Questões de Física - UNICAMP | Gabarito e resoluções

(UNICAMP - 2003 - 1a fase) A inveno da lmpada incandescente no final do Sc. XIX representou uma evoluo significativa na qualidade de vida das pessoas. As lmpadas incandescentes atuais consistem de um filamento muito fino de tungstnio dentro de um bulbo de vidro preenchido por um gs nobre. O filamento aquecido pela passagem de corrente eltrica, e o grfico abaixo apresenta a resistividade do filamento como funo de sua temperatura. A relao entre a resistncia e a resistividade dada por , onde R a resistncia do filamento, L seu comprimento, A a rea de sua seo reta e sua resistividade. a) Caso o filamento seja aquecido desde a temperatura ambiente at 2000 o C, sua resistncia aumentar ou diminuir? Qual a razo, R2000/ R20, entre as resistncias do filamento a 2000 o C e a 20 o C? Despreze efeitos de dilatao trmica. b) Qual a resistncia que uma lmpada acesa (potncia efetiva de 60 W) apresenta quando alimentada por uma tenso efetiva de 120V? c) Qual a temperatura do filamento no item anterior, se o mesmo apresenta um comprimento de 50 cm e um dimetro de 0,05 mm? Use a aproximao .

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 3) A terceira lei de Kepler diz que o quadrado do perodo de revoluo de um planeta (tempo para dar uma volta em torno do Sol) dividido pelo cubo da distncia do planeta ao Sol uma constante. A distncia da Terra ao Sol equivalente a 1 UA (unidade astronmica). a) Entre Marte e Jpiter existe um cinturo de asterides (vide figura). Os asterides so corpos slidos que teriam sido originados do resduo de matria existente por ocasio da formao do sistema solar. Se no lugar do cinturo de asterides essa matria tivesse se aglutinado formando um planeta, quanto duraria o ano deste planeta (tempo para dar uma volta em torno do Sol) ? b) De acordo com a terceira lei de Kepler, o ano de Mercrio mais longo ou mais curto que o ano terrestre?

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 4) Um corpo que voa tem seu peso P equilibrado por uma fora de sustentao atuando sobre a superfcie de rea A das suas asas. Para vos em baixa altitude esta fora pode ser calculada pela expresso onde V uma velocidade de vo tpica deste corpo. A relao P/A para um avio de passageiros igual a 7200 N/m2 e a distncia b entre as pontas das asas (envergadura) de 60 m. Admita que a razo entre as grandezas P/A e b aproximadamente a mesma para pssaros e avies. a) Estime a envergadura de um pardal. b) Calcule a sua velocidade de vo. c) Em um experimento verificou-se que o esforo muscular de um pssaro para voar a 10 m/s acarretava um consumo de energia de 3,2 J/s. Considerando que 25% deste consumo efetivamente convertido em potncia mecnica, calcule a fora de resistncia oferecida pelo ar durante este vo.

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 5) Uma usina que utiliza a energia das ondas do mar para gerar eletricidade opera experimentalmente na Ilha dos Picos, nos Aores. Ela tem capacidade para suprir o consumo de at 1000 pessoas e o projeto vem sendo acompanhado por cientistas brasileiros. A usina formada por uma caixa fechada na parte superior e parcialmente preenchida com a gua do mar, que entra e sai por uma passagem (vide figura), mantendo aprisionada uma certa quantidade de ar. Quando o nvel da gua sobe dentro da caixa devido s ondas, o ar comprimido, acionando uma turbina geradora de eletricidade. A rea da superfcie horizontal da caixa igual a 50 m2 . a) Inicialmente, o nvel da gua est a 10 m do teto e a presso do ar na caixa igual presso atmosfrica (105 Pa). Com a sada para a turbina fechada, qual ser a presso final do ar se o nvel da gua subir 2,0 m? Considere que no processo a temperatura do ar permanece constante. b) Esboce a curva que representa o processo do item a em um diagrama de presso em funo do volume do ar. c) Estime o trabalho (em Joules) realizado pelas ondas sobre o ar da caixa

QUESTO ANULADA (UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 6) Algumas tcnicas usadas para determinar a absoro ptica de um gs baseiam-se no fato de que a energia luminosa absorvida transformada em energia trmica, elevando assim a temperatura do gs que est sendo investigado. a) Calcule a energia absorvida pelo gs na passagem de um pulso do feixe de luz laser que dura 2 x 10-3 s. b) Sendo a capacidade trmica do gs igual a 2,5 x 10-2 J/K, qual a elevao de temperatura do mesmo gs, causada pela absoro do pulso luminoso? c) Calcule o aumento de presso produzido no gs devido passagem de um pulso. Se esse pulso repetido a uma freqncia de 100 Hz, em que regio do grfico abaixo, que representa os nveis sonoros da audio humana em funo da freqncia, situa-se o experimento?

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 7) Uma moeda encontra-se exatamente no centro do fundo de uma caneca. Despreze a espessura da moeda. Considere a altura da caneca igual a 4 dimetros da moeda, dM, e o dimetro da caneca igual a 3 dM. a) Um observador est a uma distncia de 9 dM da borda da caneca. Em que altura mnima, acima do topo da caneca, o olho do observador deve estar para ver a moeda toda? b) Com a caneca cheia de gua, qual a nova altura mnima do olho do observador para continuar a enxergar a moeda toda? ngua = 1,3.

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 8) Para a afinao de um piano usa-se um diapaso com freqncia fundamental igual a 440 Hz, que a freqncia da nota L. A curva contnua do grfico representa a onda sonora de 440 Hz do diapaso. a) A nota L de um certo piano est desafinada e o seu harmnico fundamental est representado na curva tracejada do grfico. Obtenha a freqncia da nota L desafinada. b) O comprimento dessa corda do piano igual a 1,0 m e a sua densidade linear igual a 5,0 x 10-2 g/cm. Calcule o aumento de tenso na corda necessrio para que a nota L seja afinada.

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 9) A variao de uma resistncia eltrica com a temperatura pode ser utilizada para medir a temperatura de um corpo. Considere uma resistncia R que varia com a temperatura T de acordo com a expresso onde, C-1 e T dada em graus Celsius. Esta resistncia est em equilbrio trmico com o corpo, cuja temperatura T deseja-se conhecer. Para medir o valor de R ajusta-se a resistncia R2, indicada no circuito abaixo, at que a corrente medida pelo ampermetro no trecho AB seja nula. a) Qual a temperatura T do corpo quando a resistncia R2 for igual a 108 Ω? b) A corrente atravs da resistncia R igual a 5,010-3 A. Qual a diferena de potencial entre os pontos C e D indicados na figura?

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 10) A fumaa liberada no fogo durante a preparao de alimentos apresenta gotculas de leo com dimetros entre 0.05 m e 1 m. Uma das tcnicas possveis para reter estas gotculas de leo utilizar uma coifa eletrosttica, cujo funcionamento apresentado no esquema abaixo: a fumaa aspirada por uma ventoinha, forando sua passagem atravs de um estgio de ionizao, onde as gotculas de leo adquirem carga eltrica. Estas gotculas carregadas so conduzidas para um conjunto de coletores formados por placas paralelas, com um campo eltrico entre elas, e precipitam-se nos coletores. a) Qual a massa das maiores gotculas de leo? Considere a gota esfrica, a densidade do leo e b) Quanto tempo a gotcula leva para atravessar o coletor? Considere a velocidade do ar arrastado pela ventoinha como sendo 0,6 m/s e o comprimento do coletor igual a 0,30 m. c) Uma das gotculas de maior dimetro tem uma carga de (equivalente carga de apenas 5 eltrons!). Essa gotcula fica retida no coletor para o caso ilustrado na figura? A diferena de potencial entre as placas de 50 V, e a distncia entre as placas do coletor de 1 cm. Despreze os efeitos do atrito e da gravidade.

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 11) Um LED (do ingls Light Emiting Diode) um dispositivo semicondutor para emitir luz. Sua potncia depende da corrente eltrica que passa atravs desse dispositivo, controlada pela voltagem aplicada. Os grficos abaixo representam as caractersticas operacionais de um LED com comprimento de onda na regio do infravermelho, usado em controles remotos. a) Qual a potncia eltrica do diodo, quando uma tenso de 1,2 V aplicada? b) Qual a potncia de sada (potncia eltrica transformada em luz) para essa voltagem? Qual a eficincia do dispositivo? c) Qual a eficincia do dispositivo sob uma tenso de 1,5 V ?

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 12) Os tomos de carbono tm a propriedade de se ligarem formando materiais muito distintos entre si, como o diamante, o grafite e os diversos polmeros. H alguns anos foi descoberto um novo arranjo para esses tomos: os nanotubos, cujas paredes so malhas de tomos de carbono. O dimetro desses tubos de apenas alguns nanometros (1 nm = 10-9m). No ano passado, foi possvel montar um sistema no qual um nanotubo de carbono fechado nas pontas oscila no interior de um outro nanotubo de dimetro maior e aberto nas extremidades, conforme ilustrao abaixo. As interaes entre os dois tubos do origem a uma fora restauradora representada no grfico. 1 nN = 10-9 N. a) Encontre, por meio do grfico, a constante de mola desse oscilador. b) O tubo oscilante constitudo de 90 tomos de carbono. Qual a velocidade mxima desse tubo, sabendo-se que um tomo de carbono equivale a uma massa de 2x10-26 kg.

(UNICAMP - 2002 - 1a fase) Era uma vez um povo que morava numa montanha onde havia muitas quedas dgua. O trabalho era rduo e o gro era modo em piles. [...] Um dia, quando um jovem suava ao pilo, seus olhos bateram na queda-dgua onde se banhava diariamente. [...] Conhecia a fora da gua, mais poderosa que o brao de muitos homens. [...] Uma fasca lhe iluminou a mente: no seria possvel domestic-la, ligando-a ao pilo? (Rubem Alves, Filosofia da Cincia: Introduo ao Jogo e suas Regras, So Paulo, Brasiliense, 1987.) Essa histria ilustra a inveno do pilo dgua (monjolo). Podemos comparar o trabalho realizado por um monjolo de massa igual a 30 kg com aquele realizado por um pilo manual de massa igual a 5,0 kg. Nessa comparao desconsidere as perdas e considere g=10 m/s2 . a) Um trabalhador ergue o pilo manual e deixa-o cair de uma altura de 60 cm. Qual o trabalho realizado em cada batida? b) O monjolo cai sobre gros de uma altura de 2 m. O pilo manual batido a cada 2,0 s, e o monjolo, a cada 4,0 s. Quantas pessoas seriam necessrias para realizar com o pilo manual o mesmo trabalho que o monjolo, no mesmo intervalo de tempo?

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 1) O grfico acima, em funo do tempo, descreve a velocidade de um carro sendo rebocado por um guincho na subida de uma rampa. Aps 25 s de operao, o cabo de ao do guincho rompe-se e o carro desce rampa abaixo. a) Qual a velocidade constante com que o carro puxado, antes de se romper o cabo de ao? b) Qual a acelerao depois do rompimento do cabo de ao? c) Que distncia o carro percorreu na rampa at o momento em que o cabo se rompeu?

(UNICAMP - 2003 - 2 fase - Questo 2) At os experimentos de Galileu Galilei, pensava-se que quando um projtil era arremessado, o seu movimento devia-se ao impetus, o qual mantinha o projtil em linha reta e com velocidade constante. Quando o impetus acabasse, o projtil cairia verticalmente at atingir o cho. Galileu demonstrou que a noo de impetus era equivocada. Consideremos que um canho dispara projteis com uma velocidade inicial de 100 m/s, fazendo um ngulo de 30 com a horizontal. Dois artilheiros calcularam a trajetria de um projtil: um deles, Simplcio, utilizou a noo de impetus, o outro, Salviati, as idias de Galileu. Os dois artilheiros concordavam apenas em uma coisa: o alcance do projtil. Considere 3 1,8. Despreze o atrito com o ar. a) Qual o alcance do projtil? b) Qual a altura mxima alcanada pelo projtil, segundo os clculos de Salviati? c) Qual a altura mxima calculada por Simplcio?

(UNICAMP - 2002 - 1a fase) No incio da Revoluo Industrial, foram construdas as primeiras mquinas a vapor para bombear gua do interior das minas de carvo. A primeira mquina operacional foi construda na Inglaterra por Thomas Newcomen em 1712. Essa mquina fornece uma potncia til de 4,0 x 103 W utilizando o prprio carvo das minas como combustvel. A queima de 1 kg de carvo fornece 3,0 x 107 J de energia. a) A potncia til da mquina de Newcomen correspondia a somente 1% da potncia recebida da queima de carvo. Calcule, em kg, o consumo de carvo dessa mquina em 24 h de funcionamento. b) Poderia a mquina de Newcomen alimentar uma casa com dois chuveiros eltricos ligados simultaneamente, caso sua potncia til pudesse ser convertida, na ntegra, em potncia eltrica? Considere que em um chuveiro a corrente eltrica de 30 A e sua resistncia de 4.0 .