Questões de Física — ESCOLA NAVAL 2011

Um bloco (comportamento de partícula) de massa igual a 240kg é solto do repouso da altura de 6,00m em relação a uma plataforma amortecedora, de massa e espessura desprezíveis. As duas paredes laterais fixas exercem, cada uma, força de atrito cinético constante de módulo igual a 400N. O bloco atinge a plataforma que possui quatromolasideaisiguais, de constante elástica 1,20.10 3 N/m, localizadas nos seus vértices (conforme a figura abaixo) . A energia cinética máxima (em kJ) adquirida pelo bloco, na 1ª queda, é

As turbinas de certo reator nuclear possuem um rendimento de 12% e são capazes de gerar uma potência elétrica de 1,20.10 3 MW (1M = 10 6 ) . A temperatura do vapor superaquecido que alimenta as turbinas é de 327ºC. Considerando a potência elétrica constante durante 1,00min., a variação de entropia (em 10 3 MJ/K) do sistema vapor – turbinas neste intervalo de tempo é Dado: 0 ºC – 273 K

Dois veículos A e B percorrem a mesma trajetória retilínea e horizontal (eixo dos X) . O veículo A (da frente) , de massa m a = 20 kg, está sob a ação da força resultante e o veículo B (detrás), de massa m b= 30kg, está sob a ação da força resultante No instante t= 0, temos: o módulo da velocidade do veículo A é duas vezes maior do que o módulo da velocidade do veículo B e a velocidade de A em relação a B é .No instante t= 5,0s, o módulo da velocidade (em m/ s) do centro de massa do sistema (A + B) é

A esfera de massa m e carga positiva + q sobe o plano inclinado, que forma um ângulo e com a horizontal, sob a ação das forças exercidas pela gravidade e pela partícula de carga negativa – q, fixada na altura H (conforme a figura abaixo). Despreze os atritos. A velocidade inicial da esfera e o ângulo ? do plano inclinado são tais que, ao chegar à alturah (h< H), a esfera atinge a condição de equilíbrio instável. Analise as seguintes afirmativas: I– No deslocamento da esfera até a altura h, a energia potencial gravitacional do sistema esfera – Terra aumenta, enquanto a energia potencial eletrostática do sistema esfera–partícula diminui. II– A energia cinética inicial da esfera é maior ou igual ao produto do seu peso pela altura h. III– A diferença entre as alturas H e h é igual a onde g é m.g o módulo da aceleração da gravidade e K a constante eletrostática do meio. IV– Como a carga elétrica total do sistema esfera –partícula é nula, o trabalho da força eletrostática que atua na esfera também é nulo.

Assinale a opção que contém apenas as afirmativas corretas:

O bloco uniforme de massa m = 0,20 kg e altura H = 20 cm oscila comprimindo, alternadamente, duas molas dispostas verticalmente (ver a figura abaixo). Despreze os atritos. As molas, de constantes elásticas ki = 1,0.10 3 N/m e k2 = 2,0.10 3 N/m, possuem massas desprezíveis e, quando não deformadas, têm suas extremidades separadas pela distância d. Sabese que as molas sofrem a mesma compressão máxima h= 10cm. No instante em que o centro de massa C do bloco estiver equidistante das molas, a sua energia cinética, em joules, é

Uma fonte sonora F emite ondas na frequência de 600 HZ. A fonte e dois detectores A e B, em seus veículos, movem–se no plano XY. Num certo instante, temos: a fonte F na posição (0; 60m) e com velocidade o detector A na posição (70m; 60m) e com velocidade e o detector B na posição (0; 90 m) e com velocidade Considere o módulo da velocidade do som igual a 340m/s, em relação ao ar parado. A razão entre as frequências recebidas pelos detectores A e B (fA/ fB), no instante considerado, é

O sistema hidráulico da figura abaixo consiste em dois embolos, de massas desprezíveis, de áreas A 1 e A2, fechando completamente as aberturas de um tubo em U cilíndrico. O óleo no interior do tubo está contaminado com certa quantidade de álcool etílico, formando assim uma pequena coluna de altura h logo abaixo do embolo de área A 2 – 5.A1 Dados: ? álcool = 0, 80 g/ cm 3 ; μóleo = 0, 90 g/ cm 3

Um aquecedor elétrico de fluxo contínuo utiliza uma resistência elétrica R =21 ohms para aquecer água da temperatura Ti= 12ºC até a temperatura Tf = 52 º C, no estado estacionário (conforme a figura abaixo) . O escoamento da massa de água ocorre à taxa de 12 kg/min. Despreze as perdas. A corrente elétrica I (em ampères) que passa na resistência elétrica R é Dados: cagua= 1,0cal/g.ºC; 1cal= 4,2 joules.

Uma onda estacionária é formada em um segmento horizontal, de comprimento igual a 30 cm, de uma corda tracionada por um contrapeso de massa igual a 5,0.10 2 gramas. A equação da onda estacionária é dada pela expressão: y(x,t)= 5,0.sen[(80?/ 3).x].cos[ (200?/ 3).t] [ onde x está medido em metros, y em centímetros e t em segundos] . O número de nós (ou nodos) na corda e a sua densidade linear (em g/ cm) , respectivamente, são

Duas hastes condutoras rígidas, longas e paralelas, apoiadas em um plano liso horizontal, estão separadas, inicialmente, por uma mola de material isolante que está no seu comprimento não deformado do = 5,0 cm. A constante elástica da mola é k= 25.10 –2 N/m. A corrente elétrica I= 10A é, então, estabelecida nas hastes, em sentidos opostos. Em um comprimento L = 50 cm das hastes, também passa a atuar um campo magnético externo uniforme , vertical, para fora da página (conforme a figura abaixo) . No equilíbrio estático, verifica–se que a separação entre as hastes passa a ser d = 2,0 cm. Despreze o campo magnético da Terra e a magnetização da mola. Nestas condições, o módulo do campo magnético externo (em militeslas) é Dado: ?o = 4?.10 –7 T.m / A

A esfera de massa me tem o módulo da sua velocidade reduzida a zero na colisão frontal e inelástica (ou parcialmente elástica) com a esfera de massa m = 2m o. Por sua vez, a esfera de massa m encontra–se inicialmente em repouso na posição A, suspensa por um fio inextensível e de massa desprezível. Após a colisão, percorre a trajetória circular ABCD de raio igual ao comprimento L do fio. Despreze o atrito no pivô O e a resistência do ar. Para que a esfera de massa m percorra a trajetória circular, o valor mínimo do módulo da velocidade , antes da colisão, é Dado: g é a aceleração da gravidade.

Uma corda isolante de massa m e comprimento L está esticada, com as extremidades presas a um diapasão e à placa (2) de um capacitor plano de placas paralelas, a vácuo. A área de cada placa do capacitor é A e, inicialmente, ele está carregado com carga elétrica de valor absoluto igual a 400 ?C. A placa (1) do capacitor está fixa e a placa (2) pode se mover somente na direção horizontal, entre duas guias não representadas na figura. Despreze os atritos. A frequência de vibração do diapasão é igual a 300 Hz e a corda está oscilando no 3º harmônico (conforme a figura abaixo) . Para que a corda oscile no 2º harmônico, o valor absoluto da nova carga elétrica (em ?C) que o capacitor deve possuir é

Uma pequena esfera carregada, de massa m= 0,400kg e carga elétrica q= 7,50.10 –1 C, está presa à mola ideal de constante elástica K= 40,0N/m. O sistema esfera –mola oscila em M.H.S, com amplitude A= 10,0cm, sobre uma rampa formando uma ângulo de 30º com a horizontal. A esfera move–se numa região onde existe um campo magnético uniforme de módulo igual a 2,00 teslas, perpendicular ao plano do movimento (conforme a figura abaixo). Despreze os atritos e a magnetização da mola. No instante em que a mola estiver esticada 10,0cm em relação ao seu tamanho natural, se afastando da posição de equilíbrio do sistema esfera–mola, o módulo da força normal (em newtons) exercida pelo plano inclinado (rampa) sobre a esfera é

Na figura abaixo, temos o bloco B de massa igual a 4,0 kg e um recipiente (massa desprezível) cheio de areia, interligados por um fio (inextensível e de massa desprezível) que passa por uma polia ideal. Os coeficientes de atrito estático e cinético entre o bloco B e a reta de maior declive do plano inclinado valem, respectivamente, 0, 050.?3 e 0,040.?. O recipiente possui umpequeno orifício no fundo, por onde a areia pode sair. No instante t= 0, a massa da areia no recipiente é de 1,7 kg. A partir do instante t = 0, com a areia saindo do orifício, o módulo da maior aceleração (em m/ s 2 ) adquirida pelo bloco B é

Uma fonte sonora pontual emite ondas sonoras isotropicamente no espaço livre. A função de onda de deslocamento da onda sonora é da forma S(x, t)= 5,0.10 –3 .cos[ 20.x–6,6.10 3 t] (onde S está emmilímetros, x em metros e t em segundos). Um pequeno detector situado a 10m da fonte mede o nível sonoro de 80 dB. Sabendo–se que a intensidade sonora de referência, que corresponde ao limiar de audição, é de 10 –12 W/m 2 , a intensidade sonora (em ?W/m 2 ) a 50 m da fonte é

No circuito elétrico abaixo, a chave K está inicialmente ligada ao terminal (1) e o reostato R x é ajustado em 0,50?, para que a corrente elétrica indicada no amperímetro seja de 10 A. Tal valor de corrente é igual à metade da corrente de curto–circuito do gerador de f.e.m ? 1 e resistência interna r 1. Posteriormente, a chave é ligada ao terminal (2) e espera–se pela carga total dos capacitores. Verifica–se, então, que o capacitor Ci possui carga elétrica Qi= 20?C. O valor absoluto da f.e.m ? 2 (em volt) do segundo gerador é Dados: C 1 = 2,0 ?F; C2 = 4,0 ?F; C3 = 5,0 ?F

Uma máquina térmica, que tem como substância de trabalho 2,00 mols de um gás ideal monoatômico, descreve o ciclo de Carnot. Na expansão isotérmica, o gás recebe 4648J de calor e verifica–se que o seu volume aumenta de 0,200m 3 para 0,400m 3 . Sabendo–se que o rendimento da máquina é de 25% , o trabalho (emkJ) realizado pelo gás na expansão adiabática é Dados: R = 8,30 J/mol.K (constante de Clapeyron); In2 = 0,700; In3 = 1,10; In4 = 1,40

Duas esferas carregadas (consideradas cargas elétricas pontuais) possuem massas desprezíveis. A de cima possui carga elétrica q 1= + 3,0?C e a de baixo possui carga elétrica q 2 = – 4,0 ?C. As duas esferas estão presas a fios ideais; um dos

fios está preso ao teto e o outro preso a um cilindro maciço de massa específica igual a 8,0g/ cm 3 e volume igual a 1, 5.10 –4 m 3 . O cilindro está parcialmente imerso em água (massa específica igual a 1,0 g/ cm 3 ) e em equilíbrio, de acordo com a figura abaixo. A distância entre as esferas é de 10 cme o meio entre elas tem comportamento de vácuo. O volume imerso do cilindro em relação ao seu volume total, em porcentagem, é

Uma pista é composta por um trecho retilíneo longo horizontal seguido do trecho circular vertical de raio R (conforme a figura abaixo) . O carrinho (1) (partícula), de massa m1 = 1,0 kg e velocidade 91=5,0.Î (m/ s), colide com o carrinho (2) (partícula), de massa m2= 2,0kg, em repouso no trecho retilíneo. Despreze os atritos. O coeficiente de restituição do choque vale 0,80. Após a colisão, o carrinho (2) sobe o trecho circular vertical e, num certo instante, passa pela primeira vez na posição A, de altura ha = R, com velocidade tal que o módulo da força normal da pista sobre o carrinho é igual ao módulo do seu peso. Nesse instante, o módulo da velocidade (em m/ s) do carrinho (2) em relação ao carrinho (1) é

Em paralelo com a lâmpada incandescente de resistência R do circuito elétrico abaixo, temos uma caixa preta que contém um circuito elétrico desconhecido. Considere o voltímetro e o amperímetro ideais. Medindo–se a d.d.p. V, entre os pontos a e b, e a corrente elétrica I, podemos afirmar que: