Questões:

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Física - Grupo 1
Prova discursiva realizada no dia 08/12/2001
Questões

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Valor: 4,0 pontos
Uma partícula sobe um plano inclinado, a partir da base, com velocidade inicial vo = 15 m/s. O plano é liso e forma um ângulo q = 30° com a horizontal. Considere g = 10 m/s²


.


A) Isole a partícula e coloque as forças que atuam sobre ela.

Solução: A figura indica as forças que atuam na partícula: seu peso mg e a força N, normal, exercida pelo plano. Como não há atrito, a força que o plano exerce sobre a partícula é normal à sua superfície.


B) Obtenha a aceleração a da partícula num instante genérico.

Solução: Ao longo do plano existe apenas a componente do peso, mg.sen , o que causa a aceleração
a = g sen = 5 m/s² para baixo .


C) Quanto tempo leva a partícula subindo o plano?

Solução:
Como o movimento é uniformemente acelerado, vale a relação v = vo - a.t, onde o sinal negativo indica que a aceleração tem sentido oposto ao de vo. No ponto mais alto da subida, v = 0 e, então, t = vo/a= 3 s.


D) Qual a velocidade da partícula quando chegar à base do plano na volta?

Solução:
Como o plano não tem atrito, como a força normal não trabalha e como o peso é uma força conservativa, a energia mecânica é conservada. Portanto, a partícula chega à base do plano com a mesma velocidade vo =15 m/s, apenas em sentido oposto ao da subida.

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Valor: 2,0 pontos
A Organização Mundial de Saúde (OMS) divulgou recentemente um relatório sobre o impacto na saúde humana da radiação emitida pelos telefones celulares. Neste relatório, a OMS destaca que sinais emitidos por estes aparelhos conseguem penetrar em até 1cm nos tecidos humanos, provocando um correspondente aumento da temperatura do corpo.
Considerando que o corpo humano é formado basicamente por água, estime o tempo total de conversação necessário para que um usuário de 60kg tenha um acréscimo de temperatura de 1° C. Os sinais emitidos pelos celulares têm, em média, uma potência de 0.4W e só são gerados enquanto o usuário fala ao telefone. O calor específico da água vale 1 cal/g°C. Considere que apenas 50% da energia emitida pelo celular seja responsável pelo referido aumento de temperatura (1 cal = 4,2 J).


Resposta (Solução):
Para elevar em 1 °C a temperatura de uma massa de 60kg de água precisamos de
Q = m cºT = 60 x 4,2 x 103 x 1 = 2,52x105 J
Na fórmula acima, foi feita a conversão c=1cal /(g.°C) = 4,2 x 103 J/ (kg °C).
Por outro lado,
Q=0.5 x P x t ,
sendo t o tempo de conversação. O fator 0,5 leva em conta que só metade da radiação emitida pelo celular atinge o tecido humano. Então

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3
Valor: 4,0 pontos
Ocorre choque elétrico quando uma corrente atravessa o corpo de um ser vivo. Considere o circuito ao lado no qual um pássaro está apoiado com a lâmpada entre suas patas (situação 1). O pássaro tem resistência R_p e a lâmpada R_L.
Calcule a corrente que atravessa o pássaro:




A) se a chave S estiver aberta. O pássaro recebe um choque?

Solução:
Se a chave S estiver aberta, os dois pés do pássaro estarão a um mesmo potencial e portanto não haverá corrente através dele e o pássaro não receberá um choque.


B) se a chave S estiver fechada. O pássaro recebe um choque?

Solução:
Se a chave S estiver fechada existe uma corrente no circuito e agora existe uma d.d.p. através da lâmpada e, portanto, entre os pés do pássaro e este receberá um choque. A corrente ip que passa através do pássaro pode ser calculada do seguinte modo: a d.d.p. através do pássaro (e da lâmpada) é igual à d.d.p. V fornecida pela bateria. Podemos então escrever V = Rp ip donde ip = V/Rp.

Na situação 2, há um segundo pássaro (idêntico ao primeiro), apoiado no mesmo circuito (veja figura).




C) se a chave S estiver aberta. O segundo pássaro recebe um choque?

Solução
Se a chave S estiver aberta, outra vez os dois pés de cada pássaro estarão a um mesmo potencial (embora este potencial seja diferente para cada pássaro) e portanto não há corrente através de nenhum deles. Nenhum pássaro receberá um choque.


D) se a chave S estiver fechada. O segundo pássaro recebe um choque?

Solução:
Se a chave S estiver fechada haverá uma corrente no circuito. Entretanto, para o segundo pássaro a d.d.p. entre seus pés continua sendo nula pois o fio entre os seus pés é ideal e tem resistência nula. Logo, toda a corrente fluirá por este fio e nenhuma corrente atravessará o pássaro. Portanto, o segundo pássaro não levará um choque.

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