Resolucao Fuvest 2011 f2 Fisica

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FUVEST 2aFase 11/janeiro/2011

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FSICA

01. Um forno solar simples foi construdo com uma caixa deisopor, forrada internamente com papel alumnio e fechadacom uma tampa de vidro de 40 cm x 50 cm. Dentro desseforno, foi colocada uma pequena panela contendo 1 xcarade arroz e 300 mL de gua temperatura ambiente de 25oC.Suponha que os raios solares incidam perpendicularmente tampa de vidro e que toda a energia incidente na tampado forno a atravesse e seja absorvida pela gua.Para essas condies, calcule:a) a potncia solar total P absorvida pela gua;b) a energia E necessria para aquecer o contedo da

panela at 100 oC;c) o tempo total T necessrio para aquecer o contedo

da panela at 100 oC e evaporar 1/3 da gua nessatemperatura (cozer o arroz).

NOTE E ADOTEPotncia solar incidente na superfcie da Terra: 1 kW/m2

Densidade da gua: 1 g/cm3

Calorespeccodagua:4J/(goC) Calorlatentedeevaporaodagua:2200J/g

Desconsidereascapacidadescalorcasdoarrozedapanela.

Resoluo:

a) Inicialmente calcularemos a rea da tampa em m2.A = 0,4.0,5 = 0,2m2.

Sendo I = Pot/A, temos:

1000 = P/0,2

P = 2,0x102W

b) Da Equao Fundamental da Calorimetria, vem: Q=m.c.T,comQ=E

E=300.4.(10025)=90000J

E = 9,0 x104J

c) Calculando a quantidade de calor, considerando o aumento detemperatura e a mudana do estado fsico (de 1/3 da massa),temos:Q = m.c.DT + 1/3.m.LQ = 300.4.(100-25) + 1/3.300.2200

Q=310000J

Sendo Q = Pot.Dt, temos310000 = 2x102.TT = 1550s

T = 1,55x103s

02. Num espetculo de circo, um homem deita-se no chodo picadeiro e sobre seu peito colocada uma tbua,de 30 cm x 30 cm, na qual foram cravados 400 pregos, demesmo tamanho, que atravessam a tbua. No clmax doespetculo, um saco com 20 kg de areia solto, a partir dorepouso, de 5 m de altura em relao tbua, e cai sobreela. Suponha que as pontas de todos os pregos estejamigualmente em contato com o peito do homem.Determine:a) a velocidade do saco de areia ao tocar a tbua de pregos;b) a fora mdia total aplicada no peito do homem se o

saco de areia parar 0,05 s aps seu contato com a tbua;c) a presso, em N/cm2, exercida no peito do homem por

cada prego, cuja ponta tem 4 mm2 de rea.

NOTE E ADOTEAcelerao da gravidade no local: g = 10 m/s2

Despreze o peso da tbua com os pregos.No tente reproduzir esse nmero de circo!

Resoluo:

a) Pelo Princpio da Conservao da Energia Mecnica, temos:m . g . h = m V2 / 210 .5 = V2 / 2100 = V2

V = 10 m/s

b) I = DQ = Fres . DtTomando como orientao positiva o sentido para baixo,temos:(20 . 0) (20 . 10) = Fres. 0,05 200/0,05 = FresFres = 4000N

Fres = Psaco FH S 4000 = 200 FH S |FH S| = |FS H| = 4200N

c) 1 mm2 -----------------1x10 2 cm2

400 . 4 mm2---------- AtotalAtotal = 16 cm

2

Presso = FS H / AtotalPprego = 4200 / 16

Pprego = 262,5 N/cm2


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03. Trens de alta velocidade, chamados trens-bala, deveroestar em funcionamento no Brasil nos prximos anos.Caractersticas tpicas desses trens so: velocidade mximade 300 km/h, massa total (incluindo 500 passageiros) de

500 t e potncia mxima dos motores eltricos igual a8 MW. Nesses trens, as mquinas eltricas que atuam comomotores tambm podem ser usadas como geradores, freandoo movimento (freios regenerativos). Nas ferrovias, as curvastm raio de curvatura de, no mnimo, 5 km. Considerandoum trem e uma ferrovia com essas caractersticas, determine:

a) o tempo necessrio para o trem atingir a velocidade de288 km/h, a partir do repouso, supondo que os motoresforneam a potncia mxima o tempo todo.

b) a fora mxima na direo horizontal, entre cada roda eo trilho, numa curva horizontal percorrida a 288 km/h,supondo que o trem tenha 80 rodas e que as foras entre

cada uma delas e o trilho tenham a mesma intensidade.c) a acelerao do trem quando, na velocidade de 288 km/h,

as mquinas eltricas so acionadas como geradores de8 MW de potncia, freando o movimento.

NOTE E ADOTE1 t = 1000 kgDesconsidere o fato de que, ao partir, os motores demoram algunssegundos para atingir sua potncia mxima.

Resoluo:

a) SendoPot=/Dt,=DEc = m.V2/2 m.V02/2 , temos:

Pot = m.V2

/(2.Dt) Dt = m.V2/ (2.Pot) Dt =500x103.802 / (2.8x106) Dt = 200s Dt = 2,0x102s

b) A fora horizontal faz papel de resultante centrpeta cujomdulo dado por:Fc= mV

2/R e seu valor ser mximo quando o raio for mnimo(5000m).Logo:Fc= 500 x 10

3. 802/5000 = 640000NA fora por roda considerando que todas esto na curva :F = 640000/80 = 8000N

F=8,0x103

N

c) Calculando a Fora Instantnea no incio da frenagem,considerando que ela se deu em linha reta, temos:PInst = FInst . VInst

8 x 106 = FInst

. 80

FInst = 1000N (oposta ao movimento).

Sendo F = m.a, temos para o mdulo da acelerao:

1000 = 500x103. a

a = 0,2m/s2


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04. A converso de energia solar em energia eltrica pode serfeita com a utilizao de painis constitudos por clulasfotovoltaicas que, quando expostas radiao solar,geram uma diferena de potencial U entre suas faces.

Para caracterizar uma dessas clulas (C) de 20 cm2

derea, sobre a qual incide 1 kW/m2 de radiao solar,foi realizada a medida da diferena de potencial U e dacorrente I, variando-se o valor da resistncia R, conformeocircuitoesquematizadonaguraabaixo.

Os resultados obtidos esto apresentados na tabela.

a) FaaogrcodacurvaI x Unaguraimpressanafolha de respostas.

b) Determine o valor da potncia mxima Pm que essaclula fornece e o valor da resistncia Rnessa condio.

c) DetermineaecinciadaclulaC para U = 0,3 V.

NOTE E ADOTE

EficinciaP

P

fornecida

incidente

=

Resoluo:

a) Ogrcoaseguirmostraospontosdatabela:

b) Aplicando a frmulaP = U . i para todos os valores da tabela,

temos como Pm o seguinte:

Pm = 0,5 . 0,9 Pm = 0,45 W

U = R . i0,5 = R . 0,9

R 0,56

c) A potncia fornecida quando U = 0,3 V:Pf= U . iPf= 0,3 . 1

Pf= 0,3 W

A potncia incidente:1kW -------------------- 1 m2

Pi ----------------------- 20 x 104 m2

Pi = 2 W

EcinciadaClulaC:

C = Pf/ PiC = 0,3 / 2

C = 0,15 = 15%


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05. Um jovem pesca em uma lagoa de gua transparente,utilizando, para isto, uma lana. Ao enxergar um peixe,ele atira sua lana na direo em que o observa. O jovemest fora da gua e o peixe est 1 m abaixo da superfcie.

A lana atinge a gua a uma distncia x = 90 cm da direoverticalemqueopeixeseencontra,comoilustraaguraabaixo. Para essas condies, determine:

a) o ngulo a, de incidncia na superfcie da gua, da luzreetidapelopeixe.

b) o ngulo b que a lana faz com a superfcie da gua.c) a distncia y, da superfcie da gua, em que o jovem

enxerga o peixe.

NOTE E ADOTE

ndice de refrao do ar = 1ndice de refrao da gua = 1,3Lei de Snell: v1/v2 = sen Q1/sen Q2

Resoluo:

a)Observeagura,

Notequetg=0,9/1=0,9

Analisando a tabela fornecida, =42

b) Observeagura:

Aplicando a Lei de Snell, temos:ngua.sena = nar.sen(90b)

1,3.sen42 = 1. sen(90b)1,3.0,67 = sen(90b)0,871 = sen(90b)Da tabela, sen(90b) = sen(60)90b = 60

b = 30

c) Observenovamenteaguraabaixo:

tgb = y/0,90,58 = y/0,9y0,52m


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06. Para manter-se equilibrado em um tronco de rvore vertical,um pica-pau agarra-se pelos ps, puxando-se contra o tronco,e apoia sobre ele sua cauda, constituda de penas muitorgidas,conformeguraabaixo.Noesquemaimpressona

folha de respostas esto indicadas as direes das forasnos ps (T) e na cauda (C) do pica-pau que passam peloseu centro de massa (CM) e a distncia da extremidadeda cauda ao CM do pica-pau, que tem 1 N de peso (P).

a) Calcule os momentos da foras P e C em relao aoponto O indicado no esquema impresso na folha derespostas.

b) Escreva a expresso para o momento da fora T emrelao ao ponto O e determine o mdulo dessa fora.

c) Determine o mdulo da fora C na cauda do pica-pau.

Resoluo:

a)

Em relao ao ponto O, temos:MF = F . d, onde + o giro no sentido anti-horrio e -

o giro no sentido horrio.

MC = C . 0 (fora aplicada no prprio ponto O) MC = 0 N.cm

MP = + P . 8MP = + 1 . 8

MP = + 8 N.cm(direo: perpendicular ao plano da prova / sentido: saindo

do plano)

b) MT = T . 16 MT = 16T

M=0

0 + 8 16T = 0 T = 0,5 N

MT = 16 (0,5) MT = 8 N.cm

(direo: perpendicular ao plano da prova / sentido:

entrando no plano)

c) F=0

cos 30 = C / P

( 3 / 2) . 1 = C

C = ( 3 / 2) N

COMENTRIO DO CPV

Novamente a Fuvest trouxe itens a,b,c em todas as questes,tornando-as trabalhosas para o vestibulando e mantendo atendncia de questes em cascata, com itens relacionadosentre si.Houve um privilgio da Mecnica, com questes de nvel mdio.A prova deixou a desejar no quesito distribuio dos assuntosda Fsica, pois alguns assuntos relevantes (e que sempre foramexigidos) no foram abordados. Uma sugesto da equipe deFsica do CPV que, numa prxima avaliao, os itens b e csejam utilizados para relacionar diferentes tpicos dentro damesma questo.Uma observao na questo 1 que a forma correta de redigir

litro L ou .

T

P

C 30o

8 cm

P

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