Exercícios Resolvidos Fisica Eletricidade Optica Termodinamica Coulomb

Física Eletricidade Óptica e Termodinâmica 1A Lei de Coulomb enuncia que duas cargas elétricas geram uma força elétrica uma em relação a outra que é proporcional ao produto dessas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas Considere que uma carga puntiforme negativa q está se movendo ao longo de uma trajetória retilínea em direção a uma carga puntiforme positiva fixa Sabendo que força é uma grandeza vetorial ou seja possui módulo direção e sentido utilize o conceito de campo elétrico para explicar que aspectos da força elétrica sobre a carga puntiforme negativa permanecem constantes enquanto ela se move 2 Potencial elétrico e energia potencial elétrica são dois conceitos importantes no estudo dos fenômenos envolvendo eletricidade Assim explique claramente a diferença entre esses conceitos 3 Para realizar a análise de um circuito elétrico geralmente realizamse cálculos para saber os valores das correntes das tensões e das potências em cada componente constituinte do circuito Considere um circuito formado por três resistores R1 R2 e R3 que estão ligados em série com um gerador ideal de tensão Vg Descreva detalhadamente a sequência dos cálculos que devem ser efetuados a fim de descobrir os valores das correntes e das tensões em cada resistor 4 Um princípio muito conhecido na física dos fluidos é o princípio de Arquimedes Ele diz que um fluido exerce uma força de empuxo orientada para cima FB sobre um objeto imerso ou que flutua no fluido o módulo da força de empuxo equivale ao peso do fluido deslocado pelo objeto e pode ser calculado pela expressão FB ρfVfg onde ρfé a densidade do fluido Vfé o volume do fluido deslocado e g é o valor da aceleração da gravidade Considere que um navio cargueiro navegando no mar tem metade do volume do seu casco imerso Explique o que acontece quando este navio passa a navegar em um rio 5 Alguns eletrodomésticos tais como o ferro de passar roupas a torradeira e o forno elétrico possuem um dispositivo denominado termostato constituído basicamente de uma lâmina bimetálica que sofre deformação conforme é aquecida até interromper a circulação de corrente elétrica quando o equipamento atinge determinada temperatura Com base no fenômeno da dilatação térmica dos sólidos explique como se dá a deformação da lâmina bimetálica Questão 1 Seja uma carga positiva fixa no eixo x no ponto x0 Uma carga negativa se encontra na região x0 O campo elétrico gerado pela carga positiva na região é dado por 𝑬 𝑘𝑞 𝑥2 𝑥 mas sabemos que a força elétrica numa carga elétrica é dada pelo produto do campo pela carga No caso da carga negativa a força então aponta na direção negativa do eixo x no sentido da carga positiva Durante o movimento da carga negativa o módulo do vetor força elétrica varia pois a distância entre as cargas varia mas sua direção e seu sentido são mantidos constante Questão 2 A energia potencial elétrica está associada ao trabalho Mais precisamente a variação da energia potencial elétrica pode ser relacionada ao trabalho realizado pela força elétrica A diferença entre potencial elétrico e energia potencial elétrica é que o potencial elétrico é a energia por unidade de carga Em outras palavras o potencial é relacionado à capacidade do campo elétrico realizar trabalho independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo Questão 3 Como os resistores estão associados em série a corrente que atravessa todos os resistores é a mesma Para calcularmos essa corrente calculamos primeiramente a resistência equivalente que será simplesmente a soma de todas as resistências individuais Após isso podemos calcular a corrente utilizando a Lei de Ohm que diz que a tensão é o produto da corrente pela resistência e daí isolamos a corrente 𝑉0 𝑖𝑅1 𝑅2 𝑅3 𝑖𝑅𝑒𝑞 𝑖 𝑉0 𝑅𝑒𝑞 Para calcularmos a tensão em cada resistor utilizamos novamente a Lei de Ohm mas agora usando o valor calculado para a corrente de acordo com a equação acima Para calcularmos a queda de tensão no resistor um fazemos 𝑉1 𝑖𝑅1 e assim sucessivamente para os outros resistores Questão 4 A densidade da água do mar é maior que a densidade da água do rio Portanto ao passar da água salgada para a água doce considerando que o navio não teve suas propriedades alteradas o volume de água deslocada ou o volume do navio submerso será maior na água doce Nos dois casos o empuxo deve se igualar à força peso para o navio estar em equilíbrio então igualando o empuxo total nos dois meios temos 𝑉𝑟𝑖𝑜 𝑉𝑚𝑎𝑟 𝜌𝑚𝑎𝑟 𝜌𝑟𝑖𝑜 Logo se a densidade da água do mar é maior o volume de água deslocado no rio é maior Questão 5 A dilatação térmica é o nome dado à resposta dos sólidos à variações de temperatura Se aumentarmos a temperatura de um determinado objeto observamos que suas dimensões aumentam Usando essa propriedade as lâminas bimetálicas são construídas ela consiste em duas lâminas de metais diferentes ou seja que se expandem em taxas diferentes conforme a temperatura aumenta As diferentes expansões forçam a lâmina inicialmente plana a dobrar em uma direção se a temperatura aumenta ou na direção oposta se a temperatura diminui abaixo da temperatura inicial O metal com maior coeficiente de dilatação térmica está no lado convexo da curvatura quando a lâmina é aquecida e no lado côncavo quando ela é resfriada