MAPA Fisica Geral e Experimental II Unicesumar - Resolucao Detalhada

06072023 2222 Unicesumar Ensino a Distância aboutblank 14 MAPA FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II 522023 Período08052023 0800 a 07072023 2359 Horário de Brasília StatusABERTO Nota máxima300 GabaritoGabarito não está liberado Nota obtida 1ª QUESTÃO 06072023 2222 Unicesumar Ensino a Distância aboutblank 24 MAPA FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II Olá Estudante Iniciamos agora a atividade MAPA Preparase para colocar em prática os conceitos estudados durante a disciplina Caso surjam dúvidas não hesite em contatar os professores da disciplina Desejamos sucesso na sua atividade INSTRUÇÕES DE ENTREGA Este é um trabalho INDIVIDUAL As respostas devem ser entregues utilizando o Modelo de Resposta MAPA disponibilizado Sobre o seu preenchimento é necessário o cumprimento das seguintes diretrizes Não serão aceitas respostas que constam apenas o resultado numérico sem que seja demonstrado o raciocínio que o levou a encontrar aquela resposta Toda e qualquer fonte e referência que você utilizar para responder os questionários deve ser citada ao final da questão Após inteiramente respondido o Modelo de Resposta MAPA deve ser enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo PDF e apenas este formato será aceito O Modelo de Resposta MAPA pode ter quantas páginas você precisar para respondêlo desde que siga a sua estrutura O Modelo de Resposta MAPA deve ser enviado única e exclusivamente pelo seu Studeo no campo MAPA desta disciplina Toda e qualquer outra forma de entrega deste Modelo de Resposta MAPA não é considerada A qualidade do trabalho será considerada na hora da avaliação então preencha tudo com cuidado explique o que está fazendo responda as perguntas e mostre sempre o passo a passo das resoluções e deduções Quanto mais completo seu trabalho melhor Problemas frequentes a evitar Coloque um nome simples no seu arquivo para não se confundir no momento de envio Se você usa OPEN OFFICE ou MAC transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidades Verifique se você está enviando o arquivo correto É o MAPA da disciplina certa Ele está preenchido adequadamente É recomendado que mande com antecedência para evitar erros Como enviar o arquivo Acesse no Studeo o ambiente da disciplina e clique no botão MAPA No final da página há uma caixa tracejada de envio de arquivo Basta clicar nela e então selecionar o arquivo de resposta da sua atividade Antes de clicar em FINALIZAR certifiquese de que está tudo certo pois uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue Sobre plágio e outras regras Trabalhos copiados da internet ou de outros alunos serão zerados Trabalhos copiados dos anos anteriores também serão zerados mesmo que você tenha sido o autor A equipe de mediação está à sua disposição para o atendimento das dúvidas por meio do Fale com o Mediador em seu Studeo Aproveite esse recurso CONTEXTUALIZAÇÃO A física desempenha um papel fundamental em diversas áreas industriais desde a fabricação de produtos 06072023 2222 Unicesumar Ensino a Distância aboutblank 34 até o desenvolvimento de tecnologias avançadas Por meio dos fundamentos da física propriedades mecânicas eletrônicas e magnéticas dos materiais é possível produzir componentes com alta precisão construir máquinas e equipamentos projetar sistemas seguros confiáveis e eficientes bem como contribuir para o desenvolvimento de tecnologias que têm potencial de garantir avanços significativos em diversas áreas produtivas Nesta atividade MAPA você encontrará situações cotidianas em uma empresa e algumas maneiras de como os conceitos e fundamentos estudados em física são utilizados na resolução de problemas ou melhoria dos processos Assim é importante que você leia com atenção a atividade pesquise soluções resolva os exercícios com calma e contate os professores em caso de dúvidas Desejo a vocês um ótimo trabalho Professora Ariane Cezarotto Fiewski PROBLEMÁTICA Você foi contratadoa como trainee na empresa X e para avaliar o seu potencial como colaborador para a possibilidade de efetivação na empresa a gerência solicitou que você fizesse uma avaliação de alguns processos e setores buscando melhorias que possam beneficiar a empresa Para tanto é necessário que você cumpra as quatro etapas que estão descritas a seguir ETAPA 1 A sala dos engenheiros é iluminada por um circuito com três lâmpadas incandescentes em paralelo cada lâmpada possui uma resistência de 10 Ω e uma potência de 60 W Por razões de economia a gerência solicitou a substituição das lâmpadas por lâmpadas led com 20 Ω e 10 W 1a Considerando que a tensão da rede seja de 110 V determine quantas lâmpadas led serão necessárias para substituir as lâmpadas incandescentes 1b Sabendo que cada lâmpada nova custou R 2000 quantos dias serão necessários para que as novas lâmpadas se paguem com a economia de energia Suponha que o preço por kWh seja de R 050 e que a lâmpada fique acesa 8 horas por dia ETAPA 2 A empresa X está buscando padronizar seus procedimentos Diante disso você notou que na sala em que está trabalhando possui um gerador cujas características da força eletromotriz ε e resistência interna não foram especificadas Para resolver esse problema você foi até o laboratório e por meio de várias medidas de potencial entre os terminais desse gerador e da corrente elétrica que passa neste circuito obteve a seguinte curva característica 06072023 2222 Unicesumar Ensino a Distância aboutblank 44 Fonte a professora Analisando Analisando o gráfico obtido no experimento determine 2a A força eletromotriz do gerador 2b A resistência interna do gerador 2c A equação característica desse gerador 2d A corrente de curtocircuito ETAPA 3 Uma das salas de produção de componentes da empresa X tem as seguintes dimensões 10 m x 10 m x 3 m Essa sala produz alguns componentes sensíveis à temperatura e para isso deve ser mantida em 15 C Atualmente o controle diário da temperatura da sala está indicando média de 28 C Diante disso a gerência solicitou que você que fosse instalado um segundo sistema para lidar com o excesso de calor Para tanto determine a potência necessária desse novo sistema para manter a sala em 15 C sabendo que o sistema funciona continuamente Considere a densidade do ar 1225 kgm³ e calor específico do ar 1000 JkgK ETAPA 4 A empresa possui uma máquina térmica que utiliza gás natural como combustível e gera 500 kW de energia elétrica Buscando otimizar a utilização dos recursos energéticos a gerência da empresa resolveu aproveitar o calor gerado pela máquina térmica para atender a necessidade de aquecer a água de 20C para 60 C por meio de um trocador de calor para utilizála nos processos produtivos Considerando que a máquina térmica apresente uma eficiência de 40 qual é a vazão de água que pode ser aquecida Dados calor específico da água 4200 JkgC ALTERNATIVAS Nenhum arquivo enviado ETAPA 1 A sala dos engenheiros é iluminada por um circuito com três lâmpadas incandescentes em paralelo cada lâmpada possui uma resistência de 10 Ω e uma potência de 60 W Por razões de economia a gerência solicitou a substituição das lâmpadas por lâmpadas led com 20 Ω e 10 W 1a Considerando que a tensão da rede seja de 110 V determine quantas lâmpadas led serão necessárias para substituir as lâmpadas incandescentes Resposta Primeiro obteremos a corrente total demandada pelas lâmpadas da forma I T V Req Lei de Ohm Como as 3 lâmpadas apresentam a mesma resistência e estão associadas em paralelo a resistência equivalente da associação será o valor da resistência de uma das lâmpadas dividido por 3 Então para as incandescentes ReqRincand 3 10 3 3333Ω Como devemos obter uma equivalência entre as lâmpadas igualaremos a resistência das lâmpadas incandescentes à resistência das LEDs x é a quantidade de lâmpadas LEDs ReqRincand x 20 x 3333Ω x 20 33336lâmpadas LED s 1b Sabendo que cada lâmpada nova custou R 2000 quantos dias serão necessários para que as novas lâmpadas se paguem com a economia de energia Suponha que o preço por kWh seja de R 050 e que a lâmpada fique acesa 8 horas por dia Resposta Calculando o custo de consumo de cada uma delas para as incandescentes multiplicamos a quantidade de lâmpadas que estão consumindo pelo preço do consumo pelo tempo de consumo e pela potência de consumo Cincand3R 05 kWh 8h60W 3R 05 1000 860R 072em umdia Para as LEDs CLEDs6R 05 kWh 8h10W 6R05 1000 810R 024em umdia Custo da compra das lâmpadas LEDs quantidade de lâmpadas multiplicada pelo preço delas Ccompra6R 2000R 12000 A cada dia após a substituição das lâmpadas incandescentes pelas de LEDs temos uma economia de A economia será dada pela diferença entre os custos de consumo das lâmpadas EconomiadiáriaCincandCLEDsR 072R 024R 048 Assim as lâmpadas se pagarão após R120 R 048dia250dias ETAPA 2 A empresa X está buscando padronizar seus procedimentos Diante disso você notou que na sala em que está trabalhando possui um gerador cujas características da força eletromotriz ε e resistência interna não foram especificadas Para resolver esse problema você foi até o laboratório e por meio de várias medidas de potencial entre os terminais desse gerador e da corrente elétrica que passa neste circuito obteve a seguinte curva característica 052023 0959 Unicesumar Ensino a Distância about blank 44 Fonte a professora Analisando o gráfico obtido no experimento determine 2a A força eletromotriz do gerador Resposta A força eletromotriz pode ser encontrada quando não há corrente fluindo no circuito ou seja não há quedas de tensão em elementos intermediários Assim a força eletromotriz é de 12V 2b A resistência interna do gerador Resposta Como temos uma função linear podemos encontrar a resistência fazendo o quociente entre o ponto em que a função toca o eixo y e o ponto em que a função toca o eixo x Assim obtemos rε I 12 2 6 Ω 2c A equação característica desse gerador Resposta Como temos uma função linear decrescente podemos obter a equação como sendo yaxb Onde yU ar xI bε Logo teremos U rI ε U 6I12 2d A corrente de curtocircuito Resposta A corrente de curtocircuito é a corrente na qual a tensão se encontra em curto ou seja nula U0V Logo a corrente de curtocircuito é 2A ETAPA 3 Uma das salas de produção de componentes da empresa X tem as seguintes dimensões 10 m x 10 m x 3 m Essa sala produz alguns componentes sensíveis à temperatura e para isso deve ser mantida em 15 C Atualmente o controle diário da temperatura da sala está indicando média de 28 C Diante disso a gerência solicitou que você que fosse instalado um segundo sistema para lidar com o excesso de calor Para tanto determine a potência necessária desse novo sistema para manter a sala em 15 C sabendo que o sistema funciona continuamente Considere a densidade do ar 1225 kgm³ e calor específico do ar 1000JkgK Resposta Volumeda sala10m10m3m300m 3 Massadear da sala300 m 31225kg m 3 367 5kg Diferençade temperatura28 C15C13C Como a temperatura em Celsius varia igual à temperatura em Kelvin temos uma variação também de 13K Logo a energia necessária é de QmcT3675 kg1000 J kgK 13 K4777500J Como não foi fornecido o tempo de atuação da máquina consideraremos que o sistema funciona continuamente em um período de tempo de 1s Potência Q t 4777500J 1s 4777500W ETAPA 4 A empresa possui uma máquina térmica que utiliza gás natural como combustível e gera 500 kW de energia elétrica Buscando otimizar a utilização dos recursos energéticos a gerência da empresa resolveu aproveitar o calor gerado pela máquina térmica para atender a necessidade de aquecer a água de 20C para 60 C por meio de um trocador de calor para utilizála nos processos produtivos Considerando que a máquina térmica apresente uma eficiência de 40 qual é a vazão de água que pode ser aquecida Dados calor específico da água 4200 JkgC Resposta Calculando a potência total fornecida à máquina Eficiência Trabalho útil Trabalho fornecido η 04500kW PT PT1250kW 1250k J s Calculando a energia necessária para o aquecimento da água QmcTm4200 J kg C 60 C20 C 168000m Jkg Igualando os resultados 1250k J s168000m Jkg m 1250k 168000 kg s vazão Assim a vazão é de aproximadamente 744 kgs