2 Ano Fisica

0

COLÉGIO APLICAÇÃO DE OSASCO

Professor: Gilberto Aranega Jr.

FISICA – 2º ANO DO ENSINO MÉDIO TÉCNICO e

ENSINO MÉDIO NORMAL – 2015

TEMPERATURA / DILATAÇÃO TÉRMICA / CALOR / TROCA DE CALOR /

CALOR SENSÍVEL e LATENTE / TERMODINÂMICA / GASES IDEAIS /

REFLEXÃO DA LUZ / ESPELHOS / REFRAÇÃO DA LUZ / LENTES /

ONDAS E SUA NATUREZA / VELOCIDADE DO SOM

NOME: ________________________________________________ / Nº.: _______

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FISICA – 2º Ano Médio e Técnico

Profº.: Gilberto Aranega Jr.

Ano Letivo de 2015

Indice:

Temperatura e Dilatação Térmica

Equilíbrio Térmico

Medida de Temperatura

Conversão de Escalas Termométricas

Escala Kelvin

Dilatação Térmica

Dilatação dos Sólidos

Exercícios de Fixação

Calor

Temperatura e Calor

Propagação do Calor

Troca de Calor

Quantidade de Calor Sensível

Quantidade de Calor Latente


Termodinâmica

Robert Boyle

Repulsão das Partículas de Newton

Teoria Cinética de Bernoulli

Teoria Cinética dos Gases de Clausius

Maxwell e as Bases da Mecânica Estática

Teoria Cinética dos Gases

Pressão e Temperatura de um Gás Qualquer

Gases Ideais

CNTP

Lei de Boyle e Lei de Charles e Gay-Lussac

Transformações: Definição das Transformações

Lei de Graham


Reflexão da Luz e Espelhos

Óptica Geométrica

Princípios da Propagação Retilínea da Luz

Eclipses

Sombras

Reflexão da Luz

Leis da Reflexão

Espelhos Planos

Espelhos Esféricos

2

Focos de Espelhos Esféricos

Construção Geométrica de Imagens


Refração da Luz e Lentes

Velocidade da Luz

Índice de Refração

Leis da Refração

Dispersão da Luz Branca

Lentes Esféricas

Comportamento Óptico das Lentes

Lentes Esféricas Delgadas

Focos das Lentes


Ondas

Natureza das Ondas

Ondas Periódicas

Ondas Sonoras

Velocidade do Som


Bibliografia

3


Temperatura / Dilatação Térmica

Ano Letivo de 2015

Temperatura e Dilatação Térmica

Equilíbrio Térmico

A noção mais comum de temperatura é a sensação térmica de quente ou frio que podemos ter através do

tato, porém, cientificamente, a temperatura está ligado ao fato de que as partículas que constituem um

corpo estão em constante agitação.

Temperatura é uma medida do estado de agitação das partículas

que constituem um corpo.

Experimentalmente, verifica – se que colocando em contato dois ou mais corpos em temperaturas

diferentes, após certo intervalo de tempo eles atingem a mesma temperatura, e dizemos que entraram em

equilíbrio térmico.

Dois ou mais corpos estão em equilíbrio térmico se suas temperaturas forem iguais.

Da noção de equilíbrio térmico, pode-se enunciar o principio conhecido como Princípio Número Zero

da Termodinâmica ou Princípio Fundamental da Termodinâmica.

4

Dois corpos em equilíbrio térmico com um terceiro estão

em equilíbrio térmico entre si.

Medida de Temperatura

Como a temperatura está ligada às partículas de um corpo, ela é medida de forma indireta, por meio de

certas grandezas (comprimento, volume, pressão) que variam com ela. Taís grandezas são denominadas

Grandezas Termométricas.

O aparelho que mede a temperatura é chamado termômetro e o mais utilizado na prática é o termômetro

de mercúrio, no qual a grandeza termométrica é a altura (comprimento) na coluna de mercúrio.

Ele se compõe de um tubo de vidro ligado a um reservatório (bulbo) onde existe mercúrio, que é um

metal na forma liquida. Quando o mercúrio, em contato com um corpo qualquer, aquece ou esfria, o nível

do mercúrio sobe ou desce indicando no ponto onde estaciona (ponto de equilíbrio térmico) um número

(temperatura) na régua gravada no vidro (escala termométrica).

A grandeza termométrica deve apresentar um único valor para cada temperatura, de foram que se possa

construir uma Escala Termométrica.

A escala termométrica é baseada em dois pontos fixos, isto é, dois estados térmicos em que a temperatura

se mantém constante, como, por exemplo, a fusão do gelo e a ebulição da água sob pressão normal (ao

nível do mar), que são os pontos fixos convencionais.

fusão do gelo (sob pressão normal) ponto do gelo

ebulição da água (sob pressão normal) ponto do valor

Na escala Celsius atribui-se o valor 0 para o ponto do gelo e 100 para o ponto do valor, como indica a

figura a seguir:

5

O intervalo entre os dois pontos (0 a 100) é dividido em 100 partes iguais, constituindo cada parte uma

unidade da escala, isto é, 1ºC (um grau Celsius).

Outra escala usada principalmente em países de língua inglesa é a Fahrenheit, que indica os valores 32 e

212 para os pontos do gelo e do vapor, respectivamente, e divide o intervalo entre esses dois pontos em

180 partes iguais (1ºF – um grau Fahrenheit).

Conversão de Escalas Termométricas

Suponha um termômetro graduado ao mesmo tempo nas escalas Celsius e Fahrenheit. A cada indicação

lida na escala Celsius, qual será a correspondente na Fahrenheit?

Para não confundir temperatura com tempo, usaremos a letra grega θ (teta) para representar temperatura.

Assim:

θc = temperatura na escala Celsius

θF = temperatura na escala Fahrenheit

6

Portanto, podemos escrever:

θc = θf – 32

5 9

Escala Kelvin

Como já vimos anteriormente, temperatura é uma medida da agitação das partículas de um corpo.

Podemos deduzir, então, que a menor temperatura possível ocorre quando as moléculas para de se agitar,

ou seja, quando estão em repouso.

Isto, na realidade, jamais ocorre, porém teoricamente essa temperatura é chamada Zero Absoluto.

Por meio de estudos do comportamento térmico da matéria, pode-se chegar a conclusão de que,

teoricamente, ela pode atingir a temperatura mínima de -273,15 ºC.

A temperatura de -273,15 ºC, o físico inglês William Thomson – Lord Kelvin (1824 – 1907) – atribuiu o

numero zero (zero kelvin ou zero absoluto) e, em seguida, dividiu a escala em partes iguais às da escala

Celsius; portanto uma variação de 1 ºC corresponde a 1 kelvin (1 K).

A escala assim construída é denominada Escala Kelvin, Escala Absoluta ou Escala Termodinâmica.

A relação entre as escalas kelvin e Celsius está indicada no esquema a seguir:

Observe que o intervalo entre os pontos fixos das duas escalas (Celsius e Kelvin) é dividido em 100

partes e que usamos o símbolo T para a temperatura Kelvin.

A equação de conversão entre as escalas Celsius e Kelvin é:

Tk = θc + 273

7

Outras Expressões para Transformações Entre Escalas Termométricas

°F = °C 1,8 + 32

°C = (°F – 32)

1,8

Tk = (°F + 459)

1,8

°F = Tk 1,8 – 459

Dilatação Térmica

Como já sabemos, se aumentarmos a temperatura de um corpo, aumenta a agitação das partículas desse

corpo. Conseqüentemente, as partículas se afastam uma das outras, provocando um aumento das

dimensões (comprimento, área e volume) do corpo.

A esse aumento das dimensões do corpo dá-se o nome de Dilatação Térmica.

Se a temperatura diminuir e as dimensões se reduzirem, dizemos que houve uma Contração Térmica.

Embora o aumento de todas as dimensões do corpo ocorra simultaneamente, costuma-se dividir o estudo

da dilatação térmica em três partes:

Dilatação Linear: aumento de comprimento;

Dilatação Superficial: aumento de área;

Dilatação Volumétrica: aumento de volume.

Os corpos sólidos admitem os três tipos de dilatação, mas os líquidos e gases, por não terem forma

própria, só admitem a dilatação volumétrica.

Dilatação dos Sólidos

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Considere uma barra metálica de comprimento L1 à temperatura θ1. Levando-se a barra à temperatura θ2 >

θ1, seu comprimento passa a ser L2 > L1. A variação de temperatura ∆θ = θ2 – θ1 ocasiona uma dilatação

linear ∆L = L2 – L1.

Verifica-se experimentalmente que a dilatação linear (∆L) é diretamente proporcional ao comprimento

inicial (L1) e à variação de temperatura (∆θ). A constante de proporcionalidade é denominada coeficiente

de dilatação linear e a representamos pela letra .

Portanto:

∆L = · L1 · ∆θ

O valor da constante determina experimentalmente, depende apenas do material. Um fio de alumínio,

por exemplo, de 1 m de comprimento, quando aquecido de 50 °C, sofre uma dilatação de 1 · 10-13

m em

seu comprimento. Com esses dados, podemos determinar o coeficiente de dilatação linear do alumínio.

∆L = · L · ∆θ = ∆L = 1,1 · 10-3

m

L · ∆θ 1,00 m · 50 °C

= 1,1 · 10-3

m = 2,2 · 10-5

°C-1

= 22 · 10-6

ºC-1

50 °C

Observe que, nesse resultado, obtivemos como unidade de medida de o inverso do grau Celsius (ºC-1

).

Assim, os coeficientes de dilatação têm como unidade de medida o inverso de uma unidade de

temperatura.

Eis alguns valores de :

ouro..................................................................................................15 · 10-6

°C-

1

zinco.................................................................................................26 · 10-6

°C-

1

alumínio......................................................................................22 · 10-6

°C-1

aço....................................................................................................12 · 10-6

°C-

1

vidro................................................................................................. 8 · 10-6

°C-

1

vidro pirex........................................................................................ 3 · 10-6

°C-

1

9

Verifica-se experimentalmente que a dilatação superficial (∆A) e a dilatação volumétrica (∆V) dos

sólidos são inteiramente semelhantes à dilatação linear.

Assim, podemos escrever:

∆A = β · A1 · ∆θ

β → coeficiente de dilatação superficial

∆V = γ · V1 · ∆θ

γ → coeficiente de dilatação volumétrica

OBS:

β 2 · e γ 3 ·

= β = γ , (para o mesmo material)

1 2 3

Por exemplo, para o ouro tem-se:

= 15 · 10-6

°C-1

β = 30 · 10-6

°C-1

γ = 45 · 10-6

°C-1

10


Temperatura / Dilatação Térmica

Lista de Exercícios - Ano 2015

1. O que é temperatura?

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2. O que é equilíbrio térmico?

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3. Transforme 10º C para escala Fahrenheit.

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4. Quanto indica um termômetro graduado na escala Celsius se ele estiver em equilíbrio térmico com

um liquido a 10º F?

*************************************************************************************

5. Qual é a temperatura em quem as indicações das escalas Celsius e Fahrenheit coincidem?

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6. Um paciente da língua Inglesa relata ao telefone uma temperatura de 104º F. Relembrando a física

elementar, o médico Brasileiro registra em suas anotações uma temperatura e º C de:

a) 36;

b) 37,9;

c) 40;

d) 45;

e) NDA.

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7. (FATEC–SP) Três corpos encostados entre si estão em equilíbrio térmico. Portanto:

a) Os corpos apresentam-se no estado físico;

b) A temperatura dos três corpos é a mesma;

c) O calor contido em cada um deles é o mesmo;

d) O corpo de maior massa tem mais calor que os outros dois;

e) NDA.

*************************************************************************************

11

8. Uma estudante de enfermagem observa que a temperatura de certo paciente variou em um

determinado período 5º C. A variação correspondente na escala Fahrenheit será de:

a) 41º F;

b) 9º F;

c) 52º F;

d) 13º F;

e) 88º F.

*************************************************************************************

9. Expresse na escala Kelvin a temperatura de 37º C.

10. Qual é o valor na escala Celsius da temperatura correspondente a 50 K?

*************************************************************************************

11. O oxigênio entra em ebulição a temperatura de 90 K. Quanto vale essa temperatura em º C?

*************************************************************************************

12. O gás Helio torna-se liquido a temperatura de – 269º C. Expresse essa temperatura em K.

*************************************************************************************

13. Escala absoluta é aquela que:

a) Se usa nos termômetros clínicos;

b) Marca 0 no 0 absoluto;

c) Marca 0 no ponto do gelo;

d) É usado nos países da língua Inglesa;

e) NDA.

*************************************************************************************

14. Um gás ao ser aquecido teve sua temperatura aumentada de 37º C para 147º C. Qual foi a

correspondente variação de temperatura medida em escala Kelvin?

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15. (FUNESP–SP) O sêmen bovino para inseminação artificial é conservado em nitrogênio liquido,

que a pressão normal tem temperatura de 78 K. Calcule essa temperatura em:

a) Graus Celsius;

b) Graus Fahrenheit.

*************************************************************************************

16. O oxigênio entra em ebulição à temperatura de 90 K. Quanto vale essa temperatura em ºC.

*************************************************************************************

17. O gás hélio torna-se líquido à temperatura de -269 ºC. Expresse essa temperatura em K.

*************************************************************************************

18. O planeta Plutão dista cerca de 5,90 bilhões de km do Sol. Seu período de translação em torno do

Sol é aproximadamente 248 anos e a temperatura na sua superfície é por volta de -230 ºC. Transforme

essa temperatura em K.

*************************************************************************************

19. Uma menina chamada Marisa vai para o Chile e lhe informam que, nesse país, em janeiro, a

temperatura média é de 64,4 ºF. Na escala Celsius, qual o valor correspondente.

*************************************************************************************

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20. Um termômetro de mercúrio é calibrado de modo que, na temperatura de 0 ºC, a altura da coluna é 4

cm e, na temperatura de 100 ºC, a altura é 8 cm. Sabendo disso, determine:

a) A função termométrica que relaciona a temperatura ºC com a altura (h) da coluna de mercúrio.

b) A altura da coluna quando a temperatura é 40 ºC.

*************************************************************************************

21. Numa cidade da Europa, no decorrer de um ano, a temperatura mais baixa no inverno foi 23 ºF e a

mais alta no verão foi 86 ºF. Qual a variação da temperatura em graus Celsius, ocorrida naquele

período?

*************************************************************************************

22. Determine a temperatura que, na escala Fahrenheit, é expressa por um número quatro vezes maior

que o correspondente na escala Celsius.

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23. Uma escala termométrica X adota -20 ºX para o ponto de gelo e 180 ºX para o ponto de vapor.

Determine a temperatura em que os valores numéricos das escalas X e Celsius coincidem.

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24. Qual será a dilatação linear sofrida por uma barra de ouro (α = 15 · 10– 6

º C –1

), inicialmente de

cumprimento 40 cm, quando a temperatura passa de 15º C para 35º C?

*************************************************************************************

25. Um sarrafo de madeira (α = 5 · 10– 5

º C–1

) tem comprimento de 10 m a 20º C, que comprimento

terá a 70º C?

*************************************************************************************

26. A temperatura de um fio de cobre (α = 17 · 10– 6 º C–1

) de 120 m de comprimento é aumentada 20ºC.

Calcule a variação do seu comprimento.

*************************************************************************************

27. Uma barra de alumínio tipo especial (α = 23 · 10– 6 º C–1

) de 6 m a 500º C é esfriada de 500º C à

50º C. Calcule:

a) A variação (dilatação) do seu comprimento;

b) O seu comprimento a 20 ºC.

*************************************************************************************

28. Considere uma esfera (α = 1,8 · 10– 5 º C–1

) de raio 10 cm a – 20º C. Quando ela é aquecida de

– 20 º C a uma temperatura t, seu raio se dilata 0,3 mm. Calcule t.

*************************************************************************************

29. Um fio de alumínio tipo especial (α = 23 · 10– 6 º C–1

) de 8 m sofre uma elevação de temperatura igual

a 30º C. Calcule a variação do comprimento.

*************************************************************************************

30. Um tubo de ferro (α = 12 · 10– 6

ºC–1

) de 10 m a -20 ºC foi aquecido de -20º C a 80º C. Calcule o

comprimento a 80 ºC.

*************************************************************************************

31. O trilho de uma ferrovia tem 10 m de comprimento a 20º C e é feito de aço, cujo coeficiente de

dilatação linear é 1,2 · 10-5

º C–1.

13

a) Qual o aumento do comprimento do trilho, em milímetros, quando a sua temperatura sobe para 30 ºC?

b) Qual o comprimento final do trilho?

*************************************************************************************

32. (UFPI) O coeficiente de dilatação volumétrica do azeite é 8 · 10-4

º C-1

. Calcule a variação do volume

de 1 litro de azeite, quando ocorrer uma variação de 50º C na sua temperatura.

*************************************************************************************

33. O comprimento de uma barra metálica em função da temperatura é dado a seguir:

Determine o coeficiente de dilatação linear do metal de que é feito a barra.

*************************************************************************************

34. (UFU–MG) Uma ponte de aço tem 1 Km de comprimento o coeficiente de dilatação linear do aço é

de 11 · 10– 6

ºC– 1

. A Expansão da ponte, quando a temperatura sobe de 0 para 30º C é de:

a) 33 cm;

b) 37 cm;

c) 41 cm;

d) 52 cm;

e) 99 cm.

*************************************************************************************

35. (MACK–SP) Uma barra metálica de coeficiente de dilação linear médio de 2 · 10– 5

º C– 1

a 20º C é

colocada no interior de um forno. Após a barra ter atingido o equilíbrio térmico, verifica-se que seu

comprimento é 1 % maior. A temperatura do forno, portanto é de:

a) 520º C;

b) 400º C;

c) 350º C;

d) 200º C;

e) 100º C.

*************************************************************************************

36. Quais são os coeficientes de dilatação superficial e volumétrico do zinco, sabendo para isso que

αZn = 26 · 10–6

º C– 1

?

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37. Uma placa metálica tem área de 500 cm² a 30º C. Qual será a área da placa a 50º C?

Dado: α = 2 · 10– 5

º C– 1

.

*************************************************************************************

38. (PUC–SP) Aquecendo-se uma chapa metálica com um furo no meio:

14

a) A chapa aumenta e o furo diminui;

b) A chapa e o furo diminui;

c) A chapa diminui e o furo aumenta;

d) A chapa e o furo aumentam;

e) NDA.

*************************************************************************************

39) Qual será a dilatação linear de uma barra de aço que tem 5m, sabendo que esta barra que estava

inicialmente a 20ºC, passou a ter uma temperatura de 220°C?

*************************************************************************************

40) Qual é a dilatação superficial de uma lâmina de zinco de área 0,5m2 quando esta placa passa de 30°C

para 130ºC?

*************************************************************************************

41) Um cubo de ouro de 5cm3 passa de uma temperatura de 25°C para 275°C. Conhecendo seu

coeficiente de dilatação, qual será sua dilatação volumétrica?

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Calor / Propagação de Calor

Ano Letivo de 2015

Calor

Temperatura e Calor

Se um dia esta muito quente é normal você dizer que estamos com calor. Caso contrário, você dirá que

esta com frio.

Será correta esta forma de se expressar, utilizada em nosso dia-a-dia?

Na realidade, do ponto de vista da Física esta forma de expressão não está correta. O correto seria dizer

que a temperatura está alta (quando você sente calor) ou a temperatura está baixa (se você sente frio).

O calor é definido como uma forma de energia em trânsito, isto é, passando de um corpo ou local para

outro quando entre eles há uma diferença de temperatura.

Sendo uma forma de energia, a quantidade de calor é medida, no Sistema Internacional (SI), na unidade

Joule (J), embora se utilize ainda largamente a unidade caloria (cal).

Propagação do Calor

A lei geral a respeito da propagação do calor afirma que:

O calor se propaga sempre no sentido da maior temperatura para a menor temperatura.

Dependendo do corpo sólido, liquido ou gasoso, e mesmo na ausência de um corpo, a propagação do

calor se faz basicamente de três maneiras: por Condução, por Convecção e por Irradiação (também

chamada simplesmente de Radiação).

A Condução é um processo de propagação de calor típico de corpos sólidos,

em que as moléculas permanecem (em média) em seus devidos lugares,

porém vão passando a agitação de uma para outra.

16

Existem materiais, dos quais os metais são os melhores exemplos, que conduzem bem o calor, sendo

chamados de bons condutores térmicos.

Outros materiais são considerados maus condutores ou isolantes térmicos, tais como a lã, o vidro, a

borracha, o papel, o isopor entre outros.

A Convecção é um processo de propagação do calor típico dos corpos fluidos,

em que as moléculas se movimentam com facilidade.

Para melhor entendimento, considere, por exemplo, o aquecimento de uma quantidade de água.

A primeira porção de água que esquenta (por “condução”) é a mais próxima da chama. Ao esquentar, essa

porção sofre dilatação térmica e torna-se menos densa do que o restante da água. Então ela sobe, cedendo

seu lugar para porções de água mais frias (que estão na parte superior do recipiente) que descem.

Enquanto estiver acesso o bico de gás, porções mais quentes de água continuarão subindo e porções mais

frias de água continuarão descendo. Desse modo, todas as porções de água recebem calor rapidamente. É

a convecção de calor. As correntes de água subindo e descendo chamam-se correntes de convecção.

As correntes de convecção gasosa ocorrem, por exemplo, no interior da geladeira. O ar mais frio

(próximo ao congelador), mais denso, desce, enquanto o ar mais quente (dos alimentos), menos denso,

sobe.

A Irradiação é um processo de propagação de calor que não precisa de matéria

para ocorrer. O calor que recebemos do Sol chega até nós por esse processo,

pois se sabe que entre o Sol e a Terra existe vácuo (ar)

Quando nos aproximamos de uma fogueira, sentimos o calor por ela irradiado. Esse calor não nos atinge

por condução (o ar é mau condutor de calor) nem por convecção (o ar quente sobe, e nós não estamos em

cima da fogueira), mas por irradiação.

17

De forma geral, o calor que uma pessoa recebe quando está próxima de um corpo aquecido chega até ela

pelos três processos: condução, convecção e radiação. Quanto maior for à temperatura do corpo aquecido

maior será a quantidade de calor transmitida por radiação.

Trocas de Calor

Se o corpo cede ou recebe calor, ele pode mudar de temperatura ou de estado físico, o que caracteriza dois

tipos distintos de calor, dependendo do efeito provocado:

a) Calor Sensível: provoca variação de temperatura;

b) Calor Latente: provoca mudança de estado.

Para se medir as trocas de calor entre dois ou mais corpos usa-se o calorímetro, que é uma espécie de

garrafa térmica munida de um agitador e de um termômetro.

As paredes do calorímetro não devem deixar entrar nem sair calor e são chamadas paredes adiabáticas. O

calorímetro é considerado um sistema termicamente isolado.

Se vários corpos são colocados em um calorímetro, em diferentes temperaturas, haverá troca de calor

entre eles até que suas temperaturas se igualem.

Quantidade de Calor Sensível

Considere um corpo de massa m a uma temperatura inicial 1. Suponha que após receber uma quantidade

de calor Q, sua temperatura passa a ser 2, sem que tenha ocorrido mudança de estado.

Verifica-se experimentalmente que a quantidade de calor sensível Q é diretamente proporcional à massa

m do corpo e à variação de temperatura Δ que ele sofre.

18

Portanto:

Q = m · c · Δ

Onde: c é uma constante de proporcionalidade denominada calor específico, que dependem da substancia

que constitui o calor e do seu estado físico.

Ao produto da massa pelo calor especifico dá-se o nome capacidade térmica (C) do corpo.

C = m · c

Uma caloria (1 cal) é a quantidade de calor necessária para elevar 1 °C a temperatura de 1 g de água.

Sendo:

Q = 1 cal, m = 1 g e Δ = 1 °C

Assim, temos para a água:

c = 1 cal S Ø c = 1 cal p

1 g · 1 °C g · °C

1 cal = 4,18 J

A seguir citamos os valores dos calores específicos de algumas substâncias em cal/g · °C:

19

Quantidade de Calor Latente

Na natureza, os corpos podem apresentar-se nos estados sólidos, líquidos e gasosos, dependendo da

disposição ou arranjo das partículas do corpo.

Se uma substância pura recebe ou cede calor e sua temperatura não varia é porque está ocorrendo uma

mudança de estado físico do corpo.

Verifica-se experimentalmente que a quantidade de calor latente Q é diretamente proporcional à massa m

da substancia que muda de estado.

Portanto:

Q = m · L

Onde: L é uma constante de proporcionalidade denominada calor latente, que depende da mudança de

estado que esta ocorrendo e da substância.

Exemplos para calores latentes da água:

Lfusão = 80 cal/g;

Lsolidificação = - 80 cal/g;

Lvaporização = 540 cal/g;

Lcondensação = - 540 cal/g.

20


Calor / Propagação de Calor


42) Por que em regiões tropicais os aparelhos de ar condicionado são geralmente instalados na parte

superior do cômodo?

**********************************************************************************

43) (FATEC–SP) Calor é energia que se transfere de um corpo para outro em determinada condição.

Para essa transferência de energia é necessário que entre os corpos exista:

a) Vácuo;

b) Contato mecânico regido;

c) Ar ou um gás qualquer;

d) Diferença de temperatura;

e) Um meio natural.

**********************************************************************************

44) (STA CASA–SP) Os iglus, embora feitos de gelo possibilitam aos esquimós neles residirem por

que:

a) O calor especifico do gelo é maior que o da água;

b) O calor especifico do gelo é extraordinariamente pequeno comparado ao da água;

c) A capacidade térmica do gelo é muito grande;

d) O gelo não é bom condutor de calor;

e) A temperatura externa é igual a interna.

**********************************************************************************

45) Qual será a variação de temperatura sofrida por um bloco de ferro de massa 500 g após receber

24.000 cal?

Dado: CFe = 0,12 cal/g ∙ º C

**********************************************************************************

46) Uma barra de ouro de massa 100 g recebe 320 cal e sua temperatura passa de 100º C para 110º

C. Determine o calor específico do ouro.

**********************************************************************************

47) (PUC–PR) Um corpo de massa 300 g é aquecido através de uma fonte cuja potência é constante

e igual a 400 calorias por minuto. O gráfico ilustra a variação da temperatura num determinado

intervalo de tempo. Pode-se o calor específico da substância que constitui o corpo.

21

**********************************************************************************

48) Deseja-se fundir totalmente um bloco de gelo de massa 500 g a 0º C. Qual a quantidade de calor

que deve ser fornecida ao gelo?

Dado: Calor latente de fusão de gelo: LF = 80 º cal/g

**********************************************************************************

49) Determine a temperatura atingida por um bloco de gelo que possui massa m = 20 g,

inicialmente a – 10º C, após ter recebido uma quantidade de calor de Q = 2.700 cal.

Calor específico do gelo: cg = 0,5 cal/g ∙ º C

Dados: Calor específico da água: ca = 1,0 cal/g ∙ º C

Calor latente de fusão do gelo: LF = 80 cal/g

**********************************************************************************

50) Um bloco metálico inicialmente sólido, de massa m = 100 g, recebe calor de uma fonte térmica

de potência constante e varia sua temperatura em função da quantidade de calor recebida de acordo

com o gráfico abaixo:

Determine:

a) o calor especifico do metal no estado sólido;

b) a temperatura de fusão do metal;

c) o calor latente de fusão do metal.

**********************************************************************************

51) Qual será o calor sensível de uma massa de 500g, quando essa massa sofrer uma variação de

temperatura igual a 50°C quando receber uma quantidade de calor igual a 100 Kcal?

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52) Qual será a massa de água se tivermos uma quantidade de calor de 2K7cal para a mesma se

condensar?

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53) Calcule o calor latente de uma substância que tem massa igual a 2Kg e calor latente de quantidade

45Kcal.

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22

54) Deseja-se solidificar totalmente uma quantidade de água com massa 500g. Qual a quantidade de calor

que devemos fornecer a essa quantidade de água?

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Termodinâmica / Densidade

Ano Letivo de 2015

Termodinâmica – Contextualização e História

Robert Boyle Define a Propriedade Elástica do Ar

Em meados do século XVII, Robert Boyle fez várias pesquisas sobre o comportamento elástico do ar,

culminando com a publicação de seu livro, "New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring

of the Air, and its Effects", no ano de 1660.

Boyle propôs uma explicação teórica para a elasticidade do ar comparando-o a "uma pilha de pequenos

corpos, caindo uns sobre os outros", onde estes corpos eram pensados como sendo molas, ou novelos de

lã empilhados uns sobre os outros, porém sem movimento independente.

Usando um barômetro de mercúrio, Boyle demonstrou que estamos imersos num mar de ar, que nos

comprime com uma pressão igual à de uma coluna d'água de 10 metros de altura. Ou seja, a pressão

atmosférica.

Este fato deu origem ao conceito de pressão que antes não era usado, e Boyle ilustrou de forma qualitativa

a existência da relação entre a pressão e o volume de ar (o termo gás não era usado na época) contido num

recipiente como sendo inversamente proporcional.

Outra contribuição de Boyle para o estudo dos gases, que passaram a ser chamados de fluidos elásticos,

foi a constatação que a viscosidade de um gás não depende de sua densidade, ao contrário do que

acontece com os líquidos. Tal constatação foi esquecida por muito tempo, até que Clausius conseguiu

obter uma explicação teórica para ela.

23

Robert Boyle (1627-1691), físico e químico irlandês, foi o sétimo e último filho do conde de Cork, um

nobre britânico que possuiu consideráveis propriedades na Irlanda.

A fortuna de Boyle foi usada para comprar aparatos científicos caros. Com o aparato construído por

Robert Hooke, na época seu ajudante, Boyle conseguiu estudar as característica do ar e estabelecer o que

hoje conhecemos como a lei de Boyle. Grande admirador dos trabalhos de Galileu, Boyle foi um dos

primeiros a contestar a existência do éter e afirmar que todas as matérias são constituídas de elementos

simples: os átomos.

Uma teoria Para Explicar a Repulsão das Partículas

é Proposta Por Newton

Apesar de ter encontrado a relação entre pressão e volume, Boyle não conseguiu descobrir de que forma é

a força que existe entre os átomos.

Contudo, logo após Boyle ter publicado suas pesquisas, Isaac Newton usou a relação entre pressão e

volume para obter uma hipótese sobre as forças interatômicas.

Para Newton, havia uma força repulsiva com intensidade inversamente proporcional à distância que

separa os átomos. Ao supor que o ar era composto por partículas que se comportavam como molas, o

termo fluido elástico foi usado até que o conceito de moléculas em movimentos desordenados tomasse

lugar.

Isaac Newton (1643-1727), físico e matemático inglês, fundou as bases da mecânica clássica e criou o

cálculo diferencial e integral. Newton foi o primeiro cientista a receber o título de Sir (cavalheiro) da

rainha da Inglaterra.

A Teoria Cinética Inicia-se com os

Trabalhos de Bernoulli

Contrário à hipótese de que os átomos são como molas ligadas entre si, Daniel Bernoulli propôs uma

teoria para explicar a pressão que um gás exerce. Esta teoria baseia-se na comparação dos átomos com

esferas rígidas (bolas de bilhar) que se chocam continuamente por estarem em movimento, sendo que a

sucessão de choques contra as paredes de um recipiente é que produz a pressão.

A suposição de Bernoulli que calor é nada mais que movimento de átomos não foi aceita pelos cientistas

de sua época, pois estes acreditavam na existência do éter e discordavam da idéia de que os átomos

pudessem voar livremente pelo espaço.

24

Devido ao fato das idéias de Newton sobre a interação entre átomos serem aceitas até por volta do século

XIX, a teoria cinética proposta por Bernoulli foi quase esquecida. Somente quando a física alcançou um

estágio de desenvolvimento em que os conceitos antigos foram derrubados é que a teoria cinética dos

gases ressurgiu.

Daniel Bernoulli (1700-1782), físico e matemático holandês. Pertenceu a uma família de matemáticos

famosos, e seu trabalho mais conhecido foi na área da hidrodinâmica.

A Teoria Cinética dos Gases Renasce com Clausius

Foi a derrubada da teoria do calórico e sua substituição pela teoria dinâmica do calor que criou a situação

favorável ao ressurgimento da teoria cinética dos gases.

Rudolf Clausius foi um dos físicos notáveis do século XIX. Suas contribuições mais importantes foram a

formulação da segunda lei da termodinâmica e o desenvolvimento da teoria mecânica do calor sobre as

bases do conceito de entropia. Seu primeiro artigo sobre a teoria cinética foi publicado em 1857, onde o

conceito de átomos comportando-se como esferas rígidas foi usado para então obter a pressão e a

temperatura do gás em função da velocidade das moléculas.

Em um segundo artigo, Clausius introduziu o conceito do caminho livre médio com a finalidade de dar

um tratamento matemático ao fenômeno da condução de calor em gases. Este conceito também foi usado

para derrubar as objeções que eram feitas contra a teoria cinética.

Segundo a teoria cinética as moléculas num gás estão em movimento desordenado com velocidades muito

grandes. Porém esta afirmação era contestada pelos opositores da teoria cinética ao dizerem que se as

moléculas realmente percorriam grandes distâncias em linha reta, então dois gases em contato se

misturariam rapidamente, ao contrário do que ocorre nas experiências.

Clausius refutou estas objeções ao demonstrar que, por causa dos constantes choques, as moléculas não

percorriam grandes distâncias, mas sim pequenos trechos entre os choques, que ele denominou de

caminho livre médio.

Rudolf Clausius (1822-1888), físico alemão, destacou-se por seus trabalhos em termodinâmica

introduzindo o conceito de entropia.

25

Maxwell Descreve a Distribuição das Velocidades

das Moléculas de um Gás e Funda as Bases

da Mecânica Estatística

Assim como Clausius, muitos cientistas acreditavam que as moléculas, depois de sucessivos choques,

adquiriam uma velocidade comum entre elas. Porém James Clerk Maxwell discordava desta afirmação e

propôs uma hipótese na qual as numerosas colisões entre as moléculas no gás, ao invés de igualar as

velocidades de todas as moléculas, produziria uma distribuição estatística de velocidades na qual todas as

velocidades poderiam ocorrer, com uma probabilidade conhecida.

As pesquisas de Maxwell sobre a teoria cinética, além de ajudarem a estabelecer as bases para a mecânica

estatística moderna, concluíram que a viscosidade de um gás independe de sua densidade, convertendo

muitos cientistas que ainda não haviam aceito a teoria cinética dos gases.

James Clerk Maxwell (1831-1879), físico escocês, ficou mais conhecido por seus trabalhos em

eletromagnetismo, sendo que as leis de Maxwell são válidas até os dias de hoje.

Teoria Cinética dos Gases

Características de uma substância no estado gasoso - Não tem forma e nem volume próprios. Um gás tem

a forma do recipiente onde está contido e ocupa todo o espaço limitado pelas paredes do recipiente. O

volume de um gás é o volume do recipiente onde está contido.

Modelo do estado gasoso (teoria cinética dos gases) - Um gás é constituído por moléculas isoladas,

separadas umas das outras por grandes espaços vazios em relação ao seu tamanho e em contínuo

movimento de translação, rotação e vibração.

Pressão e Temperatura de um Gás Qualquer

Pressão de um gás: Resulta das colisões das moléculas contra as paredes do recipiente onde está contido.

Temperatura de um gás: É uma medida da agitação molecular ou da agitação térmica.

Gases Ideais

26

O Gás ideal ou gás perfeito é um modelo teórico. As grandezas Pressão, Volume e Temperatura são

chamadas variáveis de estado de um gás. Para ser um gás ideal, a relação entre essas grandezas é dada

pela equação de Clapeyron:

P · V = n · R · T

Onde:

P = Pressão exercida pelo gás;

V = Volume ocupado pelo gás;

T = Temperatura absoluta.

O número de mols (n) é a relação entre a massa (m) do gás e a molécula grama (M) do mesmo:

N =1 m 1

M

Sendo R a constante Universal dos Gases Ideais ou perfeitos cujo valor depende das unidades de

medidas. Os valores mais usados são:

R = 0,82 atm/mol . K

De todas as equações e considerações, temos a Lei Geral dos Gases Perfeitos:

p1 . V1 = p2 . V2

T1 T2

Na prática, temos gases reais. Um gás real tende para o gás ideal quando a pressão tende a zero e a

temperatura se eleva.

CNTP

Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) P = 1,00 atm e T = 273K.

Lei de Boyle e Lei de Charles e Gay-Lussac

Lei de Boyle: A temperatura constante, o volume ocupado por uma quantidade fixa de um gás é

inversamente proporcional à sua pressão:

P · V = k = constante

Lei de Charles e Gay-Lussac: O volume constante, a pressão de uma massa fixa de um gás varia

linearmente com a temperatura do gás em graus Celsius.

27

A pressão constante, o volume de uma massa fixa de um gás varia linearmente com a temperatura do gás

em graus Celsius.

Com a introdução da escala absoluta, as leis de Charles e Gay-Lussac foram assim enunciadas:

O volume constante, a pressão de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura

absoluta do gás;

A pressão constante, o volume de uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura

absoluta do gás.

Transformações Isotérmica, Isométrica e Isobárica

Transformação Pressão Volume Temperatura

ISOBÁRICA CONSTANTE

ISOMÉTRICA* CONSTANTE

ISOTÉRMICA CONSTANTE

Definição das Transformações

Transformação Isobárica é aquela na qual a pressão do gás é mantida constante.

p1 · p2 V1 = V2

T1 T2

Transformação Isométrica ou Isocórica é aquela na qual o volume do gás é mantida constante.

V1 · V2 p1 = p2

T1 T2

Transformação Isotérmica é aquela na qual a temperatura do gás é mantida constante.

T1 · T2 p1 · V1 = p2 · V2

Efusão e Difusão de Gases - Lei de Graham

Efusão de gases é a passagem de gases por pequenos orifícios.

Difusão de gases é a mistura de gases quando colocados uns na presença de outros.

28

Lei de Graham: As velocidades de efusão e de difusão são inversamente proporcionais às raízes

quadradas de suas massas moleculares (ou de suas densidades).


Termodinâmica / Densidade


55) Os pontos A, B e C do gráfico pressão p em função do volume V na figura indicam três estados de

uma mesma amostra de um gás perfeito.

Unidades arbitrárias de p e V.

Sendo TA, TB e TC as temperaturas absolutas correspondentes aos referidos estados, podemos afirmar

que:

a) TC > TB > TA;

b) TC = TB > TA;

c) TC = TB = TA;

d) TC < TB = TA;

e) TC > TB = TA.

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56) A chama de um bico de Bunsen libera 16 KJ de energia por minuto. A energia é toda transferida à

massa de 0,3 kg de um líquido cujo calor específico é 2,4 KJ/kg °C . Sabendo-se que o ponto de

ebulição desse líquido é 80 °C, quanto tempo transcorre, aproximadamente, até que sua temperatura se

eleve de 32 °C até o ponto de ebulição?

a) 1296 s;

b) 130 s;

c) 13 s;

29

d) 2,16 s;

e) 0,13 s.

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57) A maioria dos corpos aumenta de volume quando recebe energia transferida por diferença de

temperatura. Qual das alternativas refere-se a um processo que isso NÃO acontece?

a) Água é aquecida de 20°C a 70°C;

b) Gelo no ponto de fusão (0°C) é aquecido e se funde;

c) O mercúrio de um termômetro é aquecido de 20°C a 70°C;

d) Mercúrio sólido no ponto de fusão (-39°C) é aquecido e se funde;

e) Um bloco de alumínio é aquecido de 20°C a 70°C.

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58) Uma massa m de gás é aquecida a volume constante. A variação DU da energia interna desse gás é

igual:

a) ao calor Q que foi transferido para ele;

b) ao trabalho W realizado sobre ele;

c) ao produto da pressão inicial Pi do gás pelo seu volume V;

d) ao produto da pressão final Pf do gás pelo seu volume V;

e) a zero.

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59) Uma amostra de uma certa substância, contida em recipiente aberto, encontra-se inicialmente no

estado sólido a uma temperatura To. Uma quantidade total de energia Qtot é, então, transferida para a

amostra na forma de calor.

O gráfico a seguir representa qualitativamente (portanto não em escala – sem unidades em seus eixos

de grandeza) as variações de temperatura ocorridas durante a transferência térmica.

Podemos, então, concluir que:

a) no trecho AB a substância está sofrendo uma mudança de faz;

b) no trecho BC a substância toda encontra-se no estado líquido;

c) nos trechos BC e DE nenhum calor foi transferido para a substância;

d) no trecho DE parte da substância encontra-se no estado sólido;

e) NDA.

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60) Qual das afirmações abaixo não está correta?

a) Diferença de temperatura é a condição para transferência de energia na forma de calor entre

corpos em contato.

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b) Geralmente materiais adequados para manter elevada a temperatura de um corpo são próprios para

mantê-la baixa.

c) Num sistema termodinâmico que sofre uma transformação adiabática, a temperatura se mantém

constante.

d) A temperatura absoluta de um gás ideal é proporcional à energia cinética média associada ao

movimento microscópico de suas partículas.

e) Quando é mantida constante a temperatura do gás ideal contido em um recipiente hermeticamente

fechado, o produto de seu volume por sua pressão é constante.

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61) Um gás realiza o ciclo termodinâmico representado no diagrama p-V da figura, onde A é o ponto

correspondente ao estado termodinâmico inicial do gás.

O calor transferido para o gás durante o ciclo completo é igual a:

a) zero;

b) p1 (V2 - V1);

c) p2 (V2 - V1);

d) (p2 - p1) (V2 - V1);

e) (p2 + p1) (V2 - V1)/2.

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62) O que significa CNTP? Quais os dois valores dos parâmetros para termos um gás em CNTP?

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63) Um Gás de massa 10 Kg é armazenado em um recipiente perfeitamente liso e ocupa um volume de

0,25 m3. Sabendo disso, qual é a densidade desse Gás?

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64) Um cilindro metálico contém oxigênio em seu interior, sob pressão de 5,5 atm. A temperatura

ambiente é de 24º C. Qual será a pressão no interior do cilindro se o colocarmos numa câmara

frigorífica que mantém a temperatura a -3º C? Despreze variações no volume do cilindro.

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65) Após um passeio noturno, um motoqueiro estaciona a moto na garagem de casa. Nos pneus, a

pressão é de 2 atm e a temperatura, de 47º C. De manhã, o motoqueiro percebe os pneus um tanto

dilatados. Ao medir a pressão, encontra 1,5 atm. Sabendo que a temperatura ambiente é 15º C, de

quanto aumentou percentualmente o volume dos pneus?

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31

66) Uma massa de gás ideal ocupa inicialmente o volume de 300 cm3 a 127º C, sob pressão de 4 atm.

Ao ser expandida isotermicamente, passa a ocupar 400 cm3. Em seguida, sob pressão constante, a

massa passa a ocupar 360 cm3. Nessas condições, determine a temperatura final dessa massa de gás.

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67) (UFRJ-RJ) Um recipiente de volume variável, em equilíbrio térmico com um reservatório de

temperatura constante, encerra uma certa quantidade de gás ideal que tem inicialmente pressão de

2,0 atmosferas e volume de 3,0 litros. O volume máximo que esse recipiente pode atingir é de

5,0 litros, e o volume mínimo é de 2,0 litros. Calcule as pressões máximas (Pmáx) e mínima (Pmín) a

que o referido gás pode ser submetido.

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68) (UERJ-RJ) Um equilibrista se apresenta sobre uma bola calibrada para ter uma pressão de 2 atm a

uma temperatura de 300 K. Após a apresentação, essa temperatura elevou-se para 306 K. Considere

desprezível a variação no volume de bola. Calcule a pressão interna final da bola.

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69) (UEMA) Um copo de 10 cm de altura está totalmente cheio de refrigerante e apoiado sobre uma

mesa. Uma bolha de gás se desprende do fundo do copo e alcança a superfície, onde a pressão

atmosférica é aproximadamente 1 . 105 Pa. Considere que a densidade do refrigerante seja igual à da

água pura ( d = 1 g/cm3) e que a temperatura e o número de moles do gás dentro da bolha permaneçam

constantes durante a subida. Qual a razão entre o volume final (quando atinge a superfície) e inicial da

bolha?

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70) Um motorista calibrou os pneus do seu carro à temperatura de 27º C. Depois de rodar bastante, ao

medir novamente a pressão, encontrou um resultado 20% superior ao valor da calibração inicial.

Supondo-se que seja invariável o volume das câmaras, determine a temperatura que o ar comprimido

deve ter atingido.

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71) (FUVEST-SP) O volume de um gás é 280 cm3, à temperatura de 30º C e sob pressão de

740 mmHg. Qual seria o volume a 0 ºC e sob 760 mmHg?

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72) Um volume de 8,2 ℓ é ocupado por 64 g de gás oxigênio, à temperatura de 27º C. Qual é a pressão

no interior do recipiente? (Use 1 mol de O2 = 32 g e R = 0,082).

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73) Temos 5 moles de um gás ideal a uma temperatura de 27 ºC, ocupando um volume de 16,4 ℓ.

Qual é a pressão exercida por essa quantidade de gás? (Dado: R = 0,082)

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74) Certa massa de um gás ocupa o volume de 40 l, sob pressão de 6 atm e a 27º C. Sendo R = 0,082,

determine:

a) O número de moles do gás;

b) A massa do gás, sendo M = 30 g.

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32

75) (FUVEST-SP) Um cilindro metálico, fechado com tampa, contém 6 moles de ar à pressão de 4 atm

e à temperatura ambiente. Abre-se a tampa do cilindro. Depois de seu conteúdo ter entrado em

equilíbrio termodinâmico com o ambiente, qual é o número de moles que permanecerá no cilindro? A

pressão atmosférica é 1 atm, e o ar é admitido como sendo gás ideal.

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76) (FESP-SP) Um bujão de gás de cozinha contém 13 kg de gás liquefeito à alta pressão. Um mol

desse gás tem massa de aproximadamente, 52 g. Se todo o conteúdo do bujão fosse utilizado para

encher um balão, à pressão atmosférica e À temperatura de 300 K, o volume final do balão seria

aproximadamente de:

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Reflexão da Luz / Espelhos

Ano Letivo de 2015

Reflexão da Luz e Espelhos

Conceitos Fundamentais de Óptica Geométrica

Óptica geométrica é a parte da Física que estuda a luz e os fenômenos luminosos, sem se importar com a

natureza dela.

Raio de luz é uma linha imaginária que representa graficamente a direção e o sentido da propagação da

luz.

Os raios de luz podem ser paralelos, convergentes ou divergentes, formando o feixe de luz.

Quanto à propagação da luz, os meios materiais podem ser de três tipos:

33

Os meios opacos não deixam a luz passar, os meios translúcidos deixam passar a luz em trajetórias

irregulares (não permitem visão nítida) e os meios transparentes deixam passar a luz em trajetórias

regulares (permitem visão nítida).

Fontes de luz são corpos que emitem luz. Elas podem ser:

a) Primárias: são os corpos que têm luz própria, ou seja,

são os corpos luminosos;

b) Secundárias: são os corpos que apenas refletem a luz

que recebem de outros corpos, isto é, são os corpos

iluminados, tal como a Lua, que apenas reflete a luz recebida

do Sol, os planetas e os demais corpos que podemos ver.

Se as dimensões da fonte de luz são desprezíveis em face da distancia do corpo que ela ilumina, tem-se

uma fonte de luz puntiforme ou pontual. Caso isso não ocorra, a fonte é considerada extensa.

Princípios da Propagação Retilínea da Luz

Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta.

São evidencias de que a luz se propaga em linha reta a formação de sombra e penumbra e a formação da

imagem invertida na câmara escura de orifício.

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Eclipses

Os eclipses (isto é, “desaparecimentos”) do Sol e da Lua, esquematizados a seguir são conseqüências da

formação de sombra e penumbra de um corpo celeste sobre outro.

No eclipse do Sol, a Lua projeta sobre a Terra uma região de sombra e um de penumbra.

1 = sombra da Lua

2 = penumbra

3 = sombra da Lua projetada na Terra (eclipse total do Sol)

4 = penumbra projetada (eclipse parcial do Sol).

No eclipse da Lua, esta vai estar no cone de sombra da Terra

35

Sombras

O feixe de luz a partir de uma fonte puntiforme é sempre divergente; porém, se a fonte estiver muito

afastada, os raios de luz tendem a se tornar paralelos, entre si. É o caso do feixe de luz solar ao chegar à

Terra, com raios paralelos, produzindo sombras de dimensões proporcionais entre si, como ilustra a

figura:

Observe que as alturas H e h são diretamente proporcionais às sombras projetadas no solo S e s. Assim:

P H = S p

h s

Reflexão da Luz

Reflexão é o fenômeno óptico que ocorre quando a luz incide numa fronteira separadora de dois meios

ópticos e retorna ao meio de onde veio.

A reflexão poder de dois tipos:

a) Reflexão Regular: quando raios paralelos incidem em uma superfície e refletem-se, continuando

paralelos entre si, como ocorre quando a luz incide em superfícies metálicas polidas.

b) Reflexão Difusa: quando raios paralelos incidem em uma superfície e refletem-se em todas as

direções, como ocorre quando a luz incide em superfícies irregulares, como o papel, a parede entre outras.

Leis da Reflexão

36

Considere a superfície refletora a seguir:

No ponto onde o raio incidente sofre reflexão imagina-se uma reta perpendicular à superfície, chamada

reta normal.

1ª Lei: O raio incidente, a reta normal e o raio refletido estão no mesmo plano.

2ª Lei: O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (i = r).

Espelhos Planos

Espelho plano é toda superfície plana que permite a reflexão regular da luz.

Considere um espelho plano E e um ponto P que emite luz , como indica a figura a seguir:

Os prolongamentos de todos os raios refletidos no espelho, provenientes de P, passam por P´.

Para um observador que recebe os raios refletidos, parece que os raios vieram de P´, isto é o observador

vê P´ atrás do espelho. Dizemos que P´ é um ponto imagem virtual e P é um ponto objeto real, ambos

em relação ao espelho E.

Veja a figura a seguir:

37

Campo de um Espelho Plano

Chama-se campo de um espelho plano, para um observador bem determinado, a região do espaço que

pode ser contemplada por ele por meio da reflexão da luz no espelho.

Espelhos Esféricos

Espelho Esférico é toda superfície refletora cuja forma é uma calota esférica.

Os espelhos esféricos podem ser Côncavos (se a superfície refletora for interna) ou Convexos (se a

superfície refletora for externa).

Todos os espelhos esféricos apresentam os elementos do esquema a seguir:

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C – centro de curvatura;

R – raio de curvatura;

V – vértice;

α – ângulo de abertura;

eixo óptico principal – reta que passa pelo centro de curvatura e pelo vértice do espelho.

Os espelhos esféricos só fornecem imagens razoavelmente nítidas se o ângulo de abertura do espelho for

pequeno (α < 10°) e se os raios de luz incidirem paralelos ao eixo óptico principal e próximos a ele. Tais

espelhos são denominados espelhos esféricos de Gauss.

Focos de Espelhos Esféricos

Se um feixe de raios paralelos incide sobre um espelho esférico, paralelamente ao eixo óptico principal, o

feixe de luz refletido poderá ser convergente (espelho côncavo) ou divergente (espelho convexo), como

mostram as fotografias a seguir e seus respectivos esquemas:

39

Medindo-se a distância entre o foco e o vértice, verifica-se que ela corresponde à metade do raio de

curvatura do espelho, ou seja:

A distância do foco ao vértice é chamada de distância focal (f). Dessa forma:

Construção Geométrica de Imagens

Para se construir geometricamente as imagens, é necessário usar pelo menos dois raios de luz. São

notáveis os raios de luz apresentados adiante.

a) Todo raio que incide pelo centro de curvatura reflete-se sobre si mesmo.

40

b) Todo raio que incide pelo foco reflete-se paralelo ao eixo óptico principal.

c) Todo raio que incide paralelo ao eixo óptico principal reflete-se pelo foco.

d) Todo raio que incide pelo vértice reflete-se simetricamente em relação ao eixo ótico principal.


Reflexão da Luz / Espelhos


77) O que diferencia um meio óptico transparente de um meio óptico translúcido?

41

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78) Defina:

a) Óptica Geométrica:

b) Raio de Luz:

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79) Cite três exemplos de fontes de luz primárias e de fontes de luz secundárias.

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80) Uma observadora nota que um edifício projeta no solo uma sombra de 15 m de comprimento no

instante em que um muro de 200 cm de altura projeta no solo uma sobra de 40 cm. Qual é a altura do

edifício?

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81) Qual dos objetos seguintes seria visível escurecida?

a) Um espelho;

b) Qualquer superfície clara;

c) Um fio aquecido ao rubro;

d) Uma lâmpada desligada;

e) Um gato preto.

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82) Quais as duas teorias distintas para a luz?

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83) Quais os três tipos de raios de luz?

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84) Levando em consideração a propagação da luz, quais os três meios materiais existentes?

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85) Explique com suas palavras um eclipse.

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86) O que é sombra?

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87) Num mesmo instante, a sombra projetada por uma pessoa é de 3 m e a de um edifício é de 80 m.

Sabendo que a altura da pessoa é de 1,80 m, determine a altura do edifício.

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42

88) A figura representa um eclipse lunar. Sendo assim, quando esse eclipse ocorrer a lua pode estar em

qualquer uma de suas fases?

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89) Numa manhã de sol, um rapaz de 1,6 m de altura percebe que está projetando uma sombra de

2,4 m de comprimento. No mesmo instante, um prédio projeta uma sombra de 45 m. Com esses dados,

calcule a altura do prédio.

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90) A sombra de uma pessoa que tem 1,80 m de altura mede 60 cm. No mesmo momento, a seu lado, a

sombra projetada de um poste mede 2,00 m. Se, mais tarde, a sombra do poste diminuiu 50 cm, a

sombra da pessoa passou a medir quanto.

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91) Uma câmara escura fornecendo uma imagem de um objeto colocado diante dela. Sabendo-se que a

distância do objeto ao orifício de entrada da câmara vale p = 3,00 m, que a distância do orifício à

parede posterior da câmara vale p’ = 40 cm e que a altura do objeto é 15 cm, determine a altura da

imagem.

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92) (ITA-SP) Um edifício iluminado pelos raios solares projeta uma sombra de comprimento

L = 72 m. Simultaneamente, uma vara vertical de 2,5 m de altura, colocada ao lado do edifício, projeta

uma sombra de comprimento igual 3 m. Calcule a altura do edifício.

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93) Que distância focal tem um espelho côncavo de raio de curvatura 60 cm?

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94) Qual é o raio de curvatura de um espelho esférico de distância focal igual a 25 cm?

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95) Um espelho plano fornece uma imagem de um objeto situado a uma distância de 20 cm do

espelho. Deslocando-se o espelho 30 cm numa direção normal ao seu próprio plano, que distância

separará a antiga imagem e a nova imagem?

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96) Um espelho plano fornece uma imagem de um certo objeto situado a uma distância igual a 30 cm

do espelho. Deslocando o espelho 10 cm, afastando-o do objeto com velocidade de 5 cm/s, determine:

a) A distância entre a antiga e a nova imagem;

b) A velocidade da imagem.

43

***********************************************************************************

97) Colocam-se dois copos entre dois espelhos planos angulares. Determine o número máximo de

copos que podem ser vistos pelo observador.

***********************************************************************************

98) Dois espelhos planos formam entre si um ângulo . Determine esse ângulo, sabendo que,

aumentando-o de 20º, o número de imagens produzidas pelo sistema, de um dado objeto, é diminuído

de 3.

***********************************************************************************

99) O ângulo formado por dois espelhos planos angulares é o quíntuplo do número de imagens obtidas

de um único objeto pela associação.

a) Qual o número de imagens formadas?

b) Qual o ângulo entre os espelhos?

***********************************************************************************

100) Um homem se aproxima frontalmente de um espelho plano vertical, fixo com velocidade de

0,8 m/s. Calcule com que velocidade a imagem se aproxima desse homem.

***********************************************************************************

101) Qual deve ser o ângulo formado entre dois espelhos planos para que o número de imagens de um

objeto colocado entre eles seja igual a 11?

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102) Um espelho plano fornece a imagem de um objeto situado a 50 cm do espelho. O espelho é

deslocado 15 cm para a direita, numa direção perpendicular ao seu plano. Qual a distância entre a

antiga e a nova imagem?

***********************************************************************************

103) Um objeto de 4 cm de altura está a 30 cm um espelho esférico-convexo, cujo raio de curvatura

tem valor absoluto de 20 cm.

a) A que distância do espelho se forma a imagem?

b) Qual a altura da imagem?

**********************************************************************************

104) Um espelho esférico côncavo é utilizado para projetar sobre uma tela a imagem do Sol. A

distância focal do espelho é 2,5 m. Qual é, aproximadamente, a distância entre a imagem do Sol e o

espelho?

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105) Um objeto de 10 cm de altura está colocado sobre o eixo principal de um espelho esférico

côncavo, de raio de curvatura 40 cm, a 30 cm do vértice deste. Determine:

a) as características da imagem formada;

b) a distância entre o espelho e a imagem;

c) o tamanho da imagem;

d) o aumento linear transversal.

***********************************************************************************

106) Se tivermos um espelho côncavo com um valor 25cm entre foco e vértice, qual será seu valor de

curvatura?

44

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107) Se tivermos um espelho convexo com uma curvatura de aproximadamente 100cm, qual será a

distância foco – vértice desse espelho?


Refração da Luz / Lentes

Velocidade de Luz

Ano Letivo de 2015

Refração da Luz e Lentes

45

Refração da Luz e Velocidade da Luz

O meio transparente onde a luz se propaga com a maior velocidade é o vácuo. A velocidade da luz no

vácuo (c) é uma das constantes físicas mais importantes do universo. Seu valor aproximado é:

C = 3 · 108 m/s (300000 km/s) Velocidade da Luz no Vácuo

Uma luz é denominada monocromática quando é constituída por ondas de uma única freqüência, ou

seja, de uma única cor. Assim, podemos ter luz monocromática vermelha, azul, violeta entre outras.

Uma luz é denominada policromática quando é constituída por ondas de varias freqüências, ou seja, de

varias cores. É o caso da luz emitida pelas lâmpadas que iluminam nossas casas ou pelo Sol.

Índice de Refração

Quando a luz se propaga no vácuo, a velocidade de propagação é exatamente a mesma, qualquer que

seja a cor, isto é, qualquer que seja a sua freqüência.

Quando a luz se propaga num meio material, cada cor, isto é, cada freqüência, apresenta uma velocidade

diferente, sendo, entretanto sempre menor que a velocidade da luz no vácuo.

Para uma dada cor de luz, cuja velocidade no vácuo é o c (300 000 km/s) e num meio material qualquer

é V, define-se índice de refração (n) como a razão entre c e v, ou seja:

n = c p

V

Observe que n é adimensional, já que é a razão entre duas velocidades.

Quanto maior é o índice de refração, menos é a velocidade da luz, isto é, a velocidade da luz e

inversamente proporcional ao índice de refração.

Onde:

v1 – velocidade da luz no meio 1;

v2 – velocidade da luz no meio 2;

n1 – índice de refração do meio 1;

n2 – índice de refração do meio 2.

Se um meio tem maior índice de refração que outro, dizemos que ele é mais Refringente.

Exemplo: a água é mais refringente que o ar, pois nág > nar.

A tabela a seguir fornece o índice de refração de alguns meios ópticos:

46

Leis da Refração

Refração é um fenômeno óptico que consiste na mudança da velocidade da luz ao passar de um meio

transparente para o outro.

Considere os meios transparentes 1 e 2 separados pela superfície S a esse conjunto da-se o nome de

dioptro.

Admita que um raio de luz monocromática incida nessa superfície.

Daí as leis da refração:

1ª Lei: O raio incidente, a reta normal e o raio refratado são coplanares.

2ª Lei ou Lei de Snell-Descartes: para um dado dioptro e uma dada cor de luz, vale a relação:

47

Ao passar de um meio menos refringente para um mais refringente, o raio de luz se aproxima da reta

normal.

Ao passar de um meio mais refringente para um menos refringente, o raio de luz se afasta da reta

normal.

Se o ângulo de incidência for zero, isto é, se o raio de luz se propagar sobre a reta normal haverá

refração (mudança de velocidade) sem haver desvio de trajetória.

A refração da luz explica o fato de um lápis mergulhado num copo d’água parecer quebrado.

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Dispersão da Luz Branca

Quando a luz branca incide numa das faces de um prisma óptico, ocorre a dispersão da luz nas sete cores

primárias: Violeta, Anil, Azul, Verde, Amarelo, Laranja e Vermelho.

A explicação para tal fenômeno esta no fato de que o índice de refração não depende somente do meio

transparente, mas também da radiação monocromática.

Um exemplo interessante da dispersão da luz branca é o arco-íris.

Lentes Esféricas

Lente esférica é todo meio transparente limitado por duas faces esféricas ou por uma face esférica e

outra plana.

O nome das lentes está ligado à forma de suas faces e bordos:

Observe que nas lentes de bordos finos a espessura diminui do centro para os bordos, enquanto nas

lentes de bordos grossos a espessura aumenta do centro para os bordos.

49

Comportamento Óptico das Lentes

Geralmente, as lentes são feitas de vidro ou acrílico e estão imersas no ar, sendo o índice de refração do

material da lente maior que o índice de refração do meio onde a mesma esta. Nessas condições:

Lentes de bordos finos são convergentes;

Lentes de bordos grossos são divergentes.

Em casos muitos raros quando a lente é feita de material menos refringente que o esterno seu

comportamento óptico é invertido.

Lentes Esféricas Delgadas

Lentes esféricas delgadas são aquelas cujas espessuras são desprezíveis em relação às demais dimensões

da lente.

Para simplificar o estudo, representaremos as lentes convergentes por meio de um segmento de reta com

setas nas extremidades sugerindo bordos finos.

50

Sendo assim, representaremos as lentes divergentes usando seguimentos de reta cujo os extremos são

setas invertidas, sugerindo bordos grossos.

Focos das Lentes

Se um feixe de raios incidir paralelamente ao eixo óptico principal, o encontro dos raios ou de seus

prolongamentos será chamado Foco Imagem, podendo ser real ou virtual.

51


Refração da Luz / Lentes

Velocidade de Luz


108) Conceitue:

a) luz monocromática;

b) luz policromática;

***********************************************************************************

109) Quais as duas Leis da Refração?

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110) A velocidade de luz num meio A é VA = 2 ∙ 108 m/s. quanto vale nA?

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111) Qual é a velocidade da luz na água, cujo índice de refração é 4 ?

3

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112) (MACK–SP) A velocidade de propagação da luz em determinado líquido é 80% daquela

verificada no vácuo. O índice de refração desse líquido é:

a ) 1,50;

b) 1,25;

c) 1,00;

d) 0,80;

e) 0,20.

***********************************************************************************

113) Explique como é possível acender um palito de fósforo usando uma lente convergente?

***********************************************************************************

114) Desenhe uma lente biconvexa e uma côncavo-convexa. O que elas apresentam em comum?

***********************************************************************************

115) Qual dos meios da figura abaixo é mais refringente: A ou B ?

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116) Um raio de luz, propagando-se no ar, atinge uma superfície com ângulo de 45º. Se o meio para o

qual a luz passa tem índice de refração iguala √2, determine o ângulo de refração correspondente.

***********************************************************************************

117) Um raio de luz monocromático incide na superfície de separação entre o ar e o vidro, conforme

indica a figura. Qual é o índice de refração do vidro?

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118) Qual é a diferença entre foco objeto e foco imagem. Esquematize.

***********************************************************************************

119) (UNIFOR-CE) O índice de refração absoluto de um material transparente é 1,3. Sendo a

velocidade da luz no vácuo 3,0 · 108 m/s, nesse material ela é, em metros/ segundo, igual a:

***********************************************************************************

120) (UFPI-PI) A velocidade da luz, em um certo óleo, é 2/3 da velocidade no vácuo. Sendo assim,

qual será o índice de refração do desse óleo?

***********************************************************************************

121) (FAAP-SP) Um raio luminoso passa do vidro para o ar, sendo o ângulo de incidência 30º e o

emergência 45º. Calcule o índice de refração do vidro em relação ao ar.

***********************************************************************************

122) Qual será o índice de refração se tivermos uma velocidade da luz reduzida em 40% ?

***********************************************************************************

123) (FMU-SP) Um raio de luz passa no vácuo, onde sua velocidade é 3 . 108 m/s, para um líquido,

onde a velocidade passa a ser 2,4 · 108 m/s. O índice de refração do líquido é:

a) 0,6;

b) 1,25;

c) 1,5;

d) 1,8;

e) 7,2.

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124) (FURRN-RN) Dispõe-se de uma cuba semicircular, que contém um líquido transparente, imersa

no ar(n = 1). Um raio de luz monocromática incidente (I) e o respectivo raio refratado (R) estão

representados na figura ao lado.

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O índice de refração absoluto do líquido vale:

a) 0,71; Admita:

b) 1,2; sen 45° = 0,70

c) 1,4; cos 45° = 0,70

d) 1,7; sen 30° = 0,50

e) 2,0. cos 30° = 0,86

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125) (VUNESP-SP) A figura mostra a trajetória de um raio de luz que se dirige do ar para uma

substância X.

Usando a lei de Snell e a tabela dada, é possível concluir que o índice de refração da substância X em

relação ao ar é igual a:

a) 0,67;

b) 1,17;

c) 1,48;

d) 0,90;

e) 1,34.

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126) (UERJ) O apresentador anuncia o número do ilusionista que, totalmente amarrado e imerso em

um tanque transparente, cheio de água, escapará de modo surpreendente. Durante esse número, o

ilusionista vê, em um certo instante, um dos holofotes do circo, que lhe parece estar a 53° acima da

horizontal.

54

Sabendo que o índice de refração da água é 4/3, determine o ângulo real que o holofote faz com a

horizontal.

Dados:

sen 37º = cos 53º = 0,6

cos 37º = sem 53º = 0,8

***********************************************************************************

127) Um objeto real, de altura 8 cm, se encontra a uma distância de 25 cm de uma lente esférica

delgada divergente. Sabendo-se que a distância focal é, em valor absoluto, também 25 cm, determine:

a) a posição da imagem;

b) o tamanho da imagem;

c) o aumento linear transversal.

***********************************************************************************

128) (UFPE-PE) Um objeto é colocado 30 cm à esquerda de uma lente convergente, cuja distância

focal é de 10 cm. A que distância, em centímetros, da lente será formada a imagem?

***********************************************************************************

129) (UFRJ) Uma vela é colocada a 50 cm de uma lente, perpendicular a seu eixo principal. A imagem

obtida é invertida e do mesmo tamanho da vela.

a) Determine se a lente é convergente ou divergente. Justifique sua resposta;

b) Calcule a distância focal da lente.

***********************************************************************************

130) O disco de Newton é em dispositivo como está ilustrada na figura a seguir. Quando se põe o disco

em rotação, ele se apresenta branco. Por que isso ocorre?

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131) Qual será o índice de refração de um meio desconhecido sabendo que esse terá uma velocidade

de 15000 Km/s após ser atravessado pela velocidade da luz.

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132) Qual será o índice de refração se tivermos uma velocidade da luz reduzida em 40% ?

***********************************************************************************

133) Qual será a velocidade de refração para um meio separador com índice de 2,5 ?

***********************************************************************************

134) Um meio refratado com índice de 1,3 é atingido pela luz. Sabendo disso, qual será a velocidade

refratada.

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135) A velocidade da luz atravessa um meio desconhecido e passa a ter uma velocidade de 6000 Km/s.

Sabendo disso, qual será o índice de refração desse meio desconhecido ?

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136) A velocidade da luz tranpassa um meio X e passa a ter uma velocidade refratada de 150 x 103 m/s.

Com esses dados, calcule o índice de refração desse meio X ?

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Ondas / Velocidade do Som

Ano Letivo de 2015

Ondas

O que é uma onda?

Numa corda esticada horizontalmente, produza em uma das extremidades um movimento rápido para

cima e retorne a posição inicial mantendo a corda esticada.

Ao provocar essa perturbação, transfere-se a extremidade da corda uma certa quantidade de energia,

transmite de ponto para ponto da corda.

Ao ser atingido pela perturbação, um ponto da corda que estava em repouso passar a se movimentar,

adquirindo energia cinética e potencial, devido à deformação sofrida pela corda. Após a passagem da

onda, o ponto da corda volta à posição de equilíbrio, portanto:

A onda transporta energia sem transportar matéria.

Exemplos:

Ao sacudir uma corda, uma onda se propaga de um extremo ao outro:

57

Ao se atirar uma pedra num lago, teremos inicio a ondas circulares partindo de onde a pedra caiu.

Natureza das Ondas

Uma onda mecânica é produzida por abalos mecânicos que se propagam através das partículas que

constituem o meio.

São exemplos de ondas mecânicas: ondas em cordas, ondas na superfície da água, ondas sonoras, abalos

sísmicos (ondas de choque em terremotos) entre outros.

58

Uma onda eletromagnética é produzida por oscilações de campos elétricos e magnéticos e transporta

energia sem necessidade de um suporte material. Por esse motivo, as ondas eletromagnéticas podem se

propagar até no vácuo.

São exemplos de ondas eletromagnéticas a luz, as ondas de radio e de televisão os raios x, os raios y etc.

Ondas Periódicas

Se perturbações sucessivas forem repetidas em intervalos de tempo iguais estabeleceremos uma onda

periódica. Um caso importante ocorre quando a fonte de ondas, ou seja, a responsável pela produção das

perturbações, é um oscilador harmônico simples, que faz com que todos os pontos atingidos pela onda

vibre em movimento harmônico simples (MHS), isto é, um movimento retilíneo de vaivém.

Mantendo-se continuamente o MHS na extremidade da corda esticada, produz-se uma sequencia de ondas

periódicas (“trem de ondas”) que se propaga ao longo da corda com Velocidade constante V. Enquanto

isso cada ponto da corda, oscila com amplitude (A) entre o ponto de equilíbrio e os pontos máximo

(Crista da onda) e mínimo (Vale da onda).

59

Nessas condições, define-se Comprimento de Onda () como sendo a distância entre duas cristas ou dois

vales consecutivos.

A distância entre uma crista e um vale consecutivos é igual a meio comprimento de onda (/2).

Numa onda periódica, o intervalo de tempo decorrido numa oscilação completa é denominado período (T)

da onda, sendo medido em segundos (s).

O número de oscilações por unidade de tempo, que corresponde ao inverso do Período (T), é denominado

freqüência (f) da onda, sendo medida em Hertz (Hz), que corresponde ao inverso do segundo (1/s).

T = 1 p ou f = 1 u

f T

A velocidade de propagação V de uma onda periódica considerada constante, pode ser calculada pela

expressão:

V = ou V = · f

T

Ondas Sonoras

Quando uma fonte sonora entra em vibração, ela perturba o ar a sua volta, produzindo ondas longitudinais

de compressão e rarefação que se propagam em todas as direções.

As principais fontes sonoras são:

a) Cordas vibrantes;

b) Tubos sonoros;

c) Membranas e Hastes.

Para sensibilizar o ouvido humano, as ondas devem ter freqüências compreendidas entre 20 Hz a 20000

Hz, aproximadamente.

Para valores acima de 20000 Hz, a onda não é audível e recebe o nome de ultra som. Para valores abaixo

de 20 Hz, a onda também não é audível, sendo denominada infra som.

O golfinho e o Morcego emitem ultra sons, que refletidos pelos obstáculos, servem para que eles se

orientes. Apitos especiais que emitem ultra sons costumam ser utilizados para chamar cães de guarda.

60

Velocidade do Som

Se a onda sonora se propagar sempre num mesmo meio, sua velocidade permanecerá constante,

independentemente de sua freqüência (ou de seu comprimento de onda), isto é, a velocidade do som é

uma característica do mio material onde ele se propaga, dependendo apenas das propriedades mecânicas

desse meio.

61


Ondas / Velocidade do Som


137) Uma corda de comprimento 40 metros está fixa em uma de suas extremidades e, na outra,

possui um vibrador harmônico simples de freqüência igual a 10 Hz. Sendo a velocidade de

propagação de pulsos nessa corda 20 m/s e o oscilador colocado em funcionamento, dê:

a) O comprimento de onda;

b) O desenho do aspecto final da corda.

*********************************************************************************

138) Uma pessoa a 1 Km do estádio Castelão observa a queima de fogos que inicia uma partida de

futebol. Podemos afirmar que:

a) Toda vizinhança do estádio irá ouvir os fogos simultaneamente ao observador;

b) O tempo gasto para ver os fogos brilharem é nulo e isso vale para qualquer distância;

c) O observador só ouve os fogos em virtude da existência de um meio material entre o local da

queima e seus ouvidos, mas isso não é necessário para que ele veja os fogos;

d) A velocidade da luz é a mesma em todos os meios e por isso o observador vê primeiro os fogos

brilharem para em seguida ouvi-los;

e) NDA.

*********************************************************************************

139) Uma onda sonora proveniente de um diapasão passa do ar para a água. A onda sonora, no ar,

tem comprimento de onda = 2,0 m e se propaga com velocidade de módulo V = 340 m/s. A

freqüência do som ao se propagar na água:

a) Não está determinada;

b) É maior do que no mar;

c) É menor do que no ar;

d) Vale 680 Hz;

e) Vale 170 Hz.

*********************************************************************************

140) Um rapaz, usando sua voz, emite um som cuja freqüência é de 136 vibrações por segundo.

Considerando a velocidade de propagação do som no ar igual a 340 m/s, podemos afirmar que o

comprimento de onda do som emitido é:

a) 25 cm;

b) 25 m;

c) 2,5 m;

d) 250 m;

e) NDA.

*********************************************************************************

62

141) (FUVEST) Uma corda de violão tem 0,60m de comprimento. Os três maiores comprimentos

de ondas estacionárias que se podem estabelecer nessa corda são (em metros):

a) 1,2; 0,60; 0,40;

b) 1,2; 0,60, 0,30;

c) 0,60; 0,30; 0,20;

d) 0,60; 0,30; 0,15;

e) 0,60; 0,20; 0,12.

*********************************************************************************

142) Um violinista deseja aumentar a freqüência do som emitido por uma das cordas do seu

instrumento. Isto poderá ser conseguido:

a) aumentando-se o comprimento vibratório e tracionando-se mais intensamente a corda;

b) diminuindo-se o comprimento vibratório e tracionando-se menos intensamente a corda;

c) diminuindo-se o comprimento vibratório e tracionando-se mais intensamente a corda;

d) aumentando-se o comprimento vibratório e tracionando-se menos intensamente a corda;

e) todas as sugestões são inadequadas para que o violinista consiga seu objetivo.

********************************************************************************

143) (MED. ABC) Têm-se duas cordas sonoras de mesmo material uma delas tem 0,60cm de

comprimento, 1,00mm de diâmetro, é tensa por um peso de 4,00kgf e vibra com freqüência

fundamental de 400cps; a outra tem 40,0cm de comprimento, 2,00mm de diâmetro e é tensa por peso

de 9,00kgf. A freqüência fundamental desta corda vale:

a) 450cps;

b) 800cps;

c) 660cps;

d) 60cps;

e) 150cps.

********************************************************************************

144) (UNISA) um tubo sonoro aberto de 50cm de comprimento emite um som cuja freqüência é de

1360Hz. Sendo o módulo da velocidade de propagação do som no ar igual a 340m/s, o som emitido

é o ________ harmônico.

a) segundo;

b) terceiro;

c) quarto;

d) quinto;

e) sexto.

********************************************************************************

145) Um estudante, fazendo um experimento no laboratório de sua escola, acoplou um gerador

de audiofreqüência a um alto-falante. Aumentando, então, a freqüência do aparelho de 200Hz para

2800Hz, ele notou que o som produzido pelo sistema ficou:

a) menos intenso ou mais fraco;

b) mais alto ou agudo;

c) mais baixo ou grave;

d) mais rico em harmônicos;

e) mais dissonantes.

********************************************************************************

63

146) Dois diapasões A e B emitem sons puros de freqüências 400Hz e 800Hz, respectivamente.

Aponte a alternativa correta:

a) O som de A é mais agudo que o de B;

b) O som de A é mais alto que o de B;

c) O som de A é mais forte que o de B;

d) O som de A está uma oitava acima do de B;

e) O som de A está uma oitava abaixo do de B.

*************************************************************************************

147) A intensidade do som, em m W/m2, em um jardim sossegado, é da ordem de 10

-4. Em um

restaurante, tal valor é de 10-1

. Se o limiar da audição se dá a 10-6 nas mesmas unidades, o nível

sonoro em dB é:

a) 20 para o jardim e 50 para restaurante;

b) 20 para o jardim e 500 para o restaurante;

c) 2 para o jardim e 5 para o restaurante;

d) 100 para jardim e 105 para o restaurante;

e) 50 para o jardim e 20 para o restaurante.

*************************************************************************************

148) (UFU) O efeito Doppler-Fizeau está relacionado com a sensação de:

a) variação de altura do som;

b) variação de timbre do som;

c) aumento de intensidade do som;

d) diminuição de intensidade do som;

e) constância da altura do som.

*************************************************************************************

149) (UNISA) A cor da luz emitida por certa estrela nos parece mais avermelhada do que é na

realidade. Este fenômeno é devido ao fato de:

a) a estrela estar muito distante da Terra;

b) a luz se propagar com velocidade muito grande no vácuo;

c) a luz sofrer refração na atmosfera;

d) a estrela estar se afastando da Terra;

e) a estrela estar se aproximando da Terra.

*************************************************************************************

150) (ITA) Considere a velocidade máxima permitida nas estradas sendo exatamente 80 km/h. A sirene

de um posto rodoviário soa com uma freqüência de 700 Hz, enquanto um veículo de passeio e um policial

rodoviário se aproximam emparelhados. O passeio dispõe de um medidor de freqüências sonoras. Dado o

módulo da velocidade do som, 350 m/s, ele deverá multar o motorista do carro quando seu aparelho medir

uma freqüência sonora de, no mínimo:

a) 656Hz;

b) 745Hz;

c) 655Hz;

d) 740Hz;

e) NDA.

*************************************************************************************

http://www.coladaweb.com/fisica/fisica-geral/efeito-doppler

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Bibliografia


Livro:

Física para o Ensino Médio – Curso Completo

Autor: Ivan Gonçalves dos Anjos

Editora IBEP

Páginas Consultadas: 205 à 324;

Os Fundamentos da Física – Ramalho / Nicolau / Toledo – Termologia, Óptica e Ondas – Volume 2

Autores: Francisco Ramalho Jr. / Nicolau Gilberto Ferraro / Paulo Antônio de Toledo Soares

Edição: 6ª

Editora: Moderna

Páginas Consultadas: 11 à 475.

2 Ano Fisica

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