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Unicamp2003 2fase 2dia_parte_001

  1. 1. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOO UUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333A velocidade linear de leitura de um CD é 1,2m/s.a) Um CD de música toca durante 70 minutos, qual éo comprimento da trilha gravada?b) Um CD também pode ser usado para gravar dados.Nesse caso, as marcações que representam umcaractere (letra, número ou espaço em branco) têm8µm de comprimento. Se essa prova de Física fossegravada em CD, quanto tempo seria necessário paraler o item a) desta questão? 1µm = 10–6m.Resoluçãoa) O comprimento L da trilha gravada é dado por:L = V . ∆tL = 1,2 . 70 . 60 (m)b) O número total de caracteres contido no enunciadodo item a) é 83.Portanto:∆s = 83 . 8 . 10–6m = 664 . 10–6m∆s = 6,64 . 10–4mSendo: V = , vem:∆t = = sRespostas: a) aproximadamente 5,0kmb) aproximadamente 5,5 . 10–4sUm cartaz de uma campanha de segurança nas estra-das apresenta um carro acidentado com a legenda “de100 km/h a 0 km/h em 1 segundo”, como forma dealertar os motoristas para o risco de acidentes.a) Qual é a razão entre a desaceleração média e a ace-leração da gravidade, aC/g?b) De que altura o carro deveria cair para provocar umavariação de energia potencial igual à sua variação deenergia cinética no acidente?c) A propaganda de um carro recentemente lançadono mercado apregoa uma “aceleração de 0 km/h a100km/h em 14 segundos”. Qual é a potência me-cânica necessária para isso, considerando que essaaceleração seja constante? Despreze as perdas poratrito e considere a massa do carro igual a 1000kg.Resoluçãoa) Aplicando-se a definição de aceleração escalar mé-dia:2∆t ≅ 5,5 . 10–4s6,64 . 10–4–––––––––––1,2∆s–––V∆s–––∆tL = 5,04 . 103m1FFFFÍÍÍÍSSSSIIIICCCCAAAA
  2. 2. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOac =V0 = 100 = m/sV = 0ac = (m/s2) = – m/s2Sendo g = 10 m/s2, vem:= – ⇒Considerando-se apenas o módulo de ac , tem-se:b) A equivalência pedida é traduzida por:mgH =H = = (m) ⇒c) A potência média útil do motor do carro, supondoque o deslocamento ocorra em um plano horizontal,é dada por:Potm =O trabalho realizado pelo motor é calculado pelo teo-rema da energia cinética:τmotor = –τmotor = (100/3,6)2 (J) = 3,86 . 105 JPotmotor = = 2,76 . 104 WRespostas: a)b) 38,6mc) 27,6 kW͉ac ͉––––– ≅ 2,8gPotmotor = 27,6 kWJ–––s38,6 . 104–––––––––––141000––––––2mV02––––––2mV2––––––2τmotor––––––––∆tH ≅ 38,6m(100/3,6)2––––––––––20V02––––––2gmV02––––––2͉ac ͉––––– ≅ 2,8gac 10––– = – –––– ≅ – 2,8g 3,6100/3,6––––––––10ac–––g100–––––3,6– 100/3,6––––––––––1100–––––3,6km–––h∆v–––∆tUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  3. 3. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOA terceira lei de Kepler diz que “o quadrado do períodode revolução de um planeta (tempo para dar uma voltaem torno do Sol) dividido pelo cubo da distância do pla-neta ao Sol é uma constante”. A distância da Terra aoSol é equivalente a 1 UA (unidade astronômica).a) Entre Marte e Júpiter existe um cinturão de asterói-des (vide figura). Os asteróides são corpos sólidosque teriam sido originados do resíduo de matériaexistente por ocasião da formação do sistema solar.Se no lugar do cinturão de asteróides essa matériativesse se aglutinado formando um planeta, quantoduraria o ano deste planeta (tempo para dar umavolta em torno do Sol)?b) De acordo com a terceira lei de Kepler, o ano deMercúrio é mais longo ou mais curto que o ano ter-restre?Resoluçãoa) O raio médio da órbita do hipotético planeta, deacordo com a escala apresentada, é da ordem de2,7 ua.Aplicando-se a 3ª lei de Kepler, comparando-se aTerra com o planeta hipotético, vem:=RP = 2,7ua, RT = 1ua e TT = 1a=TP2= (2,7)3 ≅ 19,7 ⇒b) De acordo com a 3ª leide Kepler, o período T é função crescente do raiomédio da órbita.Como RMercúrio < RTerra ⇒Isto é: o ano de Mercúrio é menor que o ano daTerra.Respostas: a) Aproximadamente 4,4 anos terrestres.TMercúrio < TTerraTP ≅ 4,4 anos terrestres(2,7)3––––TP2(1)3––––12RP3––––TP2RT3––––TT23UUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  4. 4. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOb) O ano de Mercúrio é mais curto queo terrestre.Um corpo que voa tem seu peso P equilibrado por umaforça de sustentação atuando sobre a superfície deárea A das suas asas. Para vôos em baixa altitude estaforça pode ser calculada pela expressão= 0,37V2onde V é uma velocidade de vôo típica deste corpo. Arelação P/A para um avião de passageiros é igual a7200 N/m2 e a distância b entre as pontas das asas(envergadura) é de 60 m. Admita que a razão entre asgrandezas P/A e b é aproximadamente a mesma parapássaros e aviões.a) Estime a envergadura de um pardal.b) Calcule a sua velocidade de vôo.c) Em um experimento verificou-se que o esforço mus-cular de um pássaro para voar a 10 m/s acarretavaum consumo de energia de 3,2 J/s. Considerandoque 25% deste consumo é efetivamente convertidoem potência mecânica, calcule a força de resistênciaoferecida pelo ar durante este vôo.Resoluçãoa) A envergadura de um pardal pode ser estimada em20 cm.b) De acordo com o texto, temos:= k bem que k é uma constante de proporcionalidade.=== 24 N/m2De acordo com o texto:P΂–––΃pardalA60–––––0,207200–––––––––––––P΂–––΃pardalAbavião–––––––––bpardalP΂–––΃aviãoA––––––––––––––P΂–––΃pardalAP–––AP–––A4UUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  5. 5. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOO= 0,37 V 224 = 0,37 V2pardalV2pardal ≅ 65 ⇒c) Supondo-se que o pássaro voe com velocidadeconstante, a força motriz terá a mesma velocidadeda força de resistência. A potência mecânica obtida,de acordo com o texto, é dada por:Potmec = 0,25 . 3,2 W = 0,8WSendo Potmec = Fmotriz . V, vem:0,8 = Fmotriz . 10Fmotriz = 8,0 . 10 – 2 NRespostas: a) da ordem de 20 cmb) aproximadamente 8,1 m/sc) 8,0 . 10 – 2NUma usina que utiliza a energia das ondas do mar paragerar eletricidade opera experimentalmente na Ilha dosPicos, nos Açores. Ela tem capacidade para suprir oconsumo de até 1000 pessoas e o projeto vem sendoacompanhado por cientistas brasileiros.A usina é formada por uma caixa fechada na partesuperior e parcialmente preenchida com a água domar, que entra e sai por uma passagem (vide figura),mantendo aprisionada uma certa quantidade de ar.Quando o nível da água sobe dentro da caixa devido àsondas, o ar é comprimido, acionando uma turbina gera-dora de eletricidade. A área da superfície horizontal dacaixa é igual a 50 m2.5Fresistência = Fmotriz = 8,0 . 10– 2 NVpardal ≅ 8,1 m/sP–––AUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  6. 6. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOa) Inicialmente, o nível da água está a 10 m do teto ea pressão do ar na caixa é igual à pressão atmosfé-rica (105 Pa). Com a saída para a turbina fechada,qual será a pressão final do ar se o nível da águasubir 2,0m? Considere que no processo a tempera-tura do ar permanece constante.b) Esboce a curva que representa o processo do itema em um diagrama de pressão em função do volu-me do ar.c) Estime o trabalho (em joules) realizado pelas ondassobre o ar da caixa.Resoluçãoa) O cálculo da pressão final do ar, considerado comogás perfeito, é realizado usando-se a relação deBoyle-Mariotte:p1V1 = p2V2Assim:105 . 50 . 10 = p2 . 50 . (10 – 2,0)b) A variação da pressão do ar ocorre na razão inversada variação do volume (Lei de Boyle-Mariotte):pV = K (K = constante)Assim, o diagrama p x V apresenta uma curva naforma de hipérbole eqüilátera:c) Num diagrama pressão x volume de um gás per-feito, a “área” calculada abaixo do gráfico repre-senta o valor numérico do trabalho trocado entreesse gás e o meio externo.Assim:p2 = 1,25 . 10 5PaUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  7. 7. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOA figura indicada pode ser assimilada a um trapézio.Assim:τAB ≅ (J)τAB ≅ (J)Respostas: a) 1,25 . 105Pab) hipérbole eqüiláterac) 1,1 .107JObservação:A rigor, o trabalho deveria ser calculado por uma inte-gração, como se mostra a seguir, que não faz parte doprograma do Ensino Médio.τAB= ͐ABp dVpV = k ⇒ p = ⇒ τAB= ͐ABk = k ͐ABτAB= k (ln VB – ln VA)|τAB| = k (ln VA – ln VB)em que k = pA VA = 1 . 105 . 500 = 5 . 107Jln VA = ln 500 = 6,21ln VB = ln 400 = 5,99|τAB| = 5 . 107 . (6,21 – 5,99) (J)Questão anuladaAlgumas técnicas usadas para determinar a absorçãoóptica de um gás baseiam-se no fato de que a energialuminosa absorvida é transformada em energia tér-mica, elevando assim a temperatura do gás que estásendo investigado.6|τAB| = 1,1 . 107 JdV–––VdV–––Vk––VτAB ≅ 1,1 . 107J2,25 . 105 . 100––––––––––––––2(1,25 . 105 + 1 . 105) . (500 – 400)–––––––––––––––––––––––––––––––2UUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  8. 8. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOa) Calcule a energia absorvida pelo gás na passagemde um pulso do feixe de luz laser que dura 2 x 10–3s.b) Sendo a capacidade térmica do gás igual a2,5 x 10–2 J/K, qual é a elevação de temperatura domesmo gás, causada pela absorção do pulso lumi-noso?c) Calcule o aumento de pressão produzido no gásdevido à passagem de um pulso. Se esse pulso érepetido a uma freqüência de 100 Hz, em que regiãodo gráfico abaixo, que representa os níveis sonorosda audição humana em função da freqüência, situa-se o experimento?A coordenação executiva do Vestibular da Unicampresolveu anular a questão de número 6 (seis) da provade Física, realizada hoje, 14 de janeiro de 2003. Porerro de editoração, foi omitido o parágrafo: "Um feixede luz laser atravessa uma câmara fechada contendoum gás a pressão atmosférica (105 Pa) e temperaturaambiente (300K). A câmara tem volume constante e apotência do laser é 5 x 10–2 W, sendo que 1% da ener-gia incidente é absorvida ao atravessar o gás", o queinviabilizou a resolução da questão.Fonte: Comissão Permanente para os Vestibulares da UnicampCom os dados apresentados, a resolução da ques-tão passa a ser a seguinte:a) Sendo ∆E a energia absorvida pelo gás no intervalode tempo ∆t = 2 . 10–3s e Potútil a potência aprovei-tada pelo gás, temos:∆E = Potútil ∆t ⇒ ∆E = 0,01 . 5 . 10–2 . 2 . 10–3 (J)b) A energia ∆E absorvida pelo gás é transformada emcalor.Q = ∆E ⇒ C ∆T = ∆E2,5 . 10–2 ∆T = 1,0 . 10 –6 ⇒c) Sendo o aquecimento isomé-∆T = 4,0 . 10–5K∆E = 1,0 . 10–6JUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  9. 9. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOtrico, vem:p1 V = n R T1∆p V = n R ∆ T==∆p = . 10–2 PaComo o pulsos têm freqüência de 100Hz, o som cor-respondente terá freqüência de 100Hz. Com os valo-res obtidos, a análise do gráfico mostra que o experi-mento se situa na região da música.Respostas: a) 1,0 . 10–6Jb) 4,0 . 10–5Kc) 1,3 . 10–2 Pa e região da músicaUma moeda encontra-se exatamente no centro dofundo de uma caneca. Despreze a espessura da moe-da. Considere a altura da caneca igual a 4 diâmetros damoeda, dM, e o diâmetro da caneca igual a 3 dM.a) Um observador está a uma distância de 9 dM daborda da caneca. Em que altura mínima, acima dotopo da caneca, o olho do observador deve estarpara ver a moeda toda?b) Com a caneca cheia de água, qual a nova altura míni-ma do olho do observador para continuar a enxergara moeda toda?nágua = 1,3.Resoluçãoa) No esquema, fora de escala, a seguir, o olho do ob-servador está posicionado na posição de altura mí-nima, de modo a contemplar a moeda inteira.7∆p ≅ 1,3 . 10–2 Pa4,0––––34,0 . 10–5–––––––––300∆p––––105∆T–––T1∆p–––p1UUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  10. 10. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOLevando-se em conta que os dois triângulos retân-gulos destacados são semelhantes, calcula-se a al-tura H pedida.=b) Neste caso, a luz proveniente da extremidade direi-ta da moeda desvia-se ao refratar-se da água para oar, como representa a figura a seguir, também forade escala. Isso permitirá ao observador posicionarseu globo ocular a uma altura H’ menor que H.H = 36dM9dM–––––dMH–––––4dMUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  11. 11. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOO(I) Teorema de Pitágoras:x2 = (4dM)2 + (dM)2(II)Lei de Snell:nar sen r = nágua sen i1 . sen r = 1,3Donde:(III) sen2 r + cos2 r = 1 ⇒ (0,32)2 + cos2 r = 1cos2 r = 0,9 ⇒(IV) tg r = ቢPorém: tg r = ባComparando-se ቢ e ባ, vem:= ⇒ =Respostas: a) 36dM ;b) aproximadamente 27dM .Para a afinação de um piano usa-se um diapasão comfreqüência fundamental igual a 440 Hz, que é a fre-qüência da nota Lá. A curva contínua do gráfico repre-senta a onda sonora de 440 Hz do diapasão.a) A nota Lá de um certo piano está desafinada e o seuharmônico fundamental está representado na curvatracejada do gráfico. Obtenha a freqüência da notaLá desafinada.b) O comprimento dessa corda do piano é igual a 1,0m e a sua densidade linear é igual a 5,0 x 10–2 g/cm.Calcule o aumento de tensão na corda necessáriopara que a nota Lá seja afinada.8H’ ≅ 27dM9dM–––––H’0,32–––––0,959dM–––––H’sen r–––––cos r9dM–––––H’sen r–––––cos rcos r ≅ 0,95sen r ≅ 0,32dM–––––––––͙ෆෆ17 dMx = ͙ෆෆ17 dMUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  12. 12. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOResoluçãoa) Podemos observar na curva tracejada que doisciclos da onda proveniente do piano desafinado cor-respondem a um intervalo de tempo∆t = (6 – 1)10 –3s = 5 . 10 –3s2T = ∆tLembrando que a freqüência (f) é o inverso do perío-do (T), vem:2 = ∆tf = ⇒ f = (s–1)Donde:b) A freqüência fundamental emitida por uma cordasonora de comprimento L, densidade linear ρ,tracionada por uma força de intensidade F, é dadapor:(equação deLagrange-Helmholtz)• Corda afinada em 440Hz:440 = ⇒• Corda desafinada (f = 400 Hz):400 = ⇒O aumento da força de tração (∆F) na corda fica,então, determinado por:∆F = F – F’ ⇒ ∆F = (3872 – 3200)N∆F = 672 NF’ = 3200 NF’––––––––––5,0 . 10– 31–––––––2 . 1,0F = 3872 NF––––––––––5,0 . 10– 31–––––––2 . 1,0––––1 Ff = –––– –––2L ͙ ρf = 400Hz2––––––––––5 . 10 – 32–––∆t1––fUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  13. 13. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOORespostas: a) 400 Hzb) 672 NA variação de uma resistência elétrica com a tem-peratura pode ser utilizada para medir a temperaturade um corpo. Considere uma resistência R que variacom a temperatura T de acordo com a expressãoR = R0 (1 + αT)onde R0 =100 Ω , α = 4 x 10–3 °C–1 e T é dada em grausCelsius. Esta resistência está em equilíbrio térmicocom o corpo, cuja temperatura T deseja-se conhecer.Para medir o valor de R, ajusta-se a resistência R2, indi-cada no circuito abaixo, até que a corrente medida peloamperímetro no trecho AB seja nula.a) Qual a temperatura T do corpo quando a resistênciaR2 for igual a 108 Ω?b) A corrente através da resistência R é igual a5,0 x 10–3 A. Qual a diferença de potencial entre ospontos C e D indicados na figura?Resoluçãoa) Trata-se de uma ponte de Wheatstone em equilí-brio. Nestas condições, os produtos das resistên-cias opostas são iguais:R1 . R2 = R1 . RR = R2R = 108ΩDe R = R0(1 + α . T), sendo R = 108Ω, R0 = 100Ω eα = 4 . 10 – 3 °C –1, vem:108 = 100(1 + 4 . 10 – 3T)1,08 = 1 + 4 . 10 – 3 . TT = (°C)T = 20°C0,08–––––––––4 . 10 – 39UUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  14. 14. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOb) Adotando-se o sentido da corrente indicado na figu-ra, tem-se:UCD = (R + R2 ) . iUCD = (108 + 108) . 5,0 . 10 – 3 (V)Respostas: a) 20°Cb) 1,08VA fumaça liberada no fogão durante a preparação dealimentos apresenta gotículas de óleo com diâmetrosentre 0,05 µm e 1µm. Uma das técnicas possíveis parareter estas gotículas de óleo é utilizar uma coifa ele-trostática, cujo funcionamento é apresentado noesquema abaixo: a fumaça é aspirada por uma ventoi-nha, forçando sua passagem através de um estágio deionização, onde as gotículas de óleo adquirem cargaelétrica. Estas gotículas carregadas são conduzidaspara um conjunto de coletores formados por placasparalelas, com um campo elétrico entre elas, e precipi-tam-se nos coletores.a) Qual a massa das maiores gotículas de óleo? Consi-dere a gota esférica, a densidade do óleoρóleo = 9,0 x 102 kg/m3 e π =3.b) Quanto tempo a gotícula leva para atravessar o cole-tor? Considere a velocidade do ar arrastado pelaventoinha como sendo 0,6 m/s e o comprimento do10UCD = 1,08VUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  15. 15. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOcoletor igual a 0,30 m.c) Uma das gotículas de maior diâmetro tem umacarga de 8 x 10–19 C (equivalente à carga de apenas5 elétrons!). Essa gotícula fica retida no coletor parao caso ilustrado na figura? A diferença de potencialentre as placas é de 50 V, e a distância entre as pla-cas do coletor é de 1 cm. Despreze os efeitos doatrito e da gravidade.Resoluçãoa) De ρ = , vem: m = ρ . V = ρ . . π . R3As maiores gotículas possuem raiosR = 0,5 µm = 0,5 . 10–6m. Assim, temos:m = 9,0 . 102 . . 3. (0,5 . 10–6)3 (kg)b) O movimento da gotícula, na direção perpendicularao campo elétrico, é uniforme. Portanto:v = ⇒ 0,6 = ⇒c) Na direção do campo elétrico, o movimento éuniformemente variado, de aceleraçãoa = =a =( )⇒De s = . a . t2, com s = , podemos calcularo intervalo de tempo que a partícula demora paraatingir a placa:= . . t2 ⇒ t2 = 9 . 10–2–––––––8080–––91–––210–2–––––2d–––21–––280 ma = ––– (–––)9 s2m–––s28 . 10–19 . 50–––––––––––––––––4,5 . 10–16 . 10–2|q| . U––––––m . d|q| . E––––––m∆t = 0,5s0,3––––∆t∆s–––∆tm = 4,5 . 10–16kg4–––34–––3m–––VUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  16. 16. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOSendo t ≅ 0,034s < 0,5s (calculado no item b), con-cluímos que a partícula não atravessa o coletor, istoé, ela é retida no coletor.Respostas: a) 4,5 . 10–16kgb) 0,5sc) A gotícula é retida no coletor.Um LED (do inglês Light Emiting Diode) é um dis-positivo semicondutor para emitir luz. Sua potência de-pende da corrente elétrica que passa através dessedispositivo, controlada pela voltagem aplicada. Os grá-ficos abaixo representam as características operacio-nais de um LED com comprimento de onda na regiãodo infravermelho, usado em controles remotos.a) Qual é a potência elétrica do diodo, quando uma ten-são de 1,2 V é aplicada?b) Qual é a potência de saída (potência elétrica trans-formada em luz) para essa voltagem? Qual é a efi-ciência do dispositivo?c) Qual é a eficiência do dispositivo sob uma tensão de1,5 V ?Resoluçãoa) Para tensão V = 1,2 volt, determinamos, por meiodo gráfico, uma corrente elétrica de intensidadei = 10 . 10 – 3ADe P = V . i, vem: P = 1,2 . 10 . 10 – 3(W)P = 1,2 . 10 – 2(W)11t ≅ 0,034sUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  17. 17. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOb) Para V = 1,2 volt, temos i = 10 . 10 – 3A, e do gráfi-co a seguir, temos a potência elétrica transformadaem luz:ouA eficiência do dispositivo é dada por:η =η =η = 5 . 10 – 2 = 0,05c) Para V = 1,5 volt, temos i = 50 . 10–3A. Logo, apotência elétrica do diodo vale:P = V . i ⇒ P = 1,5 . 50 . 10 – 3(W)P = 75 . 10 – 3WPara i = 50 . 10 – 3A, a potência luminosa seráP’ = 1,8 . 10 – 3W.Logo, a eficiência passa a ser:η = =η = 0,024 ouRespostas: a) 1,2 . 10 – 2 Wb) 6 . 10 – 4 W e 5%c) 2,4%Os átomos de carbono têm a propriedade de se ligaremformando materiais muito distintos entre si, como o dia-mante, o grafite e os diversos polímeros. Há alguns anosfoi descoberto um novo arranjo para esses átomos: osnanotubos, cujas paredes são malhas de átomos de car-bono. O diâmetro desses tubos é de apenas alguns nano-metros (1 nm = 10–9 m). No ano passado, foi possívelmontar um sistema no qual um “nanotubo de carbono”fechado nas pontas oscila no interior de um outro nano-tubo de diâmetro maior e aberto nas extremidades, con-forme ilustração abaixo. As interações entre os doistubos dão origem a uma força restauradora representadano gráfico. 1 nN = 10–9 N.12η = 2,4%1,8 . 10 – 3–––––––––––75 . 10 – 3P’––––Pη = 5%6 . 10 – 4–––––––––––1,2 . 10 – 2P’–––PP’ = 6 . 10 – 4WP’ = 0,6 . 10 – 3WUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333
  18. 18. OOOOBBBBJJJJEEEETTTTIIIIVVVVOOOOa) Encontre, por meio do gráfico, a constante de moladesse oscilador.b) O tubo oscilante é constituído de 90 átomos de car-bono. Qual é a velocidade máxima desse tubo,sabendo-se que um átomo de carbono equivale auma massa de 2 x 10–26 kg?Resoluçãoa) Do ponto C do gráfico, temos: F = – 1,5nN ex = 30nmDe F = – K . x, vem:– 1,5 = – K . 30Donde:b) A massa do tubo oscilante, constituído de 90 áto-mos de carbono, será dada por:m = 90 . 2 . 10–26 kgm = 180 . 10–26 kgPela conservação da energia mecânica, temos:EmecA= EmecC=Sendo a = 30nm = 30 . 10 – 9m a amplitude do MHS,vem:=Respostas: a) 5,0 . 10–2 N/mb) 5,0 . 103 m/sv = 5,0 . 103 m/s5. 10 – 2 . (30 . 10–9)2–––––––––––––––––––2180 . 10 – 26 . V2máx–––––––––––––––––––2K . a2––––––––2m . V2máx––––––––––2NK = 5,0 . 10 –2 –––mUUUU NNNN IIII CCCC AAAA MMMM PPPP (((( 2222 ªªªª FFFF aaaa ssss eeee )))) –––– JJJJ aaaa nnnn eeee iiii rrrr oooo //// 2222 0000 0000 3333

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