Questões de Física - IME | Gabarito e resoluções

(IME - 2021/2022) As Figuras 1 e 2 apresentam, respectivamente, as formas de onda da tensoe da correntesobre o dispositivo eletrnico hipottico da Figura 3. Para o instante de tempo, a potncia fornecida ao circuito pela fonte de tenso, em W, :

(IME - 2021/2022) Um objeto de formato cbico, com aresta de comprimentoe de massa especfica, encontra-se apoiado no fundo do mar, devendo ser iado por meio de um balo de borracha de massa, que apresenta volume internode ar ajustvel. A figura ilustra a situao descrita, com o centro do balo posicionado a 10 m de profundidade. O volumedo balo, em, relaciona-se com a diferena de presso, em atm, entre a presso interna e a externa do balo pela seguinte equao: para Dados: massa do balo:; massa do cabo:; comprimento da aresta do objeto cbico:; acelerao da gravidade:; massa especfica do objeto:; massa especfica da gua:; e 1 atm =Pa. Observaes: o ar acima da superfcie da gua encontra-se a 1 atm de presso; desconsidere o volume do cabo e a massa do ar internamente ao balo; e para efeito do clculo da presso hidrosttica sobre o balo, considere que todo volumeesteja posicionado na mesma profundidade de seu centro. A presso interna mnima do balo, em atm, a partir da qual ser iniciado o movimento do objeto :

(IME - 2021/2022) Em um experimento, dois objetos de massasepartem, respectivamente, das posies 0 e 30 m do mesmo eixo horizontal. Suas velocidades so programadas de acordo com os grficos lineares mostrados nas Figuras 1 e 2, at que, na iminncia de coliso perfeitamente inelstica entre elas, o sistema de controle das velocidades desativado, mantendo-se inrcia de seus movimentos. A razopara que, aps a coliso, os objetos retornem unidos posio 0 e com velocidade constante de mdulo 2 :

(IME - 2021/2022) Um engenheiro recebe a tarefa de elaborar um anteprojeto para estabelecer alguns parmetros de desempenho referentes a uma usina termeltrica a carvo que ser empregada em situaes emergenciais. Esta usina trabalhar segundo um ciclo termodinmico e, em seu estudo, o engenheiro estabelece as afirmativas abaixo: Afirmativa I: Se a temperatura da fonte fria for de 300 K e se o ciclo apresentar rendimento real correspondente a 75% do rendimento do Ciclo de Carnot associado, ento a temperatura da fonte quente ser de 750 K, para as condies de projeto. Afirmativa II: A taxa de transferncia de calor para a fonte fria nas condies de projeto ser de 55/3 MW. Afirmativa III: Nas condies de projeto, o consumo de carvo necessrio para garantir o funcionamento ininterrupto da usina durante uma semana ser de 560 toneladas. Condies de projeto: rendimento do ciclo: 45%; calor de combusto do carvo: 36 kJ/g; e potncia disponibilizada pela usina 15 MW. Diante do exposto, est(o) correta(s) a(s) afirmativa(s):

(IME - 2021/2022) QUESTO ANULADA! Um planetafoi arremessado de sua rbita originalao redor de sua estrelano Sistema Solar 1 e desde ento a vaga pelo Universo com velocidade constante. Em um determinado momento, ao passar pelo Sistema Solar 2,se choca frontalmente, que se encontra no aflio de sua rbitaem torno de sua nica estrela,. O choque entre os dois planetas perfeitamente inelstico e resulta na criao de um novo planeta. Dados: mdulo da velocidade tangencial den aflio de:; mdulo da velocidade de:; massa dex massa da estrela; e massa de= massa de. Sobre a rbitadeem torno de, verdadeiro afirmar que: a)O perodo de sua rbita igual ao da rbitade. b)O perodo de sua rbita maior que o da rbitade. c)O perodo de sua rbita menor que o da rbitade. d)no haver rbita, pois o planetair de encontro estrela. e)no haver rbita, pois o planetaescapar de sua rbita em torno de.

(IME - 2021/2022) Um feixe de eltrons penetra em uma regio, dividida em camadas espaadas de acordo com as dimenses mostradas na figura, que est sujeita a um campo magntico heterogneo. Em cada camada, a direo e o sentido do campo magntico mudam (vide figura), mas seu mdulo ser sempre constante. Note que na figura existem reas desprovidas de campo magntico. Sabendo que, aps passar pela primeira camada, o feixe descreve um arco de 1/8 de circunferncia, ele sair na camada 10 no ponto:

(IME - 2020 - Questo 16) Durante a fabricao de cubos de resina com arestas de 4,5 cm, formaram-se cavidades com 50,0 cm3de ar no interior de cada um deles. Um arteso agrupa oito cupos, gerando um cubo maior. Em seguida, envolve essa pea com uma camada de liga metlica, formando um cubo metlico com arestas de 10,0 cm, conforme mostra o corte da Figura 1. Dados: massa especfica da gua: 1,0 g/cm3; resina: 0,8g/cm3; e liga metlica: 2,0 g/cm3. Se esse cubo metlico for colocado na gua e estiver em equilbrio, conforme mostra a Figura 2, o valor do comprimento L, em cm, que este ficar submerso ser, aproximadamente:

[IME - 2020/2021 - 2 fase] H diversos meios de se medir a intensidade de um campo magntico. Usando-se uma balana de dois braos, com pratos P1e P2, possvel fazer essa medio. A figura mostra um retngulo JKLM suspenso por um dos pratos de uma balana, o qual constitudo de um nmero n de espiras superpostas. Cada uma das espiras percorrida por uma corrente i, cujo sentido inicial mostrado na figura. A parte inferior das espiras est inserida numa regio de campo magntico. Se o sentido da corrente for invertido, verifica-se a necessidade de colocar uma carga extra, de massa m, no prato da balana em que as espiras esto suspensas, para restaurar o equilbrio do sistema. Considerando g a acelerao da gravidade local, determine a intensidade de. Dados: - g = 9,8 m/s2 - n = 100 espiras - i = 0,01 A - a = 5,00 cm - m = 10,0 g

[IME - 2020/2021 - 2 fase] Um circuito composto por uma fonte de tenso constante que alimenta resistores por intermdio de seis chaves. As chaves esto inicialmente abertas e mudam de estado sequencialmente nas faixas de tempo da tabela at concluir um ciclo completo: Observaes: as chaves so ideais; todas as faixas possuem a mesma durao; o ciclo se repete 10 vezes por minuto; a mudana de estado das chaves acontece sempre, instantaneamente, no incio de cada faixa de tempo; e todas as chaves so abertas instantaneamente no final da faixa de tempo 10. Diante do exposto, pede-se: a) a energia fornecida pela fonte, em joules, em 10 minutos; b) a curva de potncia (Watt) em funo do tempo (segundos), fornecida pela fonte durante um ciclo completa; e c) uma alternativa de configurao do circuito que, com chaves permanentemente fechadas, implica em um consumo de energia desde t = 0 at t = 10min igual ao consumo obtido do item a).

(IME - 2020 - Questo 17) Na experincia de Thomas Young, tambm conhecida como experincia da fenda dupla, uma luz difratada por uma fenda F0no anteparo A1. Em seguida, o feixe de ondas difratado novamente difratado por outras duas fendas, F1e F2no anteparo A2, formando no anteparo A3um padro de interferncia constitudo por franjas clara (interferncia construtiva), alternadas por franjas escuras (interferncia destrutiva), conforme mostra a figura. A distnciaque separa as franjas (claras ou escuras) do ponto central O, vistas sobre o anteparo A3, pode ser definida em funo da distnciaentre os anteparos A2e A3,e da distnciaentre as fendas F1e F2. Essa distncia dada pela equao: em que: o nmero de ordem da interferncia; e a frequncia da luz que se propaga com velocidadenos percursos pticose. Para que a equao seja dimensionalmente correta e para que os raios que partem de F1e F2atinjam o ponto P, os valores deeso, respectivamente:

[IME - 2020/2021 - 2 fase] Um tubo com seo reta interna quadrada de lado bcontm dois fluidos incompreensveis em equilbrio, separados por um mbolo, conforme a situao ilustrada na figura. A cavidade em que o mbolo se desloca, sem atrito, apresenta seo reta interna quadrada de lado a.O mbolo formado por um material indeformvel, com massa, espessura e volume desprezveis, e encontra-se, inicialmente, na posio superior dentro da cavidade. Em certo instante, a segunda extremidade do tudo perfeitamente vedada com uma tampa, mantendo o ar confinado com a mesma presso atmosfrica externa. Dados: - massa especfica do fludo 1 : 1000 kg/m3 - massa especfica do fludo 2 : 2000 kg/m3 - presso atmosfrica: Patm= 105N/m2 - acelerao da gravidade: g = 10 m/s2 - a = 0,2 m - b = 0,1 m Considerando que no ocorrero mudanas de temperatura nos fludos e no ar confinado, para que o mbolo entre em equilibrio 5,00 cm abaixo da posio inicial, quantos litros do fludo 1 devero ser inseridos na extremidade aberta do tubo?

(IME - 2020 - Questo 19) O circuito mostrado acima emprega um fio de 2 mm2de seo transversal e resistividade de 0,4 mm2/m. A diferena de potencial (ddp)entre os pontos A e B, em volts, :

[IME - 2020/2021 - 2 fase] Certa mquina trmica, operando em ciclo termodinmico entre dois reservatrios com temperaturas de 600 K e 300 K, fornece a potncia necessria para o acionamento de motores em uma fbrica, conforme apresentado na figura 1. Devido a aspectos ambientais, ela dever ser retirada de atividade, mas o corpo tcnico realizou um estudo inicial e concluiu que ela poderia ser reaproveitada com a introduo de um reservatrio trmico intermedirio de 400 K, conforme a figura 2. Dentro dessa proposio, o grupo prope que se trabalhe com dois ciclos termodinmicos em srie, sendo que o ciclo superior dever produzir uma potncia de 40 HP, enqaunto que o ciclo inferor disponibilizar uma potncia menor no especificada. O setor financeiro argumentou que a converso proposta s seria economicamente vivel se a potncia associada ao ciclo inferior for no mnimo 10% do ciclo original e se o consumo dirio do novo combustvel, que alimentar o motor trmico do ciclo superior, estiver limitado a 500 litros. Dados: rendimento da mquina trmica no esquema original: 90% do mximo teoricamente admissvel; taxa de transferncia de calor do reservatrio trmico para a mquina trmica no esquema original: 540 MJ/h; rendimentos das mquinas trmicas superior e inferior para a modificao proposta: 90% e 80% do mximo teoricamente admissvel, respectivamente; tempo de operao dirio das mquinas com a modificao proposta: 8 horas; massa especfica e poder calorfico do novo combustvel: 0,12 kg/L e 50MJ/kg; taxa de energia empregada para o acionamento da mquina trmica inferior: 60% da taxa rejeitada pela mquina trmica superior; e Considere 1 HP = 3/4 kW. Observao: a taxa de calor recebida pela mquina trmica superior proveniente da queima do novo combustvel a ser empregado e o poder calorfico definido como a quantidade de energia liberada no processo de combusto por unidade de massa. Baseado em uma anlise termodinmica do problema e nos dados acima, verigique se as condies do setor financeiro so atendidas. Em sua anlise, expresse todas as potncias em HP.

(IME - 2020 - Questo 20) Analise as afirmativas abaixo, referentes ao funcionamento de duas mquinas de Carnot, em que uma ciclo motor e a outra, ciclo refrigerao. 1:Levando em conta as temperaturas dos reservatrios trmicos e supondo que 80% da potncia disponibilizada do ciclo motor seja empregada para o acionamento do ciclo de refrigerao, a quantidade de calor removida da fonte fria nesse ciclo ser 120kJ/min. 2: Considerando apenas o ciclo motor, se a temperatura da fonte fria for duplicada e, simultaneamente, a temperatura da fonte quente for quadruplicada, o motor trmico violar a Segunda Lei da Termodinmica. 3: Se a temperatura da fonte quente do ciclo motor for modificada para 500 K, a quantidade mxima de calor removido da fonte fria do ciclo de refrigerao ter o mesmovalor numrico do apresentado na Afirmativa 1. Dados: temperaturas, respectivamente, da fonte quente e da fonte fria do ciclo motor: 600 K e 300K; temperaturas, respectivamente, da fontequente e da fonte fria do ciclo de refrigerao: 300 K e 268 K; e calor adicionado mquina trmina do ciclo motor:. Considerando que a operao do refrigerador trmico efetuada pela potncia disponibilizada pelo motor trmico, est(o) correta(s) a(s) afirmativa(s)

[IME - 2020/2021 - 2 fase] Um fio de comprimento L1e densidade linearest ligado a outro fio com comprimento L2= 14 L1e densidade. O conjunto est preso pelas suas extremidades a duas paredes fixas e submetido a uma tenso T. Uma onda estacionrio se forma no conjunto com a menor frequncia, com um n na juno dos dois fios. Incluindo os ns das extremidades, determine o nmero de ns que sero observados ao longo do conjunto.