Questões de Física - IME | Gabarito e resoluções

(IME - 2009/2010) Atendendo a um edital do governo, um fabricante deseja certificar junto aos rgos competentes uma geladeira de baixos custo e consumo. Esta geladeira apresenta um coeficiente de desempenho igual a 2 e rejeita 9/8 kW para o ambiente externo. De acordo com o fabricante, estes dados foram medidos em uma situao tpica de operao, na qual o compressor da geladeira se manteve funcionando durante 1/8 do tempo a temperatura ambiente de 27 C. O edital preconiza que, para obter a certificao, necessrio que o custo mensal de operao da geladeira seja, no mximo igual a R$ 5,00 e que a temperatura interna do aparelho seja inferior a 8 C. O fabricante afirma que os dois critrios so atendidos, pois o desempenho da geladeira 1/7 do mximo possvel. Verifique, baseado nos princpios da termodinmica, se esta assertiva do fabricante est tecnicamente correta. Considere que a tarifa referente ao consumo de 1 kWh R$ 0,20.

(IME - 2009/2010)Uma mola com constante elstica k, que est presa a uma parede vertical, encontra-se inicialmente comprimida de ∆x por um pequeno bloco de massa m, conforme mostra a figura. Aps liberado do repouso, o bloco desloca-se ao longo da superfcie horizontal lisa EG, com atrito desprezvel, e passa a percorrer um trecho rugoso DE at atingir o repouso na estrutura (que permanece em equilbrio), formada por barras articuladas com peso desprezvel. Determine os valores das reaes horizontal e vertical no apoio A e da reao vertical no apoio B, alm das reaes horizontal e vertical nas ligaes em C, D e F. Dados: constante elstica: k = 100 kN/m; compresso da mola: ∆x = 2 cm; massa do bloco: m = 10 kg; coeficiente de atrito cintico do trecho DE: c = 0,20; acelerao gravitacional: g = 10 m/s2

(IME - 2009/2010)A figura ilustra um plano inclinado com ngulo = 30o cuja superfcie apresenta atrito. Um bloco de massa m = 1 kg, carregado eletricamente com a carga negativa q = 10-2 C, apresenta velocidade inicial v0 = 2 m/s e realiza um movimento retilneo sobre o eixo x (paralelo ao plano horizontal) a partir do instante t = 0. Alm disso, este bloco se encontra submetido fora constante F = 4,5 N na direo x e a um campo magntico B = 100 T normal superfcie (direo z). Considerando que o grfico ilustra o trabalho da fora resultante R que age sobre o bloco em funo da distncia percorrida, determine: a) o tempo gasto e a velocidade do bloco aps percorrer 60 m; b) os grficos das componentes da fora de atrito (direes x e y) em funo do tempo at o bloco percorrer 60 m. Dado: acelerao da gravidade: g = 10 m/s2

(IME - 2009/2010)A figura apresenta 4 situaes, nas quais 2 cargas de valor + Q so fixas e uma carga mvel, inicialmente em repouso, pode deslizar sem atrito por um trilho no condutor. Os trilhos das situaes 1 e 2 esto na horizontal, enquanto os das situaes 3 e 4 esto na vertical. Considerando cada uma das situaes, ao submeter a carga mvel a uma pequena perturbao, pede-se: a) verificar, justificando, se haver movimento oscilatrio em torno do ponto de equilbrio; b) calcular o perodo de oscilao para pequenas amplitudes se comparadas com a distncia d, em caso de haver movimento oscilatrio. Dados: 1/(d2 x2) 1/d2 se d x; massa das cargas: Mcargas= m.

(IME - 2009/2010) As situaes 1 e 2 da figura apresentam uma caldeira que fornece vapor sob presso a uma turbina, a fim de proporcionar a sua rotao. A turbina est ligada solidariamente ao Gerador 1 por meio de seu eixo, que gera a energia eltrica E1 . O vapor expelido aproveitado para impulsionar as ps de um sistema de gerao elico, que so acopladas por meio de seu eixo ao Gerador 2, que gera a energia eltrica E2. Determine: a) a energia a ser fornecida pelo aquecedor caldeira, em funo de E1 e E2, mantidas constantes, nas seguintes situaes: Situao 1: As energias E1 e E2 so utilizadas para atender o consumidor final. Situao 2: Toda a energia eltrica E2 utilizada por um conversor eletrotrmico, mantendo E1 com a mesma destinao da situao 1. b) o rendimento do sistema para as duas situaes. c) a potncia trmica necessria a ser fornecida pelo aquecedor, a fim de permitir que um sistema de bombeamento eleve 1000 m3 de gua a uma altura de 100 m em 4 horas, utilizando as energias E1 e E2 da situao 1. Dados: rendimentos: caldeira: 40 % turbina: 60 %; gerador 1: 70%; das ps (gerador elico): 30 %; gerador 2: 50 %; conversor eletrotrmico: 50 %; sistema de bombeamento de gua: 70 %; massa especfica da gua: 1 kg/L; acelerao da gravidade: 10 m/s2

(IME - 2009/2010) Na figura, a SITUAO 1 apresenta um bloco cbico de madeira, de aresta 1 m, com metade de seu volume imerso em gua, sustentando o anteparo A2 e mantendo-o afastado 4,6 m do anteparo A1, sobre o qual esto duas fendas separadas de 2 mm. Na SITUAO 2, troca-se a gua por um lquido de densidade menor, mantendo o mesmo nvel H. Coloca-se uma prancha de massa desprezvel e de comprimento 20 cm, apoiada pela aresta superior direita do bloco e a borda do tanque. Em seguida, um corpo puntiforme de massa 2 x 10-6 kg e carga positiva de 2 x 10-6 C abandonado do ponto mais alto da prancha, deslizando sem atrito. Ao sair da prancha, com velocidade m/s, penetra em um campo magntico uniforme , com as linhas de induo paralelas ao plano do papel, descrevendo uma trajetria helicoidal de raio () m. Neste momento incide, na fenda localizada no teto, uma luz monocromtica que, ao passar pelas fendas em A1, produz em A2 duas franjas claras consecutivas separadas por 1,6 mm. Admitindo a densidade da gua igual a 1, determine: a) o comprimento de onda da luz incidente nos anteparos; b) a densidade do lquido na SITUAO 2.

(IME - 2009/2010) A figura composta por dois materiais slidos diferentes A e B, apresenta um processo de conduo de calor, cujas temperaturas no variam com o tempo. correto afirmar que a temperatura T2da interface desses materiais, em kelvins, : Observaes: T1: Temperatura da interface do material A com o meio externo T3: Temperatura da interface do material B com o meio externo KA: Coeficiente de condutividade trmica do material A KB: Coeficiente de condutividade trmica do material B

(IME - 2009/2010) A figura apresenta, esquematicamente, uma lente convergente de distncia focal f posicionada no plano de transio entre o vcuo e um material de ndice de refrao n. O fator de ampliao (tamanho da imagem dividido pelo tamanho do objeto) de um objeto muito pequeno (se comparado com as dimenses da lente) colocado a uma distncia p da lente :

(IME - 2009/2010) A figura mostra duas barras AC e BC que suportam, em equilbrio, uma fora F aplicada no ponto C. Para que os esforos nas barras AC e BC sejam, respectivamente, 36 N (compresso) e 160 N (trao), o valor e o sentido das componentes vertical e horizontal da fora F devem ser: Observao: Despreze os pesos das barras e adote

(IME - 2009/2010)Um bloco de 4 kg e velocidade inicial de 2 m/s percorre 70 cm em uma superfcie horizontal rugosa at atingir uma mola de constante elstica 200 N/m. A acelerao da gravidade 10 m/s2 e o bloco comprime 10 cm da mola at que sua velocidade se anule. Admitindo que durante o processo de compresso da mola o bloco desliza sem atrito, o valor do coeficiente de atrito da superfcie rugosa :

(IME - 2009/2010) Uma partcula eletrizada penetra perpendicularmente em um local imerso em um campo magntico de intensidade B. Este campo dividido em duas regies, onde os seus sentidos so opostos, conforme apresentado na figura. Para que a partcula deixe o local com um ngulo de 30o, correto afirmar que a eletrizao da partcula e a intensidade do campo magntico que possui o sentido saindo do plano do papel devem ser, respectivamente: Dados: R: raio da trajetria da partcula na regio onde existe um campo magntico. L/R = 3

(IME - 2009/2010) Sabendo que todos os resistores da malha infinita da figura tm resistncia R, a resistncia equivalente entre A e B :

(IME - 2009/2010) No interior da Estao Espacial Internacional, que est em rbita em torno da Terra a uma altura correspondente a aproximadamente 5% do raio da Terra, o valor da acelerao da gravidade

(IME - 2009/2010)Em certo fenmeno fsico, uma determinada grandeza referente a um corpo expressa como sendo o produto da massa especfica, do calor especfico, da rea superficial, da velocidade de deslocamento do corpo, do inverso do volume e da diferena de temperatura entre o corpo e o ambiente. A dimenso desta grandeza em termos de massa (M), comprimento (L) e tempo (t) dada por:

(IME - 2009/2010 - 1 fase) Na Situao I da figura, em equilbrio esttico, a Massa M, presa a molas idnticas, est a uma altura h/3. Na Situao II, a mola inferior subitamente retirada. As molas, em repouso, tm comprimento h/2. O mdulo da velocidade da Massa M na iminncia de tocar o solo na Situao II : Observao: g: Acelerao da Gravidade