7a QUESTÃO
Valor: 1,0
Um industrial possui uma máquina térmica operando em um ciclo termodinâmico, cuja fonte de alimentação advém da queima de óleo combustível a 800 K. Preocupado com os elevados custos do petróleo, ele contrata os serviços de um inventor. Após estudo, o inventor afirma que o uso do óleo combustível pode ser minimizado através do esquema descrito a seguir: um quarto do calor necessário para acionar a máquina seria originado da queima de bagaço de cana a 400 K, enquanto o restante seria proveniente da queima de óleo combustível aos mesmos 800 K. Ao ser inquirido sobre o desempenho da máquina nesta nova configuração, o inventor argumenta que a queda no rendimento será inferior a 5%. Você julga esta afirmação procedente? Justifique estabelecendo uma análise termodinâmica do problema para corroborar seu ponto de vista. Considere que, em ambas as situações, a máquina rejeita parte da energia para o ar atmosférico, cuja temperatura é 300 K.
8a QUESTÃO
Valor: 1,0
Um motociclista de massa m1 deseja alcançar o topo de uma plataforma. Para isso, ele faz uso de uma moto de massa m2, uma corda inextensível de massa desprezível e uma rampa de inclinação θ. Ao saltar da rampa, o motociclista atinge a corda na situação em que esta
9a QUESTÃO
Valor: 1,0
Na figura abaixo, há um espelho com a face refletora para baixo, tendo uma de suas extremidades presa a um eixo que permite um movimento pendular, e um canhão, que emite concomitantemente um raio de luz. Abaixo do espelho existem dois corpos de massa m e cargas de mesmo módulo e sinais opostos. Os corpos estão apoiados sobre um trilho sem atrito, fixados em suas extremidades e no mesmo plano vertical que o canhão de luz. Os corpos estão imersos no campo elétrico uniforme existente entre as placas de um capacitor, que é energizado por uma fonte variável U(x). No momento em que o espelho inicia o movimento, a partir da posição inicial e com aceleração tangencial de módulo constante, o corpo de carga negativa é liberado. Para que a aceleração deste corpo seja constante e máxima no sentido do eixo X, determine: a) a expressão de U(x), onde x representa a posição do corpo de carga negativa relativa à origem O do eixo X; b) o módulo da aceleração tangencial da extremidade livre do espelho, para que o raio de luz atinja a carga de prova negativa no momento em que o deslocamento angular do espelho seja de 50o. Dados: Q = 10-4 C; m = 20 g, l = 1,0 m, d = 0,5 m, g = 10 m/s2 l Posição inicial do
Canhão de Luz
10a QUESTÃO
Valor: 1,0
A figura apresenta um plano inclinado, sobre o qual estão dois blocos, e, em sua parte inferior, uma mola com massa desprezível. A superfície deste plano apresenta coeficiente de atrito estático
µe =
5 3 / 13 e coeficiente de atrito cinético
µc =
0,3 3 . O bloco A está fixado na
superfície. O bloco B possui massa de 1kg e encontra-se solto. Sabe-se que a superfície abaixo da mola não possui atrito e que os blocos A e B estão eletricamente carregados com, respectivamente,
+ 40 x 10
−4
C e
−(
3 / 39) x 10 −3 C . Desconsiderando as situações em que, ao
atingir o equilíbrio, o bloco B esteja em contato com o bloco A ou com a mola, determine: a) as alturas máxima e mínima, em relação à referência de altura, que determinam a faixa em que é possível manter o bloco B parado em equilíbrio; b) a velocidade inicial máxima v com que o bloco B poderá ser lançado em direção a mola, a partir da altura hb = 20 m, para que, após começar a subir o plano inclinado, atinja uma posição de equilíbrio e lá permaneça. Dados: •
aceleração da gravidade: 10 m/s2;
•
constante eletrostática: 9 x 109 Nm2 /C2.
Observação: desconsidere as dimensões dos blocos para os cálculos.
RASCUNHO
CONCURSO DE ADMISSÃO AO CURSO DE FORMA ÃO E GRADUA ÃO FÍSICA
CADERNO DE QUESTÕES
2009
1a QUESTÃO
Valor: 1,0
Um dispositivo óptico de foco automático, composto por uma lente biconvexa delgada móvel, posiciona automaticamente a lente, de modo a obter no anteparo fixo a imagem focada do objeto, conforme apresentado na figura. Sobre esse dispositivo, instalou-se um circuito elétrico alimentado por 12 V, composto de dois resistores fixos de 200 Ω e dois resistores variáveis de 2,5 Ω/mm. Quando a distância entre o objeto e a lente é 1,2 m, a ddp no circuito entre os pontos A e B é zero. Determine a distância d entre o objeto e a lente do dispositivo para a ddp V B - V A, medida pelo voltímetro V , de 2,4 V. 2,5
Ω /mm
A n t e A p a r o
Objeto
d
Lente
Imagem 2,5
8
Ω /mm
200Ω
V
200Ω
B
12V
9a QUESTÃO
Valor: 1,0
As situações 1 e 2 da figura apresentam uma caldeira que fornece vapor sob pressão a uma turbina, a fim de proporcionar a sua rotação. A turbina está ligada solidariamente ao Gerador 1 por meio de seu eixo, que gera a energia elétrica E1. O vapor expelido é aproveitado para impulsionar as pás de um sistema de geração eólico, que são acopladas por meio de seu eixo ao Gerador 2, que gera a energia elétrica E2. Determine: a) a energia a ser fornecida pelo aquecedor à caldeira, em função de E1 e E2, mantidas constantes, nas seguintes situações: • SITUAÇÃO 1: As energias E1 e E2 são utilizadas para atender o consumidor final. • SITUAÇÃO 2: Toda a energia elétrica E2 é utilizada por um conversor eletrotérmico, mantendo E1 com a mesma destinação da SITUAÇÃO 1.
4a QUESTÃO
A figura mostra o perfil de um par de espelhos planos articulado no ponto O e, inicialmente, na vertical . Ao centro do espelho OB é colado um pequeno corpo, cuja massa é muito maior que a do espelho. O espelho OA encontra-se fixo e, frente ao mesmo, é colocado um objeto P . Em um dado instante, é aplicado um impulso no espelho OB, conferindo a extremidade B uma velocidade inicial v0, no sentido de fechar os espelhos face contra face. Tomando como referência o eixo x, determine: a) a altura máxima atingida pela extremidade B. b) os módulos dos vetores velocidade da extremidade B, para cada instante em que uma imagem adicional do objeto P é formada, até que B atinja sua altura máxima. Dados: • •
b) o rendimento do sistema para as duas situações.
•
c) a potência térmica necessária a ser fornecida pelo aquecedor, a fim de permitir que um sistema de bombeamento eleve 1000 m 3 de água a uma altura de 100 m em 4 horas, utilizando as energias E1 e E2 da SITUAÇÃO 1.
Valor: 1,0
L = 90 cm vo = 7 m/s
g = 10 m/s2
cos
36o 0,81
40o 0,77
45o 0,71
51,4o 0,62
60o 0,5
72o 0,31
90o 0
120o - 0,5
A
Dados: • rendimentos: − caldeira: 40 % − turbina: 60 %; − gerador 1: 70%; − das pás (gerador eólico): 30 %; − gerador 2: 50 %; − conversor eletrotérmico: 50 %; − sistema de bombeamento de água: 70 %; • massa específica da água: 1 kg/L; 2 • aceleração da gravidade: 10 m/s .
Objeto P g
Faces dos espelhos
O Turbina
Eixo
GERADOR 1
Turbina
Eixo
E1
Caldeira
GERADOR 1
L
Conversor Pás (eólica) Aquecedor
E1
Caldeira
GERADOR 2
Aquecedor E2
SITUAÇÃO 1
E2
Corpo
Pás (eólica) GERADOR 2
SITUAÇÃO 2
Movimento v0 B
6
3
x
180o -1
