Lista de Exercicios Resolvidos sobre Ondas e Ultrassom em Concreto

1 Estruturas de concreto armado podem ser inspecionadas por meio de métodos não destrutivos baseados em ondas ultrassônicas Tais métodos permitem verificar a homogeneidade do concreto e detectar a presença de eventuais falhas internas a profundidade de fissuras e outras alterações que podem surgir ao longo do tempo devido à interação com o ambiente De modo geral essas análises têm como base a medição da velocidade de propagação do pulso ultrassônico através dessas estruturas no sentido de que as alterações no tempo de propagação indicam a presença de imperfeições no material analisado Acompanhe a situação a seguir Com base nessas informações determine em quais placas devem ser realizados reparos explicando como chegou a essa decisão 2 As ondas mecânicas são classificadas de acordo com sua direção de propagação em longitudinais transversais ou mistas Quando as partículas do meio material se movem em direção paralela à direção da fonte que gerou a onda temse que tipo de onda A Longitudinal B Transversal C Mecânica D Eletromagnética E Superficial 3 Ondas periódicas são geradas por fontes que se repetem em intervalos regulares de tempo No estudo dos fenômenos ondulatórios é importante saber identificar as grandezas físicas que caracterizam a onda a partir de sua representação gráfica A figura abaixo apresenta o perfil de uma onda periódica que se propaga na superfície de um lago Com base nesse perfil determine I a quantidade de ciclos II a amplitude III o comprimento de onda A I 2 II 003 m III 003 m B I 1 II 001 m III 003 m C I 2 II 001 m III 003 m D I 2 II 002 III 003 E I 2 II 003 m III 0015 m 4 No estudo das ondas é importante saber como a interação com o meio de propagação e com objetos pode alterar as características da onda Considere uma onda com separação entre cristas de 10 m movendose a 125 ms e que atinge uma embarcação ancorada em um píer que se encontra a 100 m de distância da fonte geradora da onda Qual a frequência dessa onda Com qual frequência a embarcação será atingida se tiver se deslocado 200 m em relação a sua posição inicial A 08 Hz e 016 Hz B 125 Hz e 0625 Hz C 08 Hz e 0125 Hz D 125 Hz e 125 Hz E 08 Hz e 08 Hz 5 A palavra senoidal é utilizada para ondas periódicas que podem ser descritas por uma função seno ou cosseno Essas ondas são a base de diversos fenômenos e por isso é importante conhecer as grandezas físicas que as caracterizam e como elas se relacionam Considere uma onda senoidal com amplitude de 10 cm e frequência de 200 Hz que se propaga na direção positiva do eixo x com velocidade de 400 ms No instante t 0 o ponto x 10 m corresponde a uma crista dessa onda A partir dessas informações determine os valores de amplitude velocidade comprimento de onda número de onda frequência e período dessa onda A A 10cm V 400ms f 200Hz λ20m k 10radm T 002 s B A 20cm V 400ms f 200Hz λ20m k 10radm T 002 s C A 20cm V 400ms f 200Hz λ20m k 10radm T 004 s D A 20cm V 200ms f 400Hz λ20m k 20radm T 004 s E A 20cm V 200ms f 200Hz λ20m k 10radm T 004 s 6 Algumas vezes ondas se encontram e formam uma onda resultante que é a soma algébrica das ondas iniciais Essa interferência entre ondas que se encontram provoca alterações nas características físicas e na propagação da onda Considere que uma corda longa está sendo esticada nas extremidades por duas pessoas A pessoa A oscila a corda produzindo uma onda que se move na direção positiva do eixo x descrita pela função de onda y1 x t Asenkx ωt e a pessoa B também oscila a corda produzindo uma onda que tem o dobro da frequência e se move na direção negativa do eixo x As duas ondas se unem e formam uma onda resultante descrita por y1 x t y2 x t Encontre a velocidade da onda resultante utilizando a equação de onda 7 Atualmente o desenvolvimento de softwares que permitem fazer previsões de determinado fenômeno físico antes de testálo em laboratório tem sido amplo Essa é uma estratégia que permite economia de tempo de trabalho e de material e que gera consequentemente redução de gastos permitindo melhor gerenciamento de recursos financeiros A empresa em que você trabalha foi contratada para construir um software que prevê o movimento de sistemas massamola oscilatórios que oscilarão em uma situação ideal livre de atrito Você foi designado para determinar quais parâmetros devem ser utilizados nesse software para que seja possível determinar a massa que o sistema desejado deve ter para que ele oscile dentro das especificações desejadas O cliente informou que o sistema criado deve oscilar com frequência de 100Hz e amplitude de no máximo 200m Com base no exposto qual grandeza física o programa criado precisa simular para que se chegue à solução solicitada pelo cliente 8 No movimento harmônico simples são definidas algumas grandezas físicas como amplitude frequência e período que caracterizam as oscilações A grandeza que descreve o deslocamento máximo do objeto a partir da sua posição de equilíbrio é chamada de A frequência B período C amplitude D constante de fase E frequência angular 9 No estudo do MHS é importante reconhecer e entender as equações que descrevem o movimento Considere um corpo que apresenta oscilação em função do tempo descrita pela equação xt 700cos2πt 075 Determine a velocidade e a aceleração desse corpo como função do tempo e os valores da posição da velocidade e da aceleração para o tempo t0 A vt200πsen2πt125π at800π2 sen2πt125π Quandot0 x0200cos2π0125π140m vt200πsen2π0125π 445ms a0200π2 sen2π0125π560ms2 B vt200πsen2πt125π at 200π2 sen2πt 125π Quandot0 x0200cos2π0125π140m vt200πsen2π0125π445ms a0 200π2 sen2π0 125π 140ms2 C vt400πsen2πt125π at 800π2 sen2πt 125π Quandot0 x0200cos2π0125π140m vt400πsen2π0125π889ms a0800π2 sen2π0125π560ms2 D vt400πsen2πt125π at 800π2 sen2πt 125π Quandot0 x0200cos2π0125π140m vt400πsen2π0125π889ms a0400π2 sen2π0125π230ms2 E vt400πsen2πt125π at 400π2 sen2πt 125π Quandot0 x0200cos2π0125π140m vt400πsen2π0125π889ms a0 400π2 sen2π0125π 560ms2 10 No MHS a amplitude a frequência e o período do movimento são grandezas que permitem diferenciar as características dos entes em movimento É importante saber determinar essas grandezas tanto a partir da representação gráfica quanto da equação do movimento Para um MHS determinado pela equação t 700mcos192t rads 190 rad quais grandezas físicas podem ser determinadas a partir dessa equação A 700m 192rad e 192rads B 192rads 192rad e 700m C 700m 190rad e 192rads D 192rads 192rad e 700m E 700m 192rads e 190rad 11 A análise gráfica é de extrema importância em qualquer área do conhecimento Por exemplo a partir dos gráficos que descrevem as funções de objetos realizando um MHS é possível obter informações a respeito da magnitude das grandezas físicas envolvidas no movimento em questão Assim utilize o gráfico representado na figura para determinar a constante de fase do MHS realizado por um objeto que se movimenta na direção x A φ π 3 B φ π C φ π D φ 3π E φ 3π 12 Tão importante quanto a leitura do gráfico é saber usar sua equação e as grandezas físicas que o descrevem para construílo Considere um objeto que realiza um movimento harmônico com amplitude de 20cm frequência de 20Hz e constante de fase de 2π3 A partir desses valores construa um gráfico da posição em função do tempo entre os tempos 0 e 1s A B Xcm 100 05 10 100 ts C Xcm 100 05 10 100 ts D Xcm 200 05 10 200 ts E Xcm 100 05 15 100 ts 13 Ao instalar uma rede sem fio de Internet em casa alguns cômodos podem ficar sem sinal devido ao bloqueio feito pelas paredes de alvenaria Como solução para o problema podemse espalhar repetidores de sinais pela residência a fim de ampliar o sinal Outra forma seria utilizar um novo roteador de sinais e gerar a mesma onda eletromagnética para garantir a cobertura em toda a casa Suponha que uma Internet sem fio padrão seja composta de ondas de 24GHz de frequência e amplitude unitária em escala de nm Dessa forma responda a Caso um roteador seja posto em seguida para tentar replicar esse sinal com uma onda de 24GHz amplitude de 1nm com defasagem de 45º o que acontecerá com a onda b Quais deveriam ser as defasagens adequadas para ampliar e suprimir ao máximo esse sinal 13 Uma orquestra sinfônica é composta por vários músicos que tocam diversos instrumentos A composição de todos os sons gera uma obra de arte apreciada como música clássica Dois violinistas estão tocando nessa orquestra porém um deles começou com um atraso de fase de 30º Nesse caso qual será a amplitude máxima aproximada da superposição entre as duas ondas produzidas por eles sabendo que ambos tocam a uma amplitude de 2mm A 248 B 391 C 2 D 4 E 386 14 Navios de guerra do tipo contratorpedeiro conhecidos como navios destroyer têm capacidade de atingir alvos a longas distâncias com mais de um projétil por vez O barulho desses canhões atirando é ensurdecedor Imagine um barco de pesca que está na rota de tiro desses navios porém não é o alvo sendo que as balas passam sobre ele Assim qual deve ser a diferença de fases aproximada de dois tiros para que o barco perceba uma onda combinada de amplitude 5cm considerando que cada tiro proporciona uma amplitude de 35cm A 7524º B 4398º C 2121º D 8883º E 6498º 15 Bloqueadores de sinais são instalados ao redor de presídios de segurança máxima para coibir a comunicação entre os detentos e o mundo externo Considerando que a onda de um celular tem frequência de 24GHz amplitude de 15mm e ângulo de fase igual a 60º qual deve ser a característica do bloqueador para que não haja comunicação A Fequência pela metade mesma amplitude e ângulo de fase B Frequência em dobro mesma amplitude e ângulo de fase C Mesma frequência amplitude e ângulo de fase de 120º D Mesma frequência amplitude e ângulo de fase de 30º E Mesma frequência dobro da amplitude e mesmo ângulo de fase 16 Um osciloscópio é um instrumento de medição de grandezas elétricas que pode avaliar formas de ondas estatística e outras funçõesUm osciloscópio congelou sua tela em uma onda estacionária conforme a figura a seguir Como a onda continua a passar qual o tempo em que ela irá atingir a amplitude positiva A 47ks B 30ks C 55ks D 21ks E 35k s 17 Um monitor de frequência cardíaca utilizado em leitos de UTI apresenta em seu monitor o estado estacionário dos pulsos que o coração faz para o batimento cardíaco Considerando que esses pulsos possam se parecer com uma corda de valor k igual 180º e x de 16m qual a velocidade máxima aproximada para um coração que bate a uma taxa de 120bpm e amplitude de 3mm A 0377ms B 1236ms C 2411ms D 0124ms E 4901ms 18 A Primeira Lei da Termodinâmica relaciona as trocas de energia em um processo indicando o comportamento da substância de trabalho ao receber ou perder energia Essas trocas são feitas por transferência de calor ou realização de trabalho e a resposta no comportamento da substância é se a energia interna irá ou não variar Essa lei é utilizada na análise de processos termodinâmicos em geral incluindo ciclos de máquinas térmicas CICLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS As máquinas térmicas fazem parte da vida humana desde a geladeira o arcondicionado até a usina termelétrica a gás ou nuclear e o motor do carro Na figura 1 a vêse o ciclo do diesel e na figura 1 b o ciclo do refrigerador Figura 1 a Figura 1 b Em um ciclo termodinâmico a substância de trabalho sai de um estado inicial e passa por alguns processos com trocas de calor e realizações de trabalho até retornar ao estado inicial novamente Observe o ciclo de uma máquina térmica hipotética descrito na Figura 2 a Q 0 W 0 b W 0 W 0 d Q 0 c W 0 Etapa 1 a b Expansão isotérmica A máquina recebe calor Q e realiza trabalho W na mesma proporção Etapa 2 b c Expansão adiabática A máquina somente realiza trabalho W Etapa 3 c d Compressão isotérmica Perde calor Q e trabalho W é realizado sobre a máquina na mesma proporção Etapa 4 d a Compressão adiabática Apenas é realizado trabalho W sobre a máquina Você é engenheiro mecânico e precisa fazer a análise do projeto da máquina térmica descrita pelo diagrama da Figura 2 Uma das análises necessárias nesse projeto é em relação ao comportamento da energia interna da substância de trabalho utilizada Com base na Primeira Lei da Termodinâmica dada por Eint Q W descreva o comportamento da energia interna em cada etapa e o comportamento da energia interna considerando o ciclo completo Lembrese em um processo isotérmico a temperatura se mantém constante 19 A Primeira Lei da Termodinâmica foi fundamental quando finalmente o conceito de calor foi estabelecido de forma precisa e concreta por James Prescott Joule Assim o calor deixou de ser uma substância hipotética chamada calórico e passou a ser energia em trânsito Qual das alternativas a seguir tem a opção correta do sentido da transferência de calor e o sinal algébrico quando o sistema recebe calor A O calor vai do corpo com menos energia para o corpo com mais energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é positivo B O calor só é transferido quando o sistema está em equilíbrio térmico Quando o sistema recebe calor seu sinal é positivo C O calor vai do corpo com mais energia para o corpo com menos energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é negativo D O calor vai do corpo com mais energia para o corpo com menos energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é positivo E O calor vai do corpo com menos energia para o corpo com mais energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é negativo 20 O motor de um carro é uma máquina térmica cíclica e a primeira parte do ciclo termodinâmico de um motor a combustão passa por alguns processos de expansão Em um processo termodinâmico hipotético de expansão um gás passa pelo processo descrito no diagrama pV da figura A W 120kJ B W 183J C W 165kJ D W 189kJ E W 105J 21 A panela de pressão utilizada para cozinhar os alimentos realiza um processo termodinâmico que aumenta a pressão no seu interior conforme recebe calor da chama do fogão Analise o processo realizado por uma panela de pressão que comporta 4 litros de vapor de água e opera a uma pressão de 02MPa Qual das opções a seguir descreve o processo termodinâmico realizado nessa panela e qual a quantidade de calor necessária para aumentar a energia interna desse vapor em 25kJ A Processo isobárico Q 27kJ B Processo isocórico Q 25KJ C Processo adiabático Q 40kJ D Processo isocórico Q 23KJ E Processo isobárico Q 51kJ 22 Em uma usina termelétrica em uma parte do ciclo ocorre um processo de expansão em que a substância de trabalho recebe calor de uma caldeira e gira uma turbina para gerar energia elétrica Em um processo de expansão como esse a pressão da substância varia de acordo com a equação a seguir p5V3 Nessa caldeira a substância recebe 3kJ de calor e seu volume triplica Encontre a variação da energia interna dessa expansão hipotética se o volume inicial é de 5m³ A ΔEint 532kJ B ΔEint 293kJ C ΔEint 332kJ D ΔEint 247kJ E ΔEint 247kJ 23 A eficiência de um processo termodinâmico está diretamente ligada ao conhecimento dos efeitos desse processo na substância de trabalho Assim como Joule fez no século XIX cada etapa deve ser cuidadosamente analisada Além de conhecer os efeitos é preciso controlar os processos conhecendo suas características Qual das opções a seguir apresenta somente processos termodinâmicos que não realizam trocas de calor A Isotérmico e isobárico B Adiabático e isotérmico C Isocórico e expansão livre D Expansão livre e isotérmico E Adiabático e expansão livre 24 Uma forma rápida de resfriamento que se conhece é colocar o objeto quente em contato com um objeto frio Talvez você use a Segunda Lei da Termodinâmica de forma tão natural que não perceba O enunciado de Clausius diz que é impossível realizar um processo cujo único efeito seja transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente É com base nesse enunciado que você coloca a panela quente na pia sob a torneira pois assim você transfere a energia térmica da panela para a água ou coloca uma compressa de água fria na testa para ajudar a baixar a febre É por conta da natureza irreversível da transferência de calor que você dorme com um edredom bem grosso nas noites frias de inverno pois assim ele evita que você ceda energia para o ambiente que está com temperatura muito menor que a do seu corpo Outra aplicação desse enunciado é no tratamento térmico feito em peças fundidas chamado têmpera superficial Ele é utilizado para endurecer a superfície da peça com o objetivo de aumentar a resistência à abrasão e à fadiga Esse tratamento é feito com o aquecimento superficial e o subsequente resfriamento rápido Pense em uma solução para o resfriamento rápido e calcule variação de entropia que ocorre no aquecimento das esferas se elas forem aquecidas de 300K até 500K 25 O enunciado de KelvinPlanck da Segunda Lei da Termodinâmica diz que É impossível para qualquer sistema passar por um processo no qual absorve calor de um reservatório a uma dada temperatura e converte o calor completamente em trabalho mecânico de modo que o sistema termine em um estado idêntico ao inicial O que se pode concluir sobre a eficiência de máquinas térmicas a partir desse enunciado A ε 100 B ε 100 C ε 0 D ε 100 E ε 0 26 Da energia elétrica gerada no Brasil no ano de 2020 aproximadamente 25 é oriunda de usinas térmicas Desse total 10 utilizam óleo diesel como combustível Se uma usina como essa que trabalha com a turbina a vapor em uma temperatura de aproximadamente 565C e cujo sistema de resfriamento tem temperatura por volta de 30C utilizasse um ciclo de Carnot para operar qual seria sua eficiência A 33 B 94 C 25 D 36 E 10 27 Um refrigerador é uma máquina térmica que está presente em nosso cotidiano e nos traz um pouco de conforto em um dia de calor pois podemos fazer um pouco de gelo para deixar nosso suco refrescante Considere sua geladeira como um refrigerador de Carnot A temperatura ambiente é de 30C e a temperatura dentro do refrigerador é de 5C Calcule quanta energia será gasta no processo de congelamento de 1kg de água que está a 0C Dados calor latente de fusão da água Lf 334kJkg A 503kJ B 344kJ C 449kJ D 268kJ E 303kJ 28 Turbinas a gás têm diversas aplicações como motores de aeronaves e geração de energia elétrica Uma turbina a gás que opera com o ciclo Carnot tem sua fonte quente a uma temperatura de 400C sua fonte fria a uma temperatura de 100C e potência produzida de 2MW em um ciclo de 05s Calcule a variação de entropia devido à energia recebida em um ciclo dessa turbina e devido à energia rejeitada em um ciclo A ΔSQ 25JK ΔSF 25JK B ΔSQ 333JK ΔSF 333JK C ΔSQ 25JK ΔSF 333JK D ΔSQ 333JK ΔSF 25JK E ΔSQ 333JK ΔSF 333JK 29 A transferência de calor é um processo irreversível que aponta no sentido do aumento de entropia Quando dois corpos em temperaturas diferentes são colocados em contato o corpo com maior energia transfere calor para o corpo com menor energia como diz o enunciado de Clausius É impossível realizar um processo cujo único efeito seja transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente Com base nesse conceito imagine dois cilindros de cobre isolados isotermicamente como na figura A barreira entre eles é removida e a transferência de calor acontece até que eles cheguem ao equilíbrio térmico Calcule a variação do sistema durante esse processo de transferência de calor sabendo que o calor específico do cobre é de 386Jkg K A 1122JK B 24JK C 531JK D 103JK E 86JK 30 Fazer um resumo sobre a primeira e segunda lei da termodinâmica mínimo de 15 linhas Anexei alguns conteúdos para ajudar nessa questão 1 Estruturas de concreto armado podem ser inspecionadas por meio de métodos não destrutivos baseados em ondas ultrassônicas Tais métodos permitem verificar a homogeneidade do concreto e detectar a presença de eventuais falhas internas a profundidade de fissuras e outras alterações que podem surgir ao longo do tempo devido à interação com o ambiente De modo geral essas análises têm como base a medição da velocidade de propagação do pulso ultrassônico através dessas estruturas no sentido de que as alterações no tempo de propagação indicam a presença de imperfeições no material analisado Acompanhe a situação a seguir Com base nessas informações determine em quais placas devem ser realizados reparos explicando como chegou a essa decisão Utilizandose a fórmula é possível obter as velocidades sendo que d 060 m 𝑣 𝑑 𝑡 para todas as colunas Coluna v ms Deve realizar reparo 1 300 Sim 2 250 Sim 3 231 Sim 4 428 Não 5 428 Não 6 171 Sim 7 176 Sim 8 200 Sim 9 428 Não 10 428 Não Devese portanto realizar reparos nas colunas 1 2 3 6 7 e 8 2 As ondas mecânicas são classificadas de acordo com sua direção de propagação em longitudinais transversais ou mistas Quando as partículas do meio material se movem em direção paralela à direção da fonte que gerou a onda temse que tipo de onda A Longitudinal B Transversal C Mecânica D Eletromagnética E Superficial 3 Ondas periódicas são geradas por fontes que se repetem em intervalos regulares de tempo No estudo dos fenômenos ondulatórios é importante saber identificar as grandezas físicas que caracterizam a onda a partir de sua representação gráfica A figura abaixo apresenta o perfil de uma onda periódica que se propaga na superfície de um lago Com base nesse perfil determine I a quantidade de ciclos II a amplitude III o comprimento de onda A I 2 II 003 m III 003 m B I 1 II 001 m III 003 m C I 2 II 001 m III 003 m D I 2 II 002 III 003 E I 2 II 003 m III 0015 m 4 No estudo das ondas é importante saber como a interação com o meio de propagação e com objetos pode alterar as características da onda Considere uma onda com separação entre cristas de 10 m movendose a 125 ms e que atinge uma embarcação ancorada em um píer que se encontra a 100 m de distância da fonte geradora da onda Qual a frequência dessa onda Com qual frequência a embarcação será atingida se tiver se deslocado 200 m em relação a sua posição inicial A 08 Hz e 016 Hz B 125 Hz e 0625 Hz C 08 Hz e 0125 Hz D 125 Hz e 125 Hz E 08 Hz e 08 Hz 5 A palavra senoidal é utilizada para ondas periódicas que podem ser descritas por uma função seno ou cosseno Essas ondas são a base de diversos fenômenos e por isso é importante conhecer as grandezas físicas que as caracterizam e como elas se relacionam Considere uma onda senoidal com amplitude de 10 cm e frequência de 200 Hz que se propaga na direção positiva do eixo x com velocidade de 400 ms No instante t 0 o ponto x 10 m corresponde a uma crista dessa onda A partir dessas informações determine os valores de amplitude velocidade comprimento de onda número de onda frequência e período dessa onda A A 10cm V 400ms f 200Hz λ20m k 10radm T 002 s B A 20cm V 400ms f 200Hz λ20m k 10radm T 002 s C A 20cm V 400ms f 200Hz λ20m k 10radm T 004 s D A 20cm V 200ms f 400Hz λ20m k 20radm T 004 s E A 20cm V 200ms f 200Hz λ20m k 10radm T 004 s 6 Algumas vezes ondas se encontram e formam uma onda resultante que é a soma algébrica das ondas iniciais Essa interferência entre ondas que se encontram provoca alterações nas características físicas e na propagação da onda Considere que uma corda longa está sendo esticada nas extremidades por duas pessoas A pessoa A oscila a corda produzindo uma onda que se move na direção positiva do eixo x descrita pela função de onda y1 x t Asenkx ωt e a pessoa B também oscila a corda produzindo uma onda que tem o dobro da frequência e se move na direção negativa do eixo x As duas ondas se unem e formam uma onda resultante descrita por y1 x t y2 x t Encontre a velocidade da onda resultante utilizando a equação de onda Alternativa B 𝑣 𝑤 𝑘 7 Atualmente o desenvolvimento de softwares que permitem fazer previsões de determinado fenômeno físico antes de testálo em laboratório tem sido amplo Essa é uma estratégia que permite economia de tempo de trabalho e de material e que gera consequentemente redução de gastos permitindo melhor gerenciamento de recursos financeiros A empresa em que você trabalha foi contratada para construir um software que prevê o movimento de sistemas massamola oscilatórios que oscilarão em uma situação ideal livre de atrito Você foi designado para determinar quais parâmetros devem ser utilizados nesse software para que seja possível determinar a massa que o sistema desejado deve ter para que ele oscile dentro das especificações desejadas O cliente informou que o sistema criado deve oscilar com frequência de 100Hz e amplitude de no máximo 200m Com base no exposto qual grandeza física o programa criado precisa simular para que se chegue à solução solicitada pelo cliente Através da equação verificase que o programa deve simular a constante 𝑓 1 2π 𝑘 𝑚 elástica da mola k 8 No movimento harmônico simples são definidas algumas grandezas físicas como amplitude frequência e período que caracterizam as oscilações A grandeza que descreve o deslocamento máximo do objeto a partir da sua posição de equilíbrio é chamada de A frequência B período C amplitude D constante de fase E frequência angular 9 No estudo do MHS é importante reconhecer e entender as equações que descrevem o movimento Considere um corpo que apresenta oscilação em função do tempo descrita pela equação xt 700cos 2πt 075 Determine a velocidade e a aceleração desse corpo como função do tempo e os valores da posição da velocidade e da aceleração para o tempo t0 A vt200πsen 2πt125π at800π2 sen 2πt125π Quandot0 x0200cos 2π0125π140m vt200πsen2π0125π 445ms a0200π2 sen 2π0125π560ms2 B vt200πsen 2πt125π at 200π2 sen 2πt 125π Quandot0 x0200cos 2π0125π140m vt200πsen 2π0125π445ms a0 200π2 sen 2π0 125π 140ms2 C vt400πsen 2πt125π at 800π2 sen 2πt 125π Quandot0 x0200cos 2π0125π140m vt400πsen 2π0125π889ms a0800π2 sen 2π0125π560ms2 D vt400πsen 2πt125π at 800π2 sen 2πt 125π Quandot0 x0200cos 2π0125π140m vt400πsen 2π0125π889ms a0400π2 sen 2π0125π230ms2 E vt400πsen 2πt125π at 400π2 sen 2πt 125π Quandot0 x0200cos 2π0125π140m vt400πsen 2π0125π889ms a0 400π2 sen 2π0125π 560ms2 10 No MHS a amplitude a frequência e o período do movimento são grandezas que permitem diferenciar as características dos entes em movimento É importante saber determinar essas grandezas tanto a partir da representação gráfica quanto da equação do movimento Para um MHS determinado pela equação t 700mcos 192t rads 190 rad quais grandezas físicas podem ser determinadas a partir dessa equação A 700m 192rad e 192rads B 192rads 192rad e 700m C 700m 190rad e 192rads D 192rads 192rad e 700m E 700m 192rads e 190rad 11 A análise gráfica é de extrema importância em qualquer área do conhecimento Por exemplo a partir dos gráficos que descrevem as funções de objetos realizando um MHS é possível obter informações a respeito da magnitude das grandezas físicas envolvidas no movimento em questão Assim utilize o gráfico representado na figura para determinar a constante de fase do MHS realizado por um objeto que se movimenta na direção x A φ π 3 B φ π C φ π D φ 3π E φ 3π 12 Tão importante quanto a leitura do gráfico é saber usar sua equação e as grandezas físicas que o descrevem para construílo Considere um objeto que realiza um movimento harmônico com amplitude de 20cm frequência de 20Hz e constante de fase de 2π3 A partir desses valores construa um gráfico da posição em função do tempo entre os tempos 0 e 1s A B C D 13 Ao instalar uma rede sem fio de Internet em casa alguns cômodos podem ficar sem sinal devido ao bloqueio feito pelas paredes de alvenaria Como solução para o problema podemse espalhar repetidores de sinais pela residência a fim de ampliar o sinal Outra forma seria utilizar um novo roteador de sinais e gerar a mesma onda eletromagnética para garantir a cobertura em toda a casa Suponha que uma Internet sem fio padrão seja composta de ondas de 24GHz de frequência e amplitude unitária em escala de nm Dessa forma responda a Caso um roteador seja posto em seguida para tentar replicar esse sinal com uma onda de 24GHz amplitude de 1nm com defasagem de 45º o que acontecerá com a onda A onda irá se deslocar para a direita com isto b Quais deveriam ser as defasagens adequadas para ampliar e suprimir ao máximo esse sinal 0 e 2π 13 Uma orquestra sinfônica é composta por vários músicos que tocam diversos instrumentos A composição de todos os sons gera uma obra de arte apreciada como música clássica Dois violinistas estão tocando nessa orquestra porém um deles começou com um atraso de fase de 30º Nesse caso qual será a amplitude máxima aproximada da superposição entre as duas ondas produzidas por eles sabendo que ambos tocam a uma amplitude de 2mm A 248 B 391 C 2 D 4 E 386 14 Navios de guerra do tipo contratorpedeiro conhecidos como navios destroyer têm capacidade de atingir alvos a longas distâncias com mais de um projétil por vez O barulho desses canhões atirando é ensurdecedor Imagine um barco de pesca que está na rota de tiro desses navios porém não é o alvo sendo que as balas passam sobre ele Assim qual deve ser a diferença de fases aproximada de dois tiros para que o barco perceba uma onda combinada de amplitude 5cm considerando que cada tiro proporciona uma amplitude de 35cm A 7524º B 4398º C 2121º D 8883º E 6498º 15 Bloqueadores de sinais são instalados ao redor de presídios de segurança máxima para coibir a comunicação entre os detentos e o mundo externo Considerando que a onda de um celular tem frequência de 24GHz amplitude de 15mm e ângulo de fase igual a 60º qual deve ser a característica do bloqueador para que não haja comunicação A Fequência pela metade mesma amplitude e ângulo de fase B Frequência em dobro mesma amplitude e ângulo de fase C Mesma frequência amplitude e ângulo de fase de 120º D Mesma frequência amplitude e ângulo de fase de 30º E Mesma frequência dobro da amplitude e mesmo ângulo de fase 16 Um osciloscópio é um instrumento de medição de grandezas elétricas que pode avaliar formas de ondas estatística e outras funções Um osciloscópio congelou sua tela em uma onda estacionária conforme a figura a seguir Como a onda continua a passar qual o tempo em que ela irá atingir a amplitude positiva A 47ks B 30ks C 55ks D 21ks E 35k s 17 Um monitor de frequência cardíaca utilizado em leitos de UTI apresenta em seu monitor o estado estacionário dos pulsos que o coração faz para o batimento cardíaco Considerando que esses pulsos possam se parecer com uma corda de valor k igual 180º e x de 16m qual a velocidade máxima aproximada para um coração que bate a uma taxa de 120bpm e amplitude de 3mm A 0377ms B 1236ms C 2411ms D 0124ms E 4901ms 18 A Primeira Lei da Termodinâmica relaciona as trocas de energia em um processo indicando o comportamento da substância de trabalho ao receber ou perder energia Essas trocas são feitas por transferência de calor ou realização de trabalho e a resposta no comportamento da substância é se a energia interna irá ou não variar Essa lei é utilizada na análise de processos termodinâmicos em geral incluindo ciclos de máquinas térmicas CICLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS As máquinas térmicas fazem parte da vida humana desde a geladeira o arcondicionado até a usina termelétrica a gás ou nuclear e o motor do carro Na figura 1 a vêse o ciclo do diesel e na figura 1 b o ciclo do refrigerador Figura 1 a Figura 1 b Em um ciclo termodinâmico a substância de trabalho sai de um estado inicial e passa por alguns processos com trocas de calor e realizações de trabalho até retornar ao estado inicial novamente Observe o ciclo de uma máquina térmica hipotética descrito na Figura 2 Etapa 1 a b Expansão isotérmica A máquina recebe calor Q e realiza trabalho W na mesma proporção Etapa 2 b c Expansão adiabática A máquina somente realiza trabalho W Etapa 3 c d Compressão isotérmica Perde calor Q e trabalho W é realizado sobre a máquina na mesma proporção Etapa 4 d a Compressão adiabática Apenas é realizado trabalho W sobre a máquina Você é engenheiro mecânico e precisa fazer a análise do projeto da máquina térmica descrita pelo diagrama da Figura 2 Uma das análises necessárias nesse projeto é em relação ao comportamento da energia interna da substância de trabalho utilizada Com base na Primeira Lei da Termodinâmica dada por Eint Q W descreva o comportamento da energia interna em cada etapa e o comportamento da energia interna considerando o ciclo completo Lembrese em um processo isotérmico a temperatura se mantém constante Etapa 1 A energia se mantém constante Etapa 2 A energia diminui Etapa 3 A energia se mantém constante Etapa 4 A energia interna aumenta A energia interna do ciclo é nula 19 A Primeira Lei da Termodinâmica foi fundamental quando finalmente o conceito de calor foi estabelecido de forma precisa e concreta por James Prescott Joule Assim o calor deixou de ser uma substância hipotética chamada calórico e passou a ser energia em trânsito Qual das alternativas a seguir tem a opção correta do sentido da transferência de calor e o sinal algébrico quando o sistema recebe calor A O calor vai do corpo com menos energia para o corpo com mais energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é positivo B O calor só é transferido quando o sistema está em equilíbrio térmico Quando o sistema recebe calor seu sinal é positivo C O calor vai do corpo com mais energia para o corpo com menos energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é negativo D O calor vai do corpo com mais energia para o corpo com menos energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é positivo E O calor vai do corpo com menos energia para o corpo com mais energia Quando o sistema recebe calor seu sinal é negativo 20 O motor de um carro é uma máquina térmica cíclica e a primeira parte do ciclo termodinâmico de um motor a combustão passa por alguns processos de expansão Em um processo termodinâmico hipotético de expansão um gás passa pelo processo descrito no diagrama pV da figura A W 120kJ B W 183J C W 165kJ D W 189kJ E W 105J 21 A panela de pressão utilizada para cozinhar os alimentos realiza um processo termodinâmico que aumenta a pressão no seu interior conforme recebe calor da chama do fogão Analise o processo realizado por uma panela de pressão que comporta 4 litros de vapor de água e opera a uma pressão de 02MPa Qual das opções a seguir descreve o processo termodinâmico realizado nessa panela e qual a quantidade de calor necessária para aumentar a energia interna desse vapor em 25kJ A Processo isobárico Q 27kJ B Processo isocórico Q 25KJ C Processo adiabático Q 40kJ D Processo isocórico Q 23KJ E Processo isobárico Q 51kJ 22 Em uma usina termelétrica em uma parte do ciclo ocorre um processo de expansão em que a substância de trabalho recebe calor de uma caldeira e gira uma turbina para gerar energia elétrica Em um processo de expansão como esse a pressão da substância varia de acordo com a equação a seguir p5V3 Nessa caldeira a substância recebe 3kJ de calor e seu volume triplica Encontre a variação da energia interna dessa expansão hipotética se o volume inicial é de 5m³ A ΔEint 532kJ B ΔEint 293kJ C ΔEint 332kJ D ΔEint 247kJ E ΔEint 247kJ 23 A eficiência de um processo termodinâmico está diretamente ligada ao conhecimento dos efeitos desse processo na substância de trabalho Assim como Joule fez no século XIX cada etapa deve ser cuidadosamente analisada Além de conhecer os efeitos é preciso controlar os processos conhecendo suas características Qual das opções a seguir apresenta somente processos termodinâmicos que não realizam trocas de calor A Isotérmico e isobárico B Adiabático e isotérmico C Isocórico e expansão livre D Expansão livre e isotérmico E Adiabático e expansão livre 24 Uma forma rápida de resfriamento que se conhece é colocar o objeto quente em contato com um objeto frio Talvez você use a Segunda Lei da Termodinâmica de forma tão natural que não perceba O enunciado de Clausius diz que é impossível realizar um processo cujo único efeito seja transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente É com base nesse enunciado que você coloca a panela quente na pia sob a torneira pois assim você transfere a energia térmica da panela para a água ou coloca uma compressa de água fria na testa para ajudar a baixar a febre É por conta da natureza irreversível da transferência de calor que você dorme com um edredom bem grosso nas noites frias de inverno pois assim ele evita que você ceda energia para o ambiente que está com temperatura muito menor que a do seu corpo Outra aplicação desse enunciado é no tratamento térmico feito em peças fundidas chamado têmpera superficial Ele é utilizado para endurecer a superfície da peça com o objetivo de aumentar a resistência à abrasão e à fadiga Esse tratamento é feito com o aquecimento superficial e o subsequente resfriamento rápido Pense em uma solução para o resfriamento rápido e calcule variação de entropia que ocorre no aquecimento das esferas se elas forem aquecidas de 300K até 500K Para a esfera de aço 𝑆 𝑚 𝑐 𝑙𝑛 𝑇𝑓 𝑇𝑖 0 044 435 𝑙𝑛 500 300 9 78 𝐽𝐾 Para a esfera de ferro 𝑆 𝑚 𝑐 𝑙𝑛 𝑇𝑓 𝑇𝑖 0 044 448 𝑙𝑛 500 300 10 07 𝐽𝐾 25 O enunciado de KelvinPlanck da Segunda Lei da Termodinâmica diz que É impossível para qualquer sistema passar por um processo no qual absorve calor de um reservatório a uma dada temperatura e converte o calor completamente em trabalho mecânico de modo que o sistema termine em um estado idêntico ao inicial O que se pode concluir sobre a eficiência de máquinas térmicas a partir desse enunciado A ε 100 B ε 100 C ε 0 D ε 100 E ε 0 26 Da energia elétrica gerada no Brasil no ano de 2020 aproximadamente 25 é oriunda de usinas térmicas Desse total 10 utilizam óleo diesel como combustível Se uma usina como essa que trabalha com a turbina a vapor em uma temperatura de aproximadamente 565C e cujo sistema de resfriamento tem temperatura por volta de 30C utilizasse um ciclo de Carnot para operar qual seria sua eficiência A 33 B 94 C 25 D 36 E 10 27 Um refrigerador é uma máquina térmica que está presente em nosso cotidiano e nos traz um pouco de conforto em um dia de calor pois podemos fazer um pouco de gelo para deixar nosso suco refrescante Considere sua geladeira como um refrigerador de Carnot A temperatura ambiente é de 30C e a temperatura dentro do refrigerador é de 5C Calcule quanta energia será gasta no processo de congelamento de 1kg de água que está a 0C Dados calor latente de fusão da água Lf 334kJkg A 503kJ B 344kJ C 449kJ D 268kJ E 303kJ 28 Turbinas a gás têm diversas aplicações como motores de aeronaves e geração de energia elétrica Uma turbina a gás que opera com o ciclo Carnot tem sua fonte quente a uma temperatura de 400C sua fonte fria a uma temperatura de 100C e potência produzida de 2MW em um ciclo de 05s Calcule a variação de entropia devido à energia recebida em um ciclo dessa turbina e devido à energia rejeitada em um ciclo A ΔSQ 25JK ΔSF 25JK B ΔSQ 333JK ΔSF 333JK C ΔSQ 25JK ΔSF 333JK D ΔSQ 333JK ΔSF 25JK E ΔSQ 333JK ΔSF 333JK 29 A transferência de calor é um processo irreversível que aponta no sentido do aumento de entropia Quando dois corpos em temperaturas diferentes são colocados em contato o corpo com maior energia transfere calor para o corpo com menor energia como diz o enunciado de Clausius É impossível realizar um processo cujo único efeito seja transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente Com base nesse conceito imagine dois cilindros de cobre isolados isotermicamente como na figura A barreira entre eles é removida e a transferência de calor acontece até que eles cheguem ao equilíbrio térmico Calcule a variação do sistema durante esse processo de transferência de calor sabendo que o calor específico do cobre é de 386Jkg K A 1122JK B 24JK C 531JK D 103JK E 86JK 30 Fazer um resumo sobre a primeira e segunda lei da termodinâmica mínimo de 15 linhas Anexei alguns conteúdos para ajudar nessa questão A segunda lei da termodinâmica afirma que à medida que a energia é transferida ou transformada mais e mais dela é desperdiçada É uma das quatro leis da termodinâmica as quais descrevem as relações existentes entre energia térmica ou calor e outras formas de energia e além disso a maneira como a energia afeta a matéria A Segunda Lei da Termodinâmica trata da natureza da energia A Segunda Lei também afirma que existe uma tendência natural de qualquer sistema isolado de degenerar para um estado mais desordenado A segunda lei da termodinâmica afirma que a energia térmica não pode ser transferida de um corpo a uma temperatura mais baixa para um corpo a uma temperatura mais alta sem a adição de energia A segunda lei da termodinâmica afirma que a entropia total de um sistema aumenta ou permanece constante em qualquer processo espontâneo nunca diminui Uma implicação importante dessa lei é que o calor transfere energia espontaneamente de objetos de temperatura mais alta para objetos de temperatura mais baixa mas nunca espontaneamente na direção inversa Isso ocorre porque a entropia aumenta a transferência de calor de energia do quente para o frio Qualquer necessidade de modificação ou problema estarei à disposição só comunicar a plataforma que irão me encaminhar sua mensagem Se gostou me avalie positivamente com 5 estrelas sua avaliação é muito importante