FÍSICA - Grupos H e I

1^a QUESTÃO: (2,0 pontos) Avaliador

Revisor

Uma montagem experimental simples permite a medida da força entre objetos carregados com o auxílio de uma balança (A. Cortel, Physics Teacher 37, 447 (1999)). Nesta montagem são usadas bolas de Natal metalizadas idênticas, presas a hastes isolantes, como ilustrado no diagrama. Uma das bolas é colocada sobre a balança, com a sua haste de sustentação fixa na posição vertical. Com o auxílio de um suporte e de uma régua, uma segunda bola é disposta de modo que os centros das bolas fiquem alinhados na direção vertical e distem d entre si. Nesta configuração a balança registra um valor f₀. As bolas são então carregadas, a que está sobre a balança com carga elétrica +Q₁, e a outra bola com uma carga elétrica +Q₂. Nesta situação, a balança registra um novo valor f₁.

a) Indique se f₁ é maior, menor, ou igual a f₀, justificando sua resposta com conceitos e leis físicas.

b) Utilizando uma terceira bola descarregada (idêntica às outras duas) a carga da bola que estava sobre a balança é reduzida à metade de seu valor original. Um novo valor f₂é registrado na balança. Calcule a razão (f-f) / (f-f).

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c) Nessa situação as duas bolas são aproximadas até que a distância entre os seus centros seja reduzida à metade de seu valor original. Um novo valor f₃ é registrado na balança. Calcule a razão (f-f) / (f-f).

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d) Finalmente, a bola carregada que se encontrava fora da balança é substituída por uma bola descarregada, à mesma distância d inicial, e a balança registra um novo valor f₄. Indique se f₄ é maior, menor, ou igual a f₀, justificando sua resposta com conceitos e leis físicas.

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2^a QUESTÃO: (2,0 pontos) Avaliador

Revisor

Numa experiência, um recipiente de paredes adiabáticas, exceto pelo fundo metálico, contém 20 g de água a 67^oC e é colocado em contato térmico com outro recipiente, com 200 l de volume, de paredes adiabáticas, exceto por um pedaço metálico em seu topo, contendo um gás monoatômico. Na situação inicial, este gás está a uma temperatura de 27^o C e exerce sobre as paredes do recipiente uma pressão de 1 atm. A capacidade térmica do recipiente que contém água pode ser desprezada, enquanto a daquele que contém o gás é de 4 cal/K. A temperatura do sistema, quando o equilíbrio térmico é atingido, é de 59^o C.

a) Determine a pressão exercida pelo gás sobre as paredes do recipiente depois de alcançado o equilíbrio térmico.

b) Determine a capacidade térmica da massa gasosa.

c) A experiência é, em seguida, repetida a partir das mesmas condições iniciais, mas o recipiente que contém o gás dispõe agora de um pistão móvel. A temperatura final de equilíbrio nesta nova situação será maior, menor, ou igual a 59^o C? Justifique sua resposta explicitando os princípios ou leis físicas que conduziram seu raciocínio.

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3^a QUESTÃO: (2,0 pontos) Avaliador Revisor

A figura abaixo mostra o trajeto parcial de um raio luminoso que, incidindo sobre uma face de um cubo de material transparente, incide sobre uma face adjacente à primeira depois de refratado.

A velocidade de propagação da luz v no interior do cubo pode ser escrita em função da velocidade da luz no vácuo c como v = fc, onde f é um número adimensional característico do material de que o cubo é feito.

a) Determine, examinando a figura, sef é maior, menor, ou igual a 1. Justifique sua resposta apoiandoa em conceitos e leis físicas.

b) Qual o valor limite do ângulo q₃ acima do qual não mais existe raio refratado através da 2^a face do cubo?

c) Se o ângulo q₁é exatamente aquele que provoca o valor limite de q₃ calculado no item anterior, para que exista raio refratado na 2^a face você deve aumentar ou diminuir o ângulo q₁? Justifique sua resposta apoiando-a em leis físicas.

d) Verifica-se experimentalmente que é impossível ver-se através de faces adjacentes de cubos de acrílico, material cujo índice de refração é 1,5. Usando o raciocínio utilizado no item anterior, considere

o ângulo q₁ mais favorável possível e mostre que, para um cubo de acrílico, mesmo um raio que incida na 1^a face com este ângulo ainda sofrerá reflexão total na 2^a face.

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4^a QUESTÃO: (2,0 pontos) Avaliador

Revisor

Numa experiência realizada no laboratório didático do Instituto de Física da UFF analisa-se o movimento de um carrinho de 200 g de massa que desliza sobre um trilho de ar preso a um suporte fixo por uma mola de constante elástica k = 2,0 N/m e massa desprezível, sujeito a uma força dissipativa provocada pelo ar. O gráfico abaixo representa a posição medida do carrinho como função do tempo.

a) Qual a velocidade do carrinho nos instantes 0 e t₁? Justifique sua resposta. b) Qual a energia mecânica do sistema formado pelo carrinho e pela mola, nos instantes 0 e t₁? c) Calcule o trabalho realizado pela força dissipativa entre os instantes 0 e t₁. d) Compare os módulos do momento linear do carrinho nos instantes t₂ e t₃ e determine em qual

destes instantes ele é maior. Justifique sua resposta explicitando os princípios ou leis físicas que conduziram seu raciocínio.

5^a QUESTÃO: (2,0 pontos) Avaliador

Revisor

Costuma-se dizer que o uso de extensões para ligar vários aparelhos numa única tomada aumenta

o consumo de energia elétrica. A alternativa mais econômica, deste ponto de vista, é ligar cada aparelho a uma tomada diferente, com seus próprios fios de ligação. Os dois esquemas abaixo representam a ligação de dois aparelhos elétricos idênticos, de resistência R, à mesma tomada por meio de uma extensão (Figura 1) e a ligação de cada aparelho a uma tomada diferente, com seus próprios fios de ligação (Figura 2). Os resistores de resistência r das figuras representam a resistência total dos fios de ligação, suposta igual em ambas as alternativas de ligação.

figura 1 figura 2

a) Calcule a corrente que atravessa cada aparelho nos circuitos das Figuras 1 e 2.

b) Calcule a potência total dissipada pela resistência dos fios de ligação em cada um dos casos mostrados.

c) Tomando os valores R = 100 Ù e r = 1Ù , compare as potências dissipadas calculadas no item anterior e diga em que situação a potência dissipada nos fios de ligação é maior, ou seja, em que situação o desperdício de energia é maior.