Este documento apresenta dois problemas sobre física. O primeiro problema calcula a distância percorrida e a força exercida por um jovem em uma esteira rolante. O segundo problema calcula o impulso e a força necessários para um peixinho adquirir uma velocidade horizontal de 10 cm/s.

1. Fτ = F ⋅d
⇒
Questão 17 Fτ = 300 kcal = 1,2 ⋅ 10 6 J
Um jovem exercita-se numa academia andan- ⇒ 1,2 ⋅ 10 6 = F ⋅ 4 800 ⇒ F = 250 N
do e movimentando uma esteira rolante hori-
zontal, sem motor. Um dia, de acordo com o
medidor da esteira, ele andou 40 minutos
com velocidade constante de 7,2 km/h e con- Questão 18
sumiu 300 quilocalorias.
a) Qual a distância percorrida pelo jovem? Um peixinho de massa 50 g está flutuando
Qual o deslocamento do jovem? em repouso no interior de um aquário.
b) Num esquema gráfico, represente a estei-
a) Que forças atuam sobre o peixinho? (Des-
ra, o sentido do movimento da esteira, o jo-
creva-as ou as represente graficamente.) Que
vem e a força F que ele exerce sobre a esteira
para movimentá-la. Admitindo que o consu- volume de água o peixinho desloca para equi-
mo de energia assinalado pela esteira é o tra- librar-se?
balho realizado pelo jovem para movimen- Num determinado momento, o peixinho mo-
tá-la, determine o módulo dessa força, supos- vimenta-se horizontalmente para um dos la-
ta constante. dos do aquário, adquirindo uma velocidade de
Adote 1,0 cal = 4,0 J. 10 cm/s.
b) Qual o impulso necessário para que o pei-
Resposta xinho adquira essa velocidade? Quem exerce
esse impulso?
a) Como a velocidade é constante, a distância (d)
percorrida pelo jovem é dada por: Dado: densidade da água: dágua = 1000 kg/m3 .
d = v ⋅ ∆t
∆t = 40 min = 2 400 s ⇒ d = 2,0 ⋅ 2 400 ⇒ Resposta
v = 7,2 km/h = 2,0 m/s
a) As forças que atuam sobre o peixinho que flu-
tua em repouso são dadas por:
⇒ d = 4 800 m
Como o jovem permanece em repouso em rela-
ção ao solo e o deslocamento (∆S) é uma grande-
za vetorial, temos que ∆S = 0 .
b) Do enunciado, temos:
Onde P é a força peso e E é o empuxo. Do equilí-
brio do peixinho, vem:
E = P ⇒ dágua ⋅ Vld ⋅ g = m ⋅ g ⇒
⇒ 1 000 ⋅ Vld = 50 ⋅ 10 −3 ⇒
⇒ Vld = 5,0 ⋅ 10 −5 m 3
Como o consumo de energia assinalado pela es- b) Supondo que a força horizontal que a água
teira é o trabalho (F τ) realizado pelo jovem para aplica sobre o peixinho seja a própria resultante,
movimentá-la, temos: do Teorema do Impulso, vem:

2. física 2
RI= ∆Q ⇒ R I = m ⋅ | ∆V | ⇒ Resposta
⇒ RI = 50 ⋅ 10 −3 ⋅ 10 ⋅ 10 −2 ⇒ a) Sendo o volume de água VA = 1,0 l =
⇒ R I = 5,0 ⋅ 10 −3
N ⋅ s. = 1,0 ⋅ 10 −3 m 3 , a quantidade de calor (Q1 ) ab-
sorvida pela água durante seu aquecimento é
Assim, o impulso necessário para que o peixinho
dada por:
adquira essa velocidade é dado por:
Q1 = m Ac A ∆θ = d AVAc A ( θ − θ0 ) ⇒
R I = 5,0 ⋅ 10 −3 N ⋅ s ⇒ Q1 = 1 000 ⋅ 1,0 ⋅10 −3 ⋅ 4 200 ⋅ (100 − 20) ⇒

R I direção: horizontal ⇒ Q1 = 3,36 ⋅ 10 5 J
sentido: o mesmo do movimento do peixinho.
 Como restaram 0,80 l de água no recipiente, sua
variação de volume vale ∆VA = 1,0 − 0,80 =
Esse impulso é exercido pela força que a água = 0,20 l = 0,20 ⋅10 −3 m 3 .
aplica sobre o peixe na direção horizontal. Assim, a quantidade de calor (Q 2 ) absorvida pela
água durante sua vaporização parcial é dada por:
Q 2 = ∆m ⋅ LV = d A ∆VALV ⇒
Questão 19 ⇒ Q 2 = 1 000 ⋅ 0,20 ⋅10 −3 ⋅ 2,30 ⋅10 6 ⇒
⇒ Q 2 = 4,60 ⋅ 10 5 J
Uma estudante põe 1,0 l de água num reci-
piente graduado, a temperatura ambiente de Sendo Q1 + Q 2 = 3,36 ⋅ 10 5 + 4,60 ⋅ 10 5 =
20 ºC, e o coloca para ferver num fogão de po- = 7,96 ⋅ 10 5 J , o esboço do gráfico t( o C) versus
tência constante. Quando retira o recipiente Q(J) é dado a seguir:
do fogão, a água pára de ferver e a estudante
nota que restaram 0,80 l de água no recipien-
te. 100
Despreze o calor absorvido pelo recipiente, a
sua dilatação e a dilatação da água.
a) Faça o esboço do gráfico t (ºC) x Q (J) que
representa esse aquecimento, onde t (ºC) é a
20
temperatura da água contida no recipiente e
0 Q(J)
Q (J) é a quantidade de calor absorvida pela
0
água. Coloque, pelo menos, os pontos corres-
pondentes à temperatura inicial, à tempera- b) Supondo a energia (E) desperdiçada como
tura e quantidade de calor absorvida no iní- sendo igual à quantidade de calor absorvida pela
cio da ebulição e à temperatura e quantidade água vaporizada, teremos:
de calor quando a água é retirada do fogo.
E = Q 2 ⇒ E = 4,60 ⋅ 10 5 J
b) Suponha que toda a água que falta tenha
sido vaporizada. Qual a energia desperdiçada
nesse processo? Justifique.
São dados: Questão 20
Calor específico da água: ca = 4200 J/(kg.ºC).
A fotossíntese é uma reação bioquímica que
Calor latente de vaporização da água: Lv = ocorre nas plantas, para a qual é necessária a
= 2300000 J/kg. energia da luz do Sol, cujo espectro de fre-
Densidade (massa específica) da água: da = qüências é dado a seguir.
= 1000 kg/m3 ; 1 m3 = 1000 l. verme-
Cor laranja amarela verde azul violeta
lha
Temperatura de ebulição da água na região: 14
f (10 Hz) 3,8-4,8 4,8-5,0 5,0-5,2 5,2-6,1 6,1-6,6 6,6-7,7
te = 100 ºC.

3. física 3
a) Sabendo que a fotossíntese ocorre predomi- dispostas em série, enfileiradas em sua cau-
nantemente nas folhas verdes, de qual ou da. Cada célula tem uma fem ε = 60 mV
quais faixas de freqüências do espectro da luz (0,060 V). Num espécime típico, esse conjunto
solar as plantas absorvem menos energia de células é capaz de gerar tensões de até
nesse processo? Justifique.
480 V, com descargas que produzem corren-
b) Num determinado local, a energia radiante
tes elétricas de intensidade máxima de até
do Sol atinge a superfície da Terra com inten-
sidade de 1000 W/m2 . Se a área de uma folha 1,0 A.
exposta ao Sol é de 50 cm2 e 20% da radiação a) Faça um esquema representando a asso-
incidente é aproveitada na fotossíntese, qual ciação dessas células elétricas na cauda do
a energia absorvida por essa folha em 10 mi- poraquê. Indique, nesse esquema, o número n
nutos de insolação? de células elétricas que um poraquê pode ter.
Justifique a sua avaliação.
Resposta b) Qual a potência elétrica máxima que o po-
a) As plantas absorvem menos energia nas faixas raquê é capaz de gerar?
das cores verde e amarela que são refletidas pe-
las folhas. Resposta
20
b) Sendo a energia E = ⋅ P ⋅ ∆t absorvida
100 a) Um poraquê pode ter um número n de células
pela folha de área A = 50 cm = 50 ⋅ 10 −4 m 2 ,
2
elétricas dado por:
P U 480
para uma intensidade de radiação solar I = = n = = ⇒ n = 8 000 células elétricas
2
A ε 0,060
= 1 000 W /m , temos:
Admitindo que cada célula elétrica funcione como
20 um gerador, elas devem ser associadas como é
E = ⋅ I ⋅ A ⋅ ∆t =
100 mostrado a seguir:
20
= ⋅ 1 000 ⋅ 50 ⋅ 10 −4 ⋅ 600 ⇒ E = 600 J
100 _ + _ + _ + _ + _ + _ +
Questão 21 1 2 3 4 5 n
b) A potência elétrica máxima (P) é dada por:
O poraquê (electrophorus electricus) é um pei-
xe provido de células elétricas (eletrocitos) P = U ⋅ i = 480 ⋅ 1,0 ⇒ P = 480 W