Física-I-3ª-Série

Nome: _______________________________________________ nº __________

Professor(a): ______________________________ Série: 3ª EM. Turma: __________

Data: _____/_____/2013

Exercícios de Física I - 3º ANO

1. (Epcar (Afa) 2013) Uma partícula de massa m e carga elétrica negativa gira em órbita circular com velocidade escalar constante de

módulo igual a v, próxima a uma carga elétrica positiva fixa, conforme ilustra a figura abaixo.

Desprezando a interação gravitacional entre as partículas e adotando a energia potencial elétrica nula quando elas estão infinitamente

afastadas, é correto afirmar que a energia deste sistema é igual a

a) 21mv

2

b) 21mv

2

c) 22

mv2

d) 22

mv2

2. (Pucrj 2013) Duas cargas pontuais 1 2q 3,0 C e q 6,0 Cμ μ são colocadas a uma distância de 1,0 m entre si.

Calcule a distância, em metros, entre a carga q1 e a posição, situada entre as cargas, onde o campo elétrico é nulo.

Considere kC = 9 109 Nm

2/C

2

a) 0,3 b) 0,4 c) 0,5 d) 0,6 e) 2,4 3. (Pucrj 2013) O gráfico abaixo apresenta a medida da variação de potencial em função da corrente que passa em um circuito

elétrico.

Podemos dizer que a resistência elétrica deste circuito é de: a) 2,0 m b) 0,2 c) 0,5 d) 2,0 k e) 0,5 k 4. (Fuvest 2013) No circuito da figura abaixo, a diferença de potencial, em módulo, entre os pontos A e B é de

1º Trimestre “Sem limite para crescer”

a) 5 V. b) 4 V. c) 3 V. d) 1 V. e) 0 V. 5. (Pucrj 2013)

No circuito mostrado na figura, a diferença de potencial entre os pontos B e A vale, em Volts: a) 3,0 b) 1,0 c) 2,0 d) 4,5 e) 0,75 6. (Fuvest 2013) Em uma aula de laboratório, os alunos determinaram a força eletromotriz ε e a resistência interna r de uma bateria.

Para realizar a tarefa, montaram o circuito representado na figura abaixo e, utilizando o voltímetro, mediram a diferença de potencial

V para diferentes valores da resistência R do reostato. A partir dos resultados obtidos, calcularam a corrente I no reostato e

construíram a tabela apresentada logo abaixo.

a) Complete a tabela abaixo com os valores da corrente I.

V(V) R( ) I(A)

1,14 7,55 0,15

1,10 4,40

1,05 2,62 0,40

0,96 1,60

0,85 0,94 0,90

b) Utilizando os eixos abaixo, faça o gráfico de V em função de I.

c) Determine a força eletromotriz ε e a resistência interna r da bateria.

Note e adote: Um reostato é um resistor de resistência variável; Ignore efeitos resistivos dos fios de ligação do circuito. 7. (Unesp 2013) Determinada massa de água deve ser aquecida com o calor dissipado por uma associação de resistores ligada nos

pontos A e B do esquema mostrado na figura.

Para isso, dois resistores ôhmicos de mesma resistência R podem ser associados e ligados aos pontos A e B. Uma ddp constante U,

criada por um gerador ideal entre os pontos A e B, é a mesma para ambas as associações dos resistores, em série ou em paralelo.

Considere que todo calor dissipado pelos resistores seja absorvido pela água e que, se os resistores forem associados em série, o

aquecimento pretendido será conseguido em 1 minuto. Dessa forma, se for utilizada a associação em paralelo, o mesmo aquecimento

será conseguido num intervalo de tempo, em segundos, igual a a) 30. b) 20. c) 10. d) 45. e) 15. 8. (Uel 2013) As lâmpadas de LED (Light Emissor Diode) estão substituindo progressivamente as lâmpadas fluorescentes e

representam um avanço tecnológico nas formas de conversão de energia elétrica em luz. A tabela, a seguir, compara as características

dessas lâmpadas.

Características Fluorescente LED

Potência média (W) 9 8

Tempo médio de duração (horas) 6000 25000

Tensão nominal (Volts) 110 220

Fluxo luminoso (lm) 490 450

Com relação à eficácia luminosa, que representa a relação entre o fluxo luminoso e a potência do dispositivo, Lumen por Watt

(lm/W), considere as afirmativas a seguir.

I. A troca da lâmpada fluorescente pela de LED ocasionará economia de 80% de energia.

II. A eficácia luminosa da lâmpada de LED é de 56,25 lm/W.

III. A razão entre as correntes elétricas que passam pela lâmpada fluorescente e pela lâmpada de LED, nessa ordem, é de 2,25.

IV. O consumo de energia elétrica de uma lâmpada de LED durante o seu tempo médio de duração é de 200 kWh.

Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 9. (Uerj 2013) Ao ser conectado a uma rede elétrica que fornece uma tensão eficaz de 200 V, a taxa de consumo de energia de um

resistor ôhmico é igual a 60 W.

Determine o consumo de energia, em kWh, desse resistor, durante quatro horas, ao ser conectado a uma rede que fornece uma tensão

eficaz de 100 V. 10. (Espcex (Aman) 2013) O amperímetro é um instrumento utilizado para a medida de intensidade de corrente elétrica em um

circuito constituído por geradores, receptores, resistores, etc. A maneira correta de conectar um amperímetro a um trecho do circuito

no qual queremos determinar a intensidade da corrente é a) em série b) em paralelo c) na perpendicular d) em equivalente e) mista 11. (Fuvest 2013) Um raio proveniente de uma nuvem transportou para o solo uma carga de 10 C sob uma diferença de potencial de

100 milhões de volts. A energia liberada por esse raio é

(Note e adote: 71J 3 10 kWh. )

a) 30 MWh. b) 3 MWh. c) 300 kWh. d) 30 kWh. e) 3 kWh. 12. (Pucrj 2013) Um determinado circuito é composto de uma bateria de 12,0 V e mais quatro resistores, dispostos como mostra a

figura.

a) Determine a corrente elétrica no ponto A indicado na figura.

b) Determine a diferença de potencial entre os pontos B e C apresentados na figura. 13. (Unicamp 2013) Uma forma alternativa de transmissão de energia elétrica a grandes distâncias (das unidades geradoras até os

centros urbanos) consiste na utilização de linhas de transmissão de extensão aproximadamente igual a meio comprimento de onda da

corrente alternada transmitida. Este comprimento de onda é muito próximo do comprimento de uma onda eletromagnética que viaja

no ar com a mesma frequência da corrente alternada.

a) Qual é o comprimento de onda de uma onda eletromagnética que viaja no ar com uma frequência igual a 60 Hz? A velocidade da

luz no ar é c = 3 108 m/s.

b) Se a tensão na linha é de 500 kV e a potência transmitida é de 400 MW, qual é a corrente na linha? 14. (G1 - utfpr 2012) Quando atritamos uma régua de plástico com um pedaço de lã:

I. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada com cargas elétricas e o pedaço de lã continue neutro eletricamente, pois o

papel da lã é de atritar a régua.

II. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada com cargas elétricas e o pedaço de lã fique carregado com cargas elétricas

contrárias às da régua, pois há transferência de cargas de um material para o outro.

III. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada eletricamente com o mesmo tipo de cargas da lã, pois a transferência de

cargas se dá de um objeto carregado para o outro.

IV. A régua de plástico e a lã ficam eletricamente neutros, pois o processo de eletrização por atrito é o processo de indução de cargas.

Está(ão) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) IV. e) I e IV. 15. (G1 - ifsp 2012) Enquanto fazia a limpeza em seu local de trabalho, uma faxineira se surpreendeu com o seguinte fenômeno:

depois de limpar um objeto de vidro, esfregando-o vigorosamente com um pedaço de pano de lã, percebeu que o vidro atraiu para si

pequenos pedaços de papel que estavam espalhados sobre a mesa.

O motivo da surpresa da faxineira consiste no fato de que a) quando atritou o vidro e a lã, ela retirou prótons do vidro tornando-o negativamente eletrizado, possibilitando que atraísse os

pedaços de papel. b) o atrito entre o vidro e a lã aqueceu o vidro e o calor produzido foi o responsável pela atração dos pedaços de papel. c) ao esfregar a lã no vidro, a faxineira criou um campo magnético ao redor do vidro semelhante ao existente ao redor de um ímã. d) ao esfregar a lã e o vidro, a faxineira tornou-os eletricamente neutros, impedindo que o vidro repelisse os pedaços de papel. e) o atrito entre o vidro e a lã fez um dos dois perder elétrons e o outro ganhar, eletrizando os dois, o que permitiu que o vidro atraísse

os pedaços de papel. 16. (G1 - ifsc 2012) Como funciona a Máquina de Xerox

Quando se inicia a operação em uma máquina de Xerox, acende-se uma lâmpada, que varre todo o documento a ser copiado. A

imagem é projetada por meio de espelhos e lentes sobre a superfície de um tambor fotossensível, que é um cilindro de alumínio

revestido de um material fotocondutor.

Os fotocondutores são materiais com propriedade isolante no escuro. Mas, quando expostos à luz, são condutores. Assim, quando a

imagem refletida nos espelhos chega ao tambor, as cargas superficiais do cilindro se alteram: as áreas claras do documento

eliminam as cargas elétricas que estão sobre a superfície do cilindro e as áreas escuras as preservam. Forma-se, então, uma imagem

latente, que ainda precisa ser revelada. Para isso, o cilindro é revestido por uma fina tinta de pó, o tonalizador, ou toner, que adere à

imagem latente formada sobre o tambor. Em seguida, toda a imagem passa para as fibras do papel, através de pressão e calor. E,

assim, chega-se à cópia final.

Fonte: Revista Globo Ciência, dez. 1996, p. 18.

O texto acima se refere a uma aplicação do fenômeno de eletrização, pois é graças a ele que o toner adere ao cilindro metálico

mencionado. O processo de eletrização pode ocorrer de três formas distintas: atrito, indução e contato, mas todos os processos têm

algo em comum. É CORRETO afirmar que o comum destes processos é: a) Deixar o corpo eletrizado, com um desequilíbrio entre o número de cargas elétricas positivas e negativas. b) Deixar o corpo eletrizado, com um equilíbrio entre o número de cargas elétricas positivas e negativas. c) Arrancar as cargas positivas do corpo eletrizado. d) Deixar o corpo eletrizado com uma corrente elétrica negativa. e) Deixar o corpo eletrizado com um campo magnético. 17. (Upf 2012) Uma pequena esfera de 1,6 g de massa é eletrizada retirando-se um número n de elétrons. Dessa forma, quando a

esfera é colocada em um campo elétrico uniforme de 91 10 N C, na direção vertical para cima, a esfera fica flutuando no ar em

equilíbrio. Considerando que a aceleração gravitacional local g é 10 m/s2 e a carga de um elétron é 191,6 10 C, pode-se afirmar que

o número de elétrons retirados da esfera é:

a) 191 10

b) 101 10

c) 91 10

d) 81 10

e) 71 10

18. (G1 - cftmg 2012) A figura representa um trecho de um circuito elétrico em que a diferença de potencial entre os pontos A e B

vale 12 V.

O valor da intensidade de corrente elétrica i, em ampères, e da resistência elétrica do resistor R, em ohm, valem, respectivamente, a) 2,0 e 6,0. b) 4,0 e 2,0. c) 6,0 e 2,0. d) 6,0 e 4,0. 19. (G1 - ifce 2012) Um resistor ôhmico de 576 , submetido a uma ddp de 240 V, dissipa, em 2 horas, uma energia elétrica, em

joules, de a) 3,6x10

5.

b) 3,6x106.

c) 7,2x106.

d) 7,2x105.

e) 2,0x102.

20. (Ufsm 2012) O uso de datashow em sala de aula é muito comum. As lâmpadas de filamento que são usadas nesses equipamentos

têm potência elevada de, aproximadamente, 1100 W quando ligadas em 220 V. Se um datashow for usado durante 1 hora e 40

minutos, que é o tempo de duração de uma aula com dois períodos, qual é a energia consumida em J? a) 5,00 X 10

2.

b) 2,42 X 103.

c) 1,10 X 105.

d) 6,60 X 106.

e) 1,45 X 108.

21. (G1 - ifce 2011) Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, se encontram isoladas e bem afastadas uma das outras. A esfera A possui carga Q e as outras estão neutras. Faz-se a esfera A tocar primeiro a esfera B e depois a esfera C. Em seguida, faz-se a esfera B tocar a esfera C. No final desse procedimento, as cargas das esferas A, B e C serão, respectivamente, a) Q/2, Q/2 e Q/8. b) Q/4, Q/8 e Q/8. c) Q/2, 3Q/8 e 3Q/8. d) Q/2, 3Q/8 e Q/8. e) Q/4, 3Q/8 e 3Q/8. 22. (Ufsm 2011) A luz é uma onda eletromagnética, isto é, a propagação de uma perturbação dos campos elétrico e magnético locais.

Analise as afirmações a seguir, que estão relacionadas com as propriedades do campo elétrico.

I. O vetor campo elétrico é tangente às linhas de força.

II. Um campo elétrico uniforme se caracteriza por ter as linhas de força paralelas e igualmente espaçadas.

III. O número de linhas de força por unidade de volume de um campo elétrico é proporcional à quantidade de cargas do corpo.

Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas I e II. d) apenas III. e) I, II e III. 23. (Ufpa 2011) O acelerador de partículas LHC, o Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider), recebeu da imprensa vários

adjetivos superlativos: “a maior máquina do mundo”, “o maior experimento já feito”, “o big-bang recriado em laboratório”, para citar

alguns. Quando o LHC estiver funcionando a plena capacidade, um feixe de prótons, percorrendo o perímetro do anel circular do

acelerador, irá conter 1014

prótons, efetuando 104 voltas por segundo, no anel.

Considerando que os prótons preenchem o anel uniformemente, identifique a alternativa que indica corretamente a corrente elétrica

que circula pelo anel.

Dado: carga elétrica do próton 191,6 10 C

a) 0,16 A

b) 151,6 10 A

c) 291,6 10 A

d) 91,6 10 A

e) 231,6 10 A

24. (Udesc 2011) Um fio condutor foi submetido a diversas voltagens em um laboratório. A partir das medidas dessas voltagens e das

correntes que se estabeleceram no condutor, foi possível obter o gráfico a seguir.

O valor da resistência desse condutor é: a) 32 Ù b) 0,02 Ù c) 150 Ù d) 250 Ù e) 50 Ù 25. (Unifesp 2011) Os circuitos elétricos A e B esquematizados, utilizam quatro lâmpadas incandescentes L idênticas, com

especificações comerciais de 100 W e de 110 V, e uma fonte de tensão elétrica de 220 V. Os fios condutores, que participam dos dois

circuitos elétricos, podem ser considerados ideais, isto é, têm suas resistências ôhmicas desprezíveis.

a) Qual o valor da resistência ôhmica de cada lâmpada e a resistência ôhmica equivalente de cada circuito elétrico?

b) Calcule a potência dissipada por uma lâmpada em cada circuito elétrico, A e B, para indicar o circuito no qual as lâmpadas

apresentarão maior iluminação.

Gabarito: Resposta da questão 1:

[A]

A força elétrica age como resultante centrípeta sobre a partícula de carga negativa.

Assim:

cent

2

el res2

2

k Q q m vF F

R R

k Q qm v . I

R

A energia do sistema é a soma da energia cinética com a energia potencial elétrica:

2

pot cin

2

k Q qm vE E E

2 R

m v k QqE . II

2 R

Substituindo (I) em (II):

2

2 2

mv 1E mv E mv .

2 2

Resposta da questão 2:

Gabarito Oficial: [B]

Gabarito SuperPro®: Nenhuma das alternativas está correta.

Observe a figura abaixo.

Para que o campo elétrico no ponto assinalado seja nulo, 1 2E E . Portanto:

1 22 2 2 2 2 2

kq kq 3 6 1 2

x (1 x) x (1 x) x 1 2x x

2 2 22x x 2x 1 x 2x 1 0

22 2 4x1x( 2) 2 12 2 2 3x 1 3 0,73m

2 2 2


[D]

Primeira Lei de OHM

V R.i 12 Rx6 R 2,0k


[B]

Como o circuito está aberto entre os pontos A e B, a corrente elétrica entre esses pontos é nula, sendo, portanto, também nula a

corrente pelo resistor de R2 = 4 , ligado ao ponto A; ou seja, esse resistor não tem função, não entrando no cálculo da resistência

equivalente. O circuito da figura 2 é uma simplificação do circuito da figura 1.

Calculando a resistência equivalente:

eq2

R 4 5 .2

A ddp no trecho é U = 5 V, e a ddp entre os pontos A e B (UAB) é a própria ddp no resistor R1. Assim:

eqeq

AB 1 AB

U 5U R I I 1 A.

R 5

U R i 4 1 U 4 V.


[C]

A resistência equivalente do circuito é:

R 1 1/ /1 1 0,5 1,5

A corrente no circuito é:

V R.i 3 1,5.i i 2,0A

A ddp procurada é:

ABV R.i V 1x2 2,0V


a) Aplicando a 1ª Lei de Ohm na 2ª e 4ª linhas:

2

4

1,1 I 0,25 A.

4,4VV R I I

0,96RI 0,60 A.

1,6

V(V) R( ) I(A)

1,14 7,55 0,15

1,10 4,40 0,25

1,05 2,62 0,40

0,96 1,60 0,60

0,85 0,94 0,90

b) Substituindo os valores da tabela do item anterior:

Obs.: no eixo das tensões, os valores começam a partir de V = 0,7 V, por isso a reta não cruza o eixo das correntes no valor da

corrente de curto circuito.

c) Substituindo os dois primeiros valores de V e de I da tabela na equação do gerador e subtraindo membro a membro as duas

equações:

1,14 r 0,150,04

V r I r r 0,4 .r 0,251,100,1

0,04 0 0,10 r

1,14 0,4 0,15 1,14 0,06 1,2 V.

ε

ε Ωε

ε ε ε

Obs.: A equação dessa bateria é:

V 1,2 0,4 I.

Para V = 0,7 V:

1,2 0,70,7 1,2 0,4 I I i 1,25 A.

0,4

Esse é o valor em que a linha do gráfico corta o eixo das correntes, como assinalado no gráfico do item anterior. Resposta da questão 7:

[E]

Dados: St = 1 min = 60 s.

As resistências equivalentes das associações série (RS) e paralelo (RP) são, respectivamente:

SR 2 R e PR

R .2

Para o mesmo aquecimento, é necessária a mesma quantidade de calor nas associações paralelo e série (QP = QS). Aplicando a

expressão da potência elétrica para uma associação de resistores: 2 2

P S P P S S P SP S

S S SPP P P

P

U UQ Q P t P t t t

R R

t t tt 60 2 t t t

R 2 R 2 4 42

t 15 s.


[E]

I. Incorreta. O consumo de energia está relacionado à potência ( E P t). A relação entre as potências é:

led

flu

P 80,89 89%.

P 9 A troca ocasionará uma economia de 11%.

II. Correta. Sendo e a eficácia luminosa, temos: led450

e 56,25 lm / W.8

III. Correta. flu

flu

ledled

9 9i

iP 9 220 18110 110P U i i 2,25.88U i 110 8 8

i220220

IV. Correta. E P t 8 25.000 200.000 W h 200 kW h.Δ Δ


Dados nominais fornecidos no enunciado:

U 200V P 60w

A partir destes dados, temos:

3E P t 15.10 k 4 hΔ ω neste resistor é dada por:

2 2U 100 3.10000P

2000R 2000

3

30P P 15w

2

A energia consumida em 4 horas é dada por:

3E P t 15.10 kw 4 hΔ

E 0,06kwh


[A]

Para que o amperímetro faça a leitura correta, ele deve ter resistência interna nula e ser ligado em série com o trecho de circuito onde

se quer medir a corrente. Resposta da questão 11:

[C]

Dados: U = 100 106 V; Q = 10 C; 1 J = 3 10

-7 kWh.

6 9 9 7 kW hE U Q 100 10 10 10 J E 10 J 3 10 .

J

E 300 kW h.

Δ Δ

Δ


Como as resistências de 1,0 k estão em paralelo o circuito pode ser reduzido para o mostrado abaixo.

A corrente circulante será 12 8

V R.i 12 4,5i i A4,5 3

A ddp procurada valerá: BC BC8 4

V R.i V 0,5x i A3 3


a) Dados: c = 3 108 m/s; f = 60 Hz.

Da equação fundamental da ondulatória:

86c 3 10

c f 5 10 m.f 60

λ λ λ

b) Dados: P = 400 MW = 400 106 W; U = 500 kV = 500 10

3 V.

Da expressão da potência elétrica:

6

3

P 400 10P U i i i 800 A.

U 500 10


[B]

Quando são atritados dois corpos isolantes, eles adquirem cargas de mesmo módulo e de sinais opostos. Portanto, somente a

afirmativa II está correta. Resposta da questão 15:

[E]

Na eletrização por atrito ocorre transferência de elétrons de um corpo para o outro, ficando ambos eletrizados com cargas de sinais

opostos. Resposta da questão 16:

[A]

Para que um corpo seja eletrizado, por qualquer processo, ele deve ganhar ou perder elétrons, havendo, então, um desequilíbrio entre

o número de prótons (cargas positivas) e o número de elétrons (cargas negativas). Resposta da questão 17:

[D]

Dados: m = 1,6 g –31,6 10 kg; –19e 1,6 10 C; 9E 1 10 N C; g = 10 m/s2.

Como a esfera está em equilíbrio, a força eletrostática equilibra o peso:

38

19 9

mgF P |q|E mg neE mg n

eE

1,6 10 10n n 1 10 .

1,6 10 10


[D]

Como os dois resistores estão em paralelo, a ddp, U = 12 V, é a mesma nos dois ramos. Aplicando a 1ª lei de Ohm:

12 2 i i 6 A.U R i

12 R 3 R 4 .Ω


Gabarito Oficial: [C]

Gabarito SuperPro®: [D]

2 2

5

U 240E P t E t 2 3.600

R 576

E 7,2 10 J.

Δ Δ Δ Δ

Δ


[D]

Dados: P = 1.100 W; t = 1 h e 40 min = 6.000 s.

6E P t 1.100 6.000 6,6 10 J.


[E]

A B

A C

B C

Q 0 QA com B: Q Q ;

2 2

Q 0 Q2A com C: Q Q ;2 4

Q Q 3Q3 Q2 4 4B com C: Q Q .

2 2 8

A tabela abaixo mostra o resultado final.

Contatos A B C

Início Q 0 0

A com B Q/2 Q/2 0

A com C Q/4 Q/2 Q/4

B com C Q/4 3Q/8 3Q/8


[C]

I. Correta. O vetor campo elétrico é tangente às linhas de força.

II. Correta.

III. Incorreta. De acordo com a lei de Gauss, o número de linhas de força por unidade de área de um campo elétrico é proporcional à

quantidade de carga do corpo. Resposta da questão 23:

[A]

A corrente elétrica é dada pela razão entre a carga que passa por unidade de tempo. A cada segundo passam 1014

prótons, 104 vezes.

Assim, a intensidade da corrente elétrica é: 14 4 19Q 10 10 1,6 10

i i 0,16 A.t 1


[E]

V 32

R 50i 0,6


Dados: PL = 100 W; UL = 110 V; U = 220 V.

a) A resistência de cada lâmpada é:

2 2L L

LL

U U 110 110P R R R 121

R P 100

.

No circuito A temos dois ramos em paralelo, tendo cada um duas lâmpadas em série. A resistência de cada ramo é 2 R. Assim:

A A

2 RR R R 121

2 .

No circuito B as quatro lâmpadas estão em série. Então:

RB = 4 R = 4 (121) RB = 484 .

b) No circuito A a tensão em cada ramo é U = 220 V, portanto, em cada lâmpada a tensão é UA = 110 V. Cada uma dissipa potência

PA dada por:

2A

A A

U 110 110P P 100 W.

R 121

No circuito B temos 4 lâmpadas em série, sob tensão total U = 220 V. A tensão em cada lâmpada é:

B

220U 55

4 V.

Cada lâmpada dissipa potência PB, sendo:

2B

B B

U 55 55P P 25 W.

R 121

Como PA > PB, as lâmpadas do circuito A apresentarão maior iluminação.

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