Física 2 - Roteiro de Trabalho para Avaliação em Regime Especial - ESAMC

ESAMC Física II 1º Semestre de 2023 Roteiro de Trabalho para Avaliação de Alunos em Regime Especial Nome RA O objetivo deste trabalho é avaliar o conhecimento do aluno em relação aos tópicos abordados na disciplina Física II Esses tópicos são agrupados em quatro módulos resumidos a seguir Módulo A Fluidos O que é um uido Fluidos em repouso Medindo a pressão Princípio de Pascal Princípio de Arquimedes Módulo B Calor e Termodinâmica Temperatura Dilatação térmica linear supercial e volumétrica Calor e condução de calor As leis da Termodinâmica Módulo C Teoria Cinética dos Gases Pressão Velocidade média quadrática e energia cinética de translação Livre caminho médio Calores especícos a volume e pressão constante O gás ideal Módulo D Ondas Tipos de ondas Ondas transversais e longitudinais Comprimento de onda frequência e velocidade de uma onda O princípio de superposição de ondas Interferências de ondas e ressonância Velocidade do som intensidade e nível sonoro Efeito Doppler Velocidades supersônicas e ondas de choque Bibliograa básica R Resnick e D Halliday Fundamentos de Física vol 2 São Paulo 8a edição ed LTC 2008 PAUL A TIPLER Física Vol1 6a Edição ed LTC 2009 YOUNG Hugh D FREEDMAN Roger A Termodinâmica e Ondas 12a edição Ed ADDI SON WESLEY 2009 Bibliograa complementar BORGNAKKE Claus Fundamentos da Termodinâmica Tradução da 7a edição americana Ed Blucher 2009 ALONSO E FINN Mecânica São Paulo ed Eduardo Blucher J P MCKELVEY E H GROTCH Física vol 1 e 2 São Paulo ed Harbra Row 1a edição1979 H MOYSES NUSSENZVEIG Física básica vol 1 e 2 São Paulo 1a edição ed Eduardo Blucher 1981 JEWETT Jr JOHN W SERWAY Raymond A Física Para Cientistas E Engenheiros Vol 2 Oscilações Ondas E Termodinâmica 8a edição Ed Cengage Learning 2012 Módulos A e B 1 A janela de um escritório possui dimensões de 34 m por 21 m Por causa de uma tempestade a pressão atmosférica exterior cai para 096 atm enquanto a pressão atmosférica no interior da sala permanece em 1 atm Qual é a força resultante para fora em newtons que age sobre a janela Dado 1 atm 101 105 Nm2 2 Água ui por um cano de seção transversal constante com 11 cm de diâmetro como mos trado na gura abaixo Ela possui uma velocidade de 5 ms na parte inferior e percorre 2 m de altura antes de ser despejada no meio ambiente onde a pressão atmosférica local vale 1 atm a Assumindo a conservação do uxo qual é a velocidade da água ao sair do cano b Calcule a pressão p1 usando a equação de Bernoulli c Determine o tempo necessário em segundos para que 1 m3 de água escoa pela abertura do cano Dados 1 atm 101 105 Nm2 g 98 ms2 e ρágua 103 kgm3 3 Um tanque de alumínio com volume de 1000 litros está completamente cheio de gasolina Ambos estão a uma temperatura de 12C O tanque é transportado para um lugar onde a temperatura é 37C e devido à diferença entre os coecientes de expansão volumétrica do metal e do líquido a gasolina vaza do tanque Assumindo que o tanque se expande como um volume maciço de alumínio quantos litros de gasolina transbordam do tanque Dados βAl 7 105C e βgas 95 104C 4 Em um determinado experimento desejase estudar a expansão de um gás do estado i para o estado f por três caminhos diferentes no diagrama pV Com base na gura a seguir onde a pressão está indicada em atmosferas e o volume em litros determine o trabalho realizado pelo gás em joules a Ao longo do caminho iaf b Ao longo do caminho if c Ao longo do caminho ibf Dados 1 atm 101 105 Nm2 e 1 litro 103 m3 Módulos C e D 1 Um litro de um gás com γ 13 está à temperatura 273 K e 1 atm de pressão O gás é comprimido adiabaticamente até metade do seu volume inicial a Qual é a pressão nal do gás b Qual é a temperatura nal do gás c O gás é resfriado de volta a 273 K com a pressão mantida constante Qual é o seu volume nal 2 Enquanto caminha pela praia uma pessoa vê uma lata de alumínio amassada cuja massa é 100 gramas A lata cou no sol durante o dia todo e está a uma temperatura de 80 C A pessoa pega a lata de alumínio quente e a joga no mar que está a 20 C de temperatura A lata transfere energia para o oceano na forma de calor até ambos atingirem o equilíbrio térmico Além de poluir o meio ambiente quanto essa pessoa aumentou a entropia do universo Dados cAl 900 Jkg K e TK 273 TC 3 Dois altofalantes dispostos em paredes opostas de uma sala com 10m de comprimento emitem ondas senoidais puras com f 170 Hz de maneira coerente Se estivéssemos exatamente no meio da sala onde a interferência das ondas é construtiva qual é a menor distância que deveríamos nos deslocar em direção a um dos altofalantes de modo que as ondas se cancelassem completamente Assuma que a velocidade do som no ar é 340 ms 4 O olho humano é um sistema óptico que por formar imagens a partir de uma abertura a pupila está sujeito a efeitos de difração da luz Considerando o diâmetro da pupila como sendo 15 mm e que a sensibilidade visual máxima ocorre em λ 550 nm utilize o critério de Rayleigh para calcular qual deve ser a distância entre os pixels da tela de um computador para que um usuário a 50 cm de distância não consiga distinguir esses pontos MODULO A B 1 Area da janela 34 21 714 m2 p1 096 atm p2 1 atm a F A p2 p1 F 714 1 096 F 29104 N a D 11 cm 011 m r 005 m vi 5 ms h 2 m p 1 atm a1 Area π r2 A π 0052 785 m2 A1 A2 Pelo princípio de conservação de massa conservação do fluxo Q1 Q2 5 ms b Por Bernoulli p1 ρ g h1 ρ v12 2 p2 ρ g h2 ρ v22 2 v1 v2 h2 0 a prensa é mais abaixo p1 ρ g h1 p2 p1 p2 ρ g h1 p1 101 105 103 98 2 814 104 Pa p1 814 104 Pa c1 V 1 m3 a vazão é Q A v Q 785 5 Q 3925 m3 s t V Q t 13925 0025 s 3 a 15 cm 015 m b 30 cm 030 m E0 30 107 NC a EA qε0 A 4 π R2 4 π 0152 028 m2 30107 qε0 1028 30107 028 ε0 q1 30107 028 885 1012 q1 743 105 C b1 q2 a soma elétrica é a mesma segundo a gráfica 30107 A2 885 1012 q2 A2 4 π 0302 113 m2 A2 113 m2 q2 30107 885 1012 113 q2 300 104 C 3 Vgo 1000 L Vtanque 1000 L Ti 12 C Tf 37 C βal 7 105 C1 βg 95 104 C1 Quanto a tanque expandiu ΔVal V β ΔT ΔVal 1000 L7 105 C137C 12C ΔVal 175 L Quanto a gasolina expandiu ΔVg 1000 L95 104 C137C 12C ΔVg 2375 L O volume do tanque ficou 1000 175 100175 L O da gasolina ficou 1000 2375 102375 L Transportou 102375 100175 22L 22L transbordaram 4 a Wcaf Wca Waf Wca PΔV P constante 4 101 105 404 105 Pa Wca 404 105 4 103 2 103 2 103 404 105 808 102 J Waf 0 para o volume é constante ΔV 4 4 0 Wcaf 808 102 J box b Wcf triangle drawing a area é o trabalho realizado A1 2 1 202 102 A2 Ab h 2 2 10 303 103 2 303 102 Wcf 202 102 303 102 505 102 J Wcf 505 102 J box c Wibf Wib Wbf Wib 0 para o volume é constante Wbf P ΔV 101 105 4 103 2 103 101 105 2 103 202 102 J Wibf 202 102 J box MODULO C e D 1 γ 13 V1 1 L T 273 K V2 12 V1 V1 2 V2 P1 1 atm 101 105 Pa a PF P1 V1γ P2 V2γ 101 1052 V2γ PF V1γ 101 1052γ PF V1γ 101 105 2130 PF PF 101 105 2130 PF 249 105 Pa box b Tmp FINAL P1 V1 T1 P2 V2 T2 TF PF VF Pi Vi Ti TF 249 105Vi2 101 105Vi 273 TF 336 K box P1V1T1 P2V2T2 como P é constante ViTi V2T2 05336 V273 V 05336 273 0406 L V 0406 L 21 mL 100 g1000 01 mg Ti 80C 273 80 353k TF 20C 273 20 293k a entropia é ΔS dQT mc dtT ΔS mc dTT from Ti to TF mc ln TcTi ΔS 01 900 ln293353 ΔS 1676 ΔS 1676 Jk a entropia do universo diminui 1676 Jk L 10 m f 170 Hz v 340 ms O comprimento de onda é λ vf 340170 2 m f n v 2L 2 340 210 340 Hz λ 340341 10 m λ distancia é 10 2 8 metros O critério de Rayleigh é sinθ 122 λ d λ 550 109 m d 15 103 m θ 122 550 109 15 103 θ 447 106 θ pode ser aproximado como θ Δl D 447 106 Δl 50 102 Δl 022 mm