇𝑏 = 380 𝐾. Qual é o calor específico do bloco? 10. Na figura abaixo, em que 𝑉23 = 3,00 𝑉1, 𝑛 mols de um gás diatômico ideal passam por um ciclo no qual as moléculas giram, mas não oscilam. Determine (a) 𝑝2/𝑝1, (b) 𝑝3/𝑝1 e (c) 𝑇3/𝑇1. Para a trajetória 1 → 2, determine (d) 𝑊/𝑛𝑅𝑇, (e) 𝑄/𝑛𝑅𝑇, (f) Δ𝐸𝑖𝑛𝑡/𝑛𝑅𝑇1 e (g) Δ𝑆/𝑛𝑅. Para a trajetória 2 → 3, determine (h) 𝑊/𝑛𝑅𝑇1, (i) 𝑄/𝑛𝑅𝑇1, (j) Δ𝐸𝑖𝑛𝑡/𝑛𝑅𝑇1 e (k) Δ𝑆/𝑛𝑅. Para a trajetória 3 → 1, determine (l) 𝑊/𝑛𝑅𝑇1, (m) 𝑄/𝑛𝑅𝑇1, (n) Δ𝐸𝑖𝑛𝑡/𝑛𝑅𝑇1 e (o) Δ𝑆/𝑛𝑅. R.: (a) 0,333 (b) 0,215 (c) 0,644 (d) 1,10 (e) 1,10 (f) 0 (g) 1,10 (h) 0 (i) −0,889 (j) −0,990 (k) −1,10 (l) −0,889 (m) 0 (n) +0,889 (o) 0 11. Uma bomba térmica é usada para aquecer um edifício. A temperatura externa é −5,0𝑜𝐶, e a temperatura no interior do edifício deve ser mantida em 22𝑜𝐶. O coeficiente de desempenho da bomba é 3,8 e a bomba térmica fornece 7,54 𝑀𝐽 por hora ao edifício na forma de calor. Se a bomba térmica é uma máquina de Carnot trabalhando no sentido inverso, qual deve ser a potência de operação da bomba? Centro Universitário SENAI CIMATEC 5 12. Na figura, uma amostra de gás se expande de 𝑉0 para 4,0𝑉0 enquanto a pressão diminui de 𝑝0 para 𝑝0/4,0. Se 𝑉0 = 1,0 𝑚 3 e 𝑝0 = 40 𝑃𝑎, qual é o trabalho realizado pelo gás se a pressão varia com o volume de acordo (a) com a trajetória A, (b) com a trajetória B e (c) com a trajetória C? 13. Uma amostra de 2,0 𝑚𝑜𝑙𝑠 de um gás monoatômico ideal é submetida ao processo reversível da figura. A escala do eixo vertical é definida por 𝑇_𝑠=400,0 𝐾 e a escala do eixo horizontal é definida por 𝑆_𝑠=20,0 𝐽/𝐾. (a) Qual é a energia absorvida pelo gás na forma de calor? (b) Qual é a variação da energia interna do gás? (c) Qual é o trabalho realizado pelo gás? 14. Um gás ideal (1,0 mol) é a substância de trabalho de uma máquina térmica que descreve o ciclo mostrado na figura. Os processos BC e DA são reversíveis e adiabáticos. (a) O gás é monoatômico, diatômico ou poliatômico? (b) Qual é a eficiência da máquina? 15. A figura mostra uma máquina de Carnot que trabalha entre as temperaturas 𝑇1 = 400 𝐾 e 𝑇2 = 150 𝐾 e alimenta um refrigerador de Carnot que trabalha entre as temperaturas 𝑇3 = 325 𝐾 e 𝑇4 = 225 𝐾. Qual é a razão 𝑄3/𝑄1? Centro Universitário SENAI CIMATEC 6 16. (a) Durante cada ciclo, uma máquina de Carnot absorve 750 J na forma de calor de uma fonte quente a 360 K, com a fonte fria a 280 K. Qual é o trabalho realizado por ciclo? (b) A máquina é operada no sentido inverso para funcionar como um refrigerador de Carnot entre as mesmas fontes. Que trabalho é necessário, durante um ciclo, para remover 1200 J da fonte fria na forma de calor? R.: a) W = 167 J; b) 343 J. Centro Universitário SENAI CIMATEC 7 ANEXO 1 MHS Período: 𝑇 = 1 𝑓 Frequência: 𝑓 = 1 𝑇 Frequência angular: 𝜔 = 2𝜋 𝑇 𝑜𝑢 𝜔 = 2𝜋𝑓 Elongação: 𝑥(𝑡) = 𝑥𝑚cos (𝜔𝑡 + 𝜙) Velocidade: 𝑣(𝑡) = 𝑑𝑥 𝑑𝑡 𝑣(𝑡) = −𝜔𝑥𝑚sen (𝜔𝑡 + 𝜙) 𝑣𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 𝜔𝑥𝑚 Aceleração: 𝑎(𝑡) = 𝑑2𝑥 𝑑𝑡2 𝑎(𝑡) = −𝜔2𝑥𝑚cos (𝜔𝑡 + 𝜙) OU 𝑎(𝑡) = −𝜔2𝑥(𝑡) 𝑎𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 𝜔 2𝑥𝑚 Sistema massa-mola: 𝜔 = √ 𝐾 𝑚 𝑇 = 2𝜋√ 𝑚 𝐾 Pêndulo simples: 𝜔 = √ 𝑔 𝐿 T= 2𝜋√ 𝐿 𝑔 Pêndulo de torção: 𝜔 = √ 𝜅 𝐼 𝑇 = 2𝜋√ 𝐼 𝜅 Pêndulo físico: 𝜔 = √ 𝑚𝑔ℎ 𝐼 𝑇 = 2𝜋√ 𝐼 𝑚𝑔ℎ Momento de inércia no Centro de massa: Barra: 𝐼𝐶𝑀 = 𝑚𝐿2 12 Disco: 𝐼𝐶𝑀 = 𝑚𝑅2 2 Teorema dos Eixos Paralelos: 𝐼 = 𝐼𝐶𝑀 + 𝑚ℎ 2 Energia mecânica sistema massa- mola: 𝐸𝑀 = 𝐾𝑥𝑚 2 2 Energia Cinética: 𝐸𝑐 = 𝑚𝑣2 2 Centro Universitário SENAI CIMATEC 8 Energia Potencial sistema massa- mola: 𝐸𝑃 = 𝐾𝑥2 2 Energia mecânica: 𝐸𝑀 = 𝐸𝑃 + 𝐸𝐶 Oscilador amortecido: 𝑥(𝑡) = 𝑥𝑚e −𝑏𝑡 2𝑚 cos (𝜔′𝑡 + 𝜙) 𝜔′ = √ 𝐾 𝑚 − 𝑏2 4𝑚2 Forma diferencial: 𝑚 𝑑2𝑥 𝑑𝑡2 + 𝑏 𝑑𝑥 𝑑𝑡 + 𝐾𝑥 = 0 Energia mecânica oscilador amortecido 𝐸𝑀 = 𝐾𝑥𝑚 2𝑒− 𝑏 𝑚 𝑡 2 ONDAS Período: 𝑇 = 1 𝑓 Frequência: 𝑓 = 1 𝑇 Frequência angular: 𝜔 = 2𝜋 𝑇 𝑜𝑢 𝜔 = 2𝜋𝑓 Número de onda: 𝑘 = 2𝜋 𝜆 Movimento TRANSVERSAL da partícula: Para direita: 𝑦(𝑡) = 𝑦𝑚𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 + 𝜙) Para a esquerda: 𝑦(𝑡) = 𝑦𝑚𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥 + 𝜔𝑡 + 𝜙) VELOCIDADE TRANSVERSAL (Considerando o movimento pela direita) Velocidade: 𝑣(𝑡) = 𝑑𝑦 𝑑𝑡 𝑣(𝑡) = −𝜔𝑦𝑚𝑐𝑜𝑠(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 + 𝜙) 𝑣𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 𝜔𝑦𝑚 ACELERAÇÃO TRANSVERSAL (Considerando o movimento pela direita) Aceleração: 𝑎(𝑡) = 𝑑2𝑦 𝑑𝑡2 𝑎(𝑡) = −𝜔2𝑦𝑚𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 + 𝜙) 𝑎𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 𝜔 2𝑦𝑚 VELOCIDADE DA ONDA: VELOCIDADE DA ONDA EM UMA CORDA: Centro Universitário SENAI CIMATEC 9 𝑣 = 𝜆𝑓 ou 𝑣 = 𝜆 𝑇 ou 𝑣 = 𝜔 𝑘 𝑣 = √ 𝜏 𝜇 , onde 𝜇 = 𝑚 𝐿 Intensidade da onda (I): 𝐼 = 1 2 𝜇𝑣𝜔2𝑦𝑚 2 Interferência de ondas de mesma frequência: 𝑦′ = 2𝑦𝑚𝑐𝑜𝑠 𝜙 2 𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 + 𝜙) FLUÍDOS Massa Específica: 𝜌 = 𝑚 𝑉 Pressão (teorema de Stevin): 𝑃 = 𝑃𝑜 + 𝜌𝑔ℎ Pressão: 𝑃 = 𝐹 𝐴 Princípio de Pascal (principal aplicação: prensas hidráulicas): 𝐹1 𝐴1 = 𝐹2 𝐴2 Empuxo: 𝐸 = 𝜌𝑉′𝑔 Peso aparente: 𝑃′𝑎 = 𝑃′ − 𝐸 Peso: 𝑃′ = 𝑚𝑔 Vazão Volumétrica: 𝑅𝑣 = 𝐴𝑣 Vazão mássica: 𝑅𝑚 = 𝜌𝑅𝑣 Equação da continuidade: 𝐴1𝑣1 = 𝐴2𝑣2 Equação de Bernoulli: Centro Universitário SENAI CIMATEC 10 𝑃1 + 1 2 𝜌𝑣1 2 + 𝜌𝑔ℎ1 = 𝑃2 + 1 2 𝜌𝑣2 2 + 𝜌𝑔ℎ2 Velocidade de entrada em tubo com estrangulamento (pontos de mesma altura): 𝑣 = √ 2𝑎2∆𝑃 𝜌(𝑎2 − 𝐴2) TERMOLOGIA Dilatação Linear: ∆𝐿 = 𝐿𝑜𝛼∆𝑇 𝐿𝑓 = 𝐿𝑜 + ∆𝐿 Dilatação Volumétrica: ∆𝑉 = 𝑉𝑜𝛽∆𝑇 𝑉𝑓 = 𝑉𝑜 + ∆𝑉 Relação entre os coeficientes de dilatação: 𝛽 = 3𝛼 Escalas Termométricas: 𝐶 5 = 𝐾 − 273 5 = 𝐹 − 32 9 Calor sensível (mudança de temperatura): 𝑄 = 𝑚𝑐∆𝑇 Calor latente (mudança de estado físico): 𝑄 = 𝑚𝐿 Fluxo de Calor (Lei de Fourier): Φ = 𝑘 𝐴Δ𝑇 𝐿 TERMODINÂMICA Primeira Lei da Termodinâmica: Δ𝐸𝑖𝑛𝑡 = 𝑄 − 𝑊 Centro Universitário SENAI CIMATEC 11 Trabalho (Pressão constante): 𝑊 = 𝑃. Δ𝑉 Lei dos gases ideias: 𝑃 = 𝑛𝑅𝑇 𝑉 Número de mols: 𝑛 = 𝑚 𝑀𝑀 Quantidade de Calor (Temperatura constante): 𝑄𝑖𝑠𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 = 𝑛𝑅𝑇 ln 𝑉𝑓 𝑉𝑖 SIMBOLOGIA Símbolo Significado Unidade (SI) 𝑇 Período 𝑠 𝑓 Frequência 𝐻𝑧 (ou 𝑠−1) 𝜋 𝜋 = 3,14 … (usar o valor da calculadora) 𝜔 Frequência angular 𝑅𝑎𝑑/𝑠 𝑥 Posição ou elongação 𝑚 𝑥𝑚 Amplitude 𝑚 𝑡 Tempo 𝑠 𝜑 Ângulo de fase 𝑟𝑎𝑑 𝑣 Velocidade 𝑚/𝑠 𝑎 Aceleração 𝑚/𝑠2 𝐾 Constante elástica 𝑁/𝑚 𝑔 Gravidade 𝑚/𝑠2 𝐿 Comprimento 𝑚 𝜅 Constante de torção 𝑁. 𝑚𝐼 Momento de inércia 𝐾𝑔. 𝑚2 𝑚 Massa 𝐾𝑔 ℎ Distância do centro de massa do objeto até o eixo de rotação 𝑚 𝑅 Raio 𝑚 𝐾 Energia cinética 𝐽 𝑈 Energia potencial 𝐽 𝐸 Energia mecânica 𝐽 𝑏 Constante de amortecimento 𝐾𝑔/𝑠 𝑒 Neperiano 𝑒 = 2,72... (usar o valor da calculadora) 𝑘 Número de onda 𝑟𝑎𝑑/𝑚 Centro Universitário SENAI CIMATEC 12 𝑦 Deslocamento transversal da partícula 𝑚 𝑦𝑚 Amplitude transversal da partícula 𝑚 𝜆 Comprimento de onda 𝑚 𝜇 Densidade linear 𝐾𝑔/𝑚 𝐼(𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠) Intensidade da onda 𝑊 𝑃 Quantidade de movimento 𝐾𝑔. 𝑚/𝑠 ℎ Altura 𝑚 𝑟 Raio da esfera 𝑚 (Fluídos) 𝑃 Pressão 𝑃𝑎 (𝑁/𝑚2) 𝑃𝑜 Pressão acima da coluna de fluído 𝑃𝑎 (𝑁/𝑚2) 𝜌 Massa específica 𝐾𝑔/𝑚3 𝑚 Massa 𝐾𝑔 𝑉 Volume 𝑚3 𝐹 Força 𝑁 𝐴 Área 𝑚2 𝑣 Velocidade 𝑚/𝑠 𝐸 Empuxo 𝑁 𝑉’ Volume submerso 𝑚3 𝑔 Gravidade g=9,8 𝑚/𝑠2 ℎ Altura 𝑚 𝑅𝑣 Vazão volumétrica 𝑚3/𝑠 𝑅𝑚 Vazão mássica 𝑘𝑔/𝑠 𝑃’𝑎 Peso aparente 𝑁 𝑃’ Peso 𝑁 𝑎 Área 𝑚2 𝛥𝑃 Variação de Pressão 𝑃𝑎 (𝑁/𝑚2) (Termologia) 𝛥𝐿 Variação de comprimento 𝑚 𝐿𝑜 Comprimento inicial 𝑚 𝛼 Coeficiente de dilatação linear 𝐾−1 𝛥𝑇 Variação de temperatura 𝐾 𝐿𝑓 Comprimento final 𝑚 𝛥𝑉 Variação de volume 𝑚3 𝑉𝑜 Volume inicial 𝑚 3 Centro Universitário SENAI CIMATEC 13 𝛽 Coeficiente de dilatação volumétrica 𝐾−1 𝑉𝑓 Volume final 𝑚 3 𝐶 Temperatura em Celsius °𝐶 𝐹 Temperatura em Fahrenheit °𝐹 𝐾 Temperatura em Kelvin 𝐾 𝑄 Quantidade de calor 𝐽 𝑚 Massa 𝐾𝑔 𝑐 Calor específico 𝐽/(𝐾𝑔. 𝐾) ( = 𝐽/(𝐾𝑔. 𝐶)) ∗ 𝐿 Calor latente 𝐽/𝐾𝑔 𝜑 Fluxo de calor 𝑊 (= 𝐽/𝑠) 𝑘 Condutividade térmica do material 𝑊/(𝑚. 𝐾) ( = 𝑊/(𝑚. °𝐶)) ∗ 𝐴 Área 𝑚2 𝐿 Comprimento 𝑚 (Termodinâmica) 𝛥𝐸𝑖𝑛𝑡 Variação de Energia Interna 𝐽 𝑄 Quantidade de Calor 𝐽 𝑊 Trabalho 𝐽 𝑃 Pressão 𝑃𝑎 (𝑁/𝑚2) 𝛥𝑉 Variação de volume 𝑚3 𝑛 Número de mols 𝑀𝑜𝑙 𝑅 Constante universal dos gases 𝐽/(𝑚𝑜𝑙. 𝐾) 𝑇 Temperatura 𝐾 𝑉 Volume 𝑚3 𝑉𝑓 Volume final 𝑚3 𝑉𝑖 Volume inicial 𝑚3 𝑄𝑖𝑠𝑜𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 Quantidade de calor 𝐽 𝑀𝑀 Massa Molar 𝑔/𝑚𝑜𝑙 *Essa equivalência ocorre porque essas unidades se referem a variação de temperatura. A variação de temperatura em Celsius é igual a variação de temperatura em Kelvin (ΔK= ΔC). Centro Universitário SENAI CIMATEC 14 ANEXO 2 PROPRIEDADES Propriedade Símbolo Valor Massa específica da água ρagua 1 𝑔 𝑐𝑚3 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 = 1 𝐾𝑔 𝐿 Calor especifico da água cágua 1 cal/(g°C)=4180 J/(Kg.°C) Calor latente de fusão da água Lf 79,7 cal/g = 333 KJ/Kg Calor latente de vaporização da água Lv 539 cal/g = 2256 KJ/Kg Temperatura de fusão da água Tf 0 °C = 273 K Temperatura de ebulição da água Tv 100 °C = 373 K Constante Universal dos gases R 0,082 (atm.L)/(mol.K) = 8,31 J/(mol.K) Conversão de Unidade de Energia - 1 cal = 4,18 J Centro Universitário SENAI CIMATEC 15 ANEXO 3 Como inserir o pi: 1- Pressione SHIFT 2- Pressione EXP (O símbolo do pi irá aparecer) 3- Efetue a operação desejada com o pi e pressione “=” Como inserir o e(neperiano): 1- Pressione SHIFT 2- Pressione ln (O símbolo “e” irá aparecer) 3- Pressione “(“ 4- Insira o expoente desejado (pode conter operações) 5- Pressione “)” 6- Pressione “=” para obter o resultado Como converter ângulos em radianos: 1- Insira o ângulo que deseja 2- Pressione SHIFT 3- Pressione Ans (Irá aparecer os números 1,2 e 3 na tela) 4- Pressione a tecla 2(irá parecer um “r” ao lado do valor desejado). O ângulo já será convertido pela calculadora. Centro Universitário SENAI CIMATEC 16 Obs: Antes de utilizar esse método é importante verificar se a calculadora está em graus ou radianos. Para isso, pode ser feito o seguinte teste: Pressione “sin” e depois digite o número “30”. Se a resposta for 0,5 então a calculadora está em graus, logo essa conversão é necessária. Como calcular arcseno: 1- Pressione SHIFT 2- Pressione sin (irá aparecer sin-1 no visor) 3- Pressione “(“ 4- Insira o valor desejado (pode conter operações) 5- Pressione “)” 6- Pressione “=” para obter o resultado Centro Universitário SENAI CIMATEC 17 Como calcular arcosseno: 1- Pressione SHIFT 2- Pressione cos (irá aparecer cos-1 no visor) 3- Pressione “(“ 4- Insira o valor desejado (pode conter operações) 5- Pressione “)” 6- Pressione “=” para obter o resultado Como calcular arctangente: 1- Pressione SHIFT 2- Pressione tan (irá aparecer tan-1 no visor) 3- Pressione “(“ 4- Insira o valor desejado (pode conter operações) 5- Pressione “)” 6- Pressione “=” para obter o resultado Centro Universitário SENAI CIMATEC 18 GABARITOS Gravitação: 1: 2,16. 2: (1,18 × 10−14𝑖̂ + 1,18 × 10−14𝑗̂) 𝑁 3: a)2,13 × 10−8𝑁; b) 60, 6𝑜 4: a) 𝑀 = 𝑚; b) 0 5: a) 𝐺(𝑀1 + 𝑀2)𝑚/𝑎 2; b) 𝐺𝑀1𝑚/𝑏 2; c) 0 6: 5,0 × 109 𝐽 7: a) 0,50 𝑝𝐽; b) −0,50 𝑝𝐽 8: a) −1,7 × 10−8 𝐽; b) 0,56 × 10−8 𝐽 Oscilações: 1: a) f = 3,18 Hz; b) xm = 0,26 cm; c) 𝑥(𝑡) = 0,26cos (20𝑡 + 3 𝜋 2 ) 2: a) f = 1,6 Hz; b) 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 1 𝑚/𝑠; c) x=0; d) 𝑎𝑚 = 10 𝑚/𝑠 2; e) ± 10 cm 3: a) 𝑎𝑚 = 1,58𝑥10 4 𝑚/𝑠2; b) 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 2,51 𝑚/𝑠; c) 𝑎 = 0,79𝑥10 4𝑚/𝑠2;d) 𝑣 = 2,176 𝑚/𝑠 4: a) Vm = 43,82 m/s; b) IV mI = 37,95 m/s e IamI = 120 m/s2 5: V = 0,6 Vm 8: e) MHS e Pêndulos: 1: ±𝐴 √2 2 2: 26 cm 3: 8,77 s 4: 0,37 s 5: k = 1,91x10-5 N.m 6: d = 0,086 m ou 8,6 cm 7: t = 1s 8: letra A MH Amortecido e Forçado: 1: letra E 2: 𝑥(𝑡) = 0,38𝑒−025𝑡sin (3,15𝑡) 3: a) 0,0364 m; 0,0221 m; b) 37,9 J; 13,9 J 4: “f”, “g”, “h” e “i” 5: 0,39 6: Conceitual 7: letra E 8: 44,7 rad/s 9: b = 0,022 kg/ 10: 0,135 11: letra C Conceitos Iniciais de Ondas: Centro Universitário SENAI CIMATEC 19 1: letra B 2: letra D 3: letra B 4: a) 𝜆 = 62,8 𝑐𝑚; 𝑓 = 0,64 𝐻𝑧; b) 0,064 N; c) 5 cm 5: a) 5 cm; b) 𝜆 = 40 𝑐𝑚; c) 0,033 s; d) 9,4 m/s 6: letra C 7: 2,63 m 8: letra D 9: a) 1 cm; b) 3,46 x 103 rad/s; c) 10,5 rad/m; d) positivo. 10: letra E 11: letra C 12: letra C Ondas: 1: a) 1,67 s; b) 2 m/s; c) 3,3 m; d)15 cm 2: a) 𝜐 = 500 𝑚/𝑠; b) y(x t) = 0, 03 sin(9, 425x − 4712t) (em metros). 3: a) v = 10 m/s, λ = 2 m; b) y(x, t) = 0, 03 sin(πx − 10πt + 5π/6); c) I = 0, 44 W 4: letra B 5: letra C 6: letra A 7: letra D 8: letra D 9: letra D 10: letra C 11: a) W = 91,95 rad/s; b) Sentido negativo do eixo X; c) y = -4,1mm/ v = 104,77 m/s/ a = 35,05 m/s2 12: v = 0,2536 m/s e Vmáx = 0,2692 m/s 13: letra C 14: ym = 3,18 m 15: letra C Fluídos: 1: letra B 2: letra B 3: letra A 4: letra E 5: letra A 6: letra E 7: letra C 8: letra C 9: letra D 10: a) m=1,22 Kg; b) 1342 Kg/m3 11: b) 19,55 x 10-3 m3/s 12: 8,5 Kg 13: Rv=0,776 m3 e Rm=69,84 Kg/s 14: 43,5 Km Centro Universitário SENAI CIMATEC 20 15: Rv= 2,24 x 10-3 m3/s 16: letra B 17: letra E 18: letra C 19: letra B 20: letra B 21: letra D Termodinâmica: 1: letra E 2: letra A 3: letra C 4: letra E 5: letra B 6: letra B