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Extensivo 2021 – Lista 18 de Física 1 – Aulas: 39 e 40. Edu Leite 1 1 a PARTE 1. (Eear 2021) As janelas dos aviões comerciais a jato são compostas de três placas feitas de um material transparente. Em condições normais, a placa externa está em contato com a atmosfera externa ao avião e ao mesmo tempo com a atmosfera interna por meio de um furo na placa intermediária. A terceira placa, mais próxima do passageiro, apenas protege a intermediária de riscos produzidos durante a limpeza do avião e não interfere na pressão da atmosfera interna sobre a placa intermediária e a externa. Considerando que a área da placa externa é igual a que as pressões da atmosfera externa e interna ao avião são, respectivamente, iguais a e e que as pressões sobre as placas são homogêneas, pode-se dizer que a força resultante, em newtons, a que a placa externa está submetida é igual a a) 2400 b) 4800 c) 6400 d) 8000 2. (Fgv 2021) A figura mostra três recipientes, L, M e N, que contêm água, sendo que a altura da água no recipiente L é h, no recipiente M é 2h e no recipiente N é 3h. A área da base do recipiente L é igual ao dobro da área da base do recipiente M e ao triplo da área da base do recipiente N. Comparando-se as pressões e exercidas pela água nas bases dos recipientes L, M e N, respectivamente, tem-se a) b) c) d) e) TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Sempre que necessário, use e 3. (Unicamp 2021) A força normal aplicada pela agulha de um toca-discos sobre o disco tem módulo igual a A área de contato entre a agulha e o disco é igual a Qual é a pressão exercida pela agulha sobre o disco? Dado: a) b) c) d) TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em março de 2020, a Unicamp e o Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), dos Estados Unidos, assinaram um acordo de cooperação científica com o objetivo de desenvolver tanques para conter argônio líquido a baixíssimas temperaturas (criostatos). Esses tanques abrigarão detectores para o estudo dos neutrinos. 4. (Unicamp 2021) A pressão exercida na base de certo tanque do Fermilab pela coluna de argônio líquido no seu interior é A densidade do argônio líquido no tanque é Assim, a altura do tanque será de a) 2,0 m. b) 4,0 m. c) 7,8 m. d) 25,0 m. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Use quando necessário: 5. (Ufjf-pism 2 2021) Em uma fábrica química, há um grande reservatório com um líquido desconhecido. Após serem realizadas medidas de pressão com a profundidade, os dados obtidos resultaram no gráfico abaixo. A partir dessas informações, podemos concluir que a densidade do líquido desconhecido é aproximadamente: a) b) c) d) e) 2800 cm ; 20 kPa 80 kPa L MP , P NP L M NP 4P 9P= = L M NP 2P 3P= = L M NP P P= = L M N 1 1P P P 2 3 = = L M N 1 1P P P 4 9 = = 3π = 2g 10 m s .= 2| N | 2,0 10 N.-= ´ !" 3 21,6 10 mm .-´ 5 21,0 atm 1,0 10 N m .= ´ 41,25 10 atm.-´ 33,20 10 atm.-´ 13,20 10 atm.´ 21,25 10 atm.´ 4 2P 5,6 10 N m .= ´ 3d 1400 kg m .= 2g 10 m s ; sen(30 ) 1 2.= ° = 3 38,0 10 kg m .´ 3 32,0 10 kg m .´ 3 30,8 10 kg m .´ 3 30,4 10 kg m .´ 2 38,0 10 kg m .´ 2 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em todas as questões, as medições são feitas por um referencial inercial. O módulo da aceleração gravitacional é representado por Onde for necessário, use para o módulo da aceleração gravitacional. 6. (Ufpr 2021) Um objeto de massa é colocado sobre uma plataforma horizontal de área O sistema assim formado está em equilíbrio estático. Considerando apenas a força exercida pelo objeto sobre a plataforma, assinale a alternativa que apresenta corretamente o valor da pressão P exercida sobre a plataforma. a) b) c) d) e) 7. (Acafe 2020) A reciclagem é uma atividade importante para a sustentabilidade do planeta. Ela pode ocorrer tanto com a matéria prima que constitui um determinado objeto, como com o próprio objeto que pode ser reutilizado para desempenhar novamente sua função ou criar outros objetos. Pensando nesta reciclagem, surfistas criaram, a partir de garrafas PET de litros, uma prancha de Stand Up com dessas garrafas, como mostra a figura abaixo. Neste sentido, considere uma surfista que deseja testar a flutuabilidade dessa prancha. Para isso, ela fica de pé sobre a prancha em uma piscina e percebe que ela flutua bem. Desconsiderando o peso das garrafas e sabendo que elas ficaram com de seu volume submerso, marque a alternativa que indica, em a massa da surfista. a) b) c) d) 8. (Uerj 2020) Em uma experiência escolar, foram utilizados um recipiente contendo um líquido de densidade e um corpo esférico homogêneo com massa e volume Calcule a densidade do corpo, em Em seguida, indique se ele flutuará ou afundará no líquido, justificando sua resposta. 9. (Fmc 2020) O valor do coeficiente de dilatação térmica volumétrica do petróleo é Aproximadamente, a diminuição percentual na densidade do petróleo quando a sua temperatura aumenta de é: a) 0,002% b) 0,02% c) 0,2% d) 2% e) 20% 10. (Ufpr 2020) Uma força de módulo é aplicada perpendicularmente sobre uma superfície de área gerando uma pressão de valor Se a força se torna quatro vezes maior e a área cai pela metade, a pressão torna-se Com base nesses dados, assinale a alternativa que apresenta corretamente o valor da relação entre e a) b) c) d) e) 11. (Uerj 2020) O Titicaca é um lago de água doce localizado na fronteira do Peru com a Bolívia, sendo considerado um dos maiores da América Latina. Ele se encontra a aproximadamente metros de altitude em relação ao nível do mar. Com o objetivo de estudar sedimentos depositados nesse lago, uma equipe de pesquisadores envia um pequeno submarino ao local. Admita que, a cada de altitude, a pressão atmosférica seja reduzida em Estime, em atmosferas, a pressão total exercida sobre o submarino a uma profundidade de g. 2g 10 m s= m 400 g= 2A 5 cm .= P 0,008 kPa.= P 0,08 kPa.= P 0,8 kPa.= P 8,0 kPa.= P 80 kPa.= 2 93 1 3 kg, 62 31 93 55 3d 1,8 g cm= m 1,2 kg= 3V 0,001m .= 3kg m . 0,001 C.γ = ° 20 C° F A, 1P . 2P . 1P 2P . 2 1P P 2.= 2 1P P .= 2 1P 2 P .= 2 1P 4 P .= 2 1P 8 P .= 4.000 1.000 m 0,1atm. 200 m. 3 12. (Uece 2020) Considere dois canos de PVC de uso regular em instalações hidráulicas residenciais. Suponha que os canos sejam utilizados para descida de água de uma mesma caixa d’água. Assuma que os dois dutos descem até o piso e têm diâmetros diferentes: um tem diâmetro polegada e o outro de polegada. A razão entre a pressão hidrostática dentro do cano e a pressão no cano a uma mesma altura do piso, é a) b) c) d) 1 2 3 4 3 4 1 2, 3 2. 1. 1 2. 3 4. 4 Gabarito: Resposta da questão 1: [B] Da definição de pressão: Resposta da questão 2: [D] Pela lei de Stevin, as pressões exercidas pela água nas bases dos recipientes são: Resposta da questão 3: [D] Dados: Da definição de pressão: Resposta da questão 4: [B] Pelo teorema de Stevin: Resposta da questão 5: [E] Aplicando a Lei de Stevin, obtemos: Resposta da questão 6: [D] A pressão sobre a plataforma é dada por: Resposta da questão 7: [A] A densidade do conjunto prancha e surfista é dada por: A densidade relativa do conjunto em relação ao líquido (água) é igual à porcentagem submersa. O volume das garrafas será: Assim, substituindo na primeira equação o volume de todas as garrafas PET, considerando a massa das garrafas desprezível e sabendo que A massa dasurfista será: Resposta da questão 8: Densidade do corpo esférico: Dado que temos: Como o corpo flutuará no líquido. Resposta da questão 9: [D] Volume final do petróleo: Logo, a sua densidade passa a valer: O que representa uma diminuição de Resposta da questão 10: [E] ( ) 3 4R R 4 R Fp F p A 80 20 10 800 10 A F 6 10 Δ Δ -= Þ = = - ´ ´ ´ Þ = ´ 4800 10-´ ´ R F 4.800 NÞ = L M L M N N P gh 1 1P g 2h 2 gh P P P 2 3 P g 3h 3 gh ρ ρ ρ ρ ρ =ì ï = × = Þ = =í ï = × =î 2 3 2 9 2| N | 2,0 10 N; A 1,6 10 mm 1,6 10 m .- - -= ´ = ´ = ´ !" 2 7 2 9 5 2 7 2 57 2 N 2 10p p 1,25 10 N m A 1,6 10 10 N m 1atm 1,25 10 p p 1,25 10 atm. 101,25 10 N m p - - ´ = = Þ = ´ ´ ì ® ´ï = Þ = ´í ´ ®ïî ! 4 3 p 5,6 10p dgh h h 4,0m. dg 1,4 10 10 ´ = Þ = = Þ = ´ ´ atm 4 2 3 P P dgh 4 10 d 10 5 d 8 10 kg m - = × = × × \ = × 4 3 mg 0,4 10P A 5 10 P 8 10 Pa 8 kPa - × = = × \ = × = c(d ) p s c m m d V + = c água 1d d 3 = × 3V 93 2 L 186 L V 0,186 m= ´ = \ = 3 águad 1000 kg m := p água m1 d 3 × = sm V + 3 s água 3 1 1 kgm d V 1000 0,186 m 3 3 m = × × = × × sm 62 kg\ = 3 c 3 1,2 kgd 1200 kg m 0,001m = = 3 31g cm 1000 kg m ,= 3 3d 1,8 g cm 1800 kg m= = cd d,< ( ) ( ) 0 0 0 V V 1 V V 1 0,001 20 V 1,02V γΔθ= + = × + × = 0 0 m md 0,98d V 1,02V = = = 2%. 5 Resposta da questão 11: Pressão atmosférica sobre a superfície do lago: Aplicando a lei de Stevin, e sabendo que a pressão a uma profundidade de será de: Resposta da questão 12: [B] Pela lei de Stevin, temos que: Ou seja, a pressão num determinado ponto depende apenas de sua altura em relação a outro ponto e da densidade do fluido em que está imersa, e não do diâmetro do recipiente em que está contida. 1 1 1 1 2 1 2 12 1 1 FP A P AF P 8P4F 8F P A 8FP A A 2 ì =ï ï Þ = ´ Þ =í = =ï ï î atm atm P 1 4 0,1 P 0,6 atm = - × = 5 21atm 10 N m ,= 200 m atm 5 P P dgh 1000 10 200P 0,6 10 P 0,6 20 P 20,6 atm = + × × = + = + \ = 0P P dgh= + 6 2a PARTE 1. (Uepg-pss 2 2021) Observando a figura ilustrativa a seguir e sabendo que a pressão do gás dentro do reservatório vale assinale o que for correto. Dado: 01) A pressão atmosférica tem um valor menor que 02) As pressões exercidas sobre os pontos A e C são iguais. 04) A pressão exercida sobre o ponto D, no fundo do êmbolo da direita, é maior que 08) O princípio que deve ser aplicado para a análise das afirmativas anteriores é conhecido como “Teorema de Arquimedes”. 2. (Efomm 2021) A figura mostra um recipiente que contém gás (porção à esquerda) em equilíbrio com um fluido de densidade (porção à direita). As alturas ocupadas pelo fluido nas colunas do recipiente são e A coluna da direita está em contato com a atmosfera Sabendo-se que a aceleração da gravidade é de podemos afirmar que a diferença entre o valor da pressão do gás no compartimento e o valor da pressão atmosférica é de a) b) c) d) e) 3. (Enem 2020) Um mergulhador fica preso ao explorar uma caverna no oceano. Dentro da caverna formou-se um bolsão de ar, como mostrado na figura, onde o mergulhador se abrigou. Durante o resgate, para evitar danos a seu organismo, foi necessário que o mergulhador passasse por um processo de descompressão antes de retornar à superfície para que seu corpo ficasse novamente sob pressão atmosférica. O gráfico mostra a relação entre os tempos de descompressão recomendados para indivíduos nessa situação e a variação de pressão. Considere que a aceleração da gravidade seja igual a e que a densidade da água seja de Em minutos, qual é o tempo de descompressão a que o mergulhador deverá ser submetido? a) 100 b) 80 c) 60 d) 40 e) 20 4. (Ufrgs 2019) Em um tubo transparente em forma de contendo água, verteu-se, em uma de suas extremidades, uma dada quantidade de um líquido não miscível em água. Considere a densidade da água igual a A figura abaixo mostra a forma como ficaram distribuídos a água e o líquido (em cinza) após o equilíbrio. Qual é, aproximadamente, o valor da densidade do líquido, em a) b) c) d) e) 1400mmHg, 1atm 760mmHg= 0,8 atm. 2,5 atm. 4 310 kg m 1h 10 cm= 2h 30 cm.= 210 m s , 6 22,1 10 N m´ 6 22,0 10 N m´ 5 21,2 10 N m´ 4 23,0 10 N m´ 4 22,0 10 N m´ 210 m s- 31000 kgm .ρ -= U 31g cm . 3g cm ? 1,5. 1,0. 0,9. 0,7. 0,5. 7 5. (Famerp 2019) Em 1643, Evangelista Torricelli realizou um experimento com o qual mediu a pressão atmosférica terrestre ao nível do mar. Encheu com mercúrio um tubo de aproximadamente de comprimento, fechou-o e, invertendo o tubo, mergulhou sua extremidade em outro recipiente também contendo mercúrio. Após a abertura da extremidade do tubo, o mercúrio desceu até estabilizar-se à altura de Anos depois, por iniciativa de Blaise Pascal, o mesmo experimento foi realizado na França, no alto de uma montanha, e a coluna de mercúrio se estabilizou a uma altura de Considerando a pressão atmosférica ao nível do mar igual a e que a aceleração da gravidade tem o mesmo valor no alto da montanha e ao nível do mar, a pressão atmosférica no alto da montanha onde foi realizado o experimento era a) b) c) d) e) 6. (Ufpr 2018) Numa prensa hidráulica, um fluido incompressível é utilizado como meio de transferência de força de um êmbolo para outro. Numa dessas prensas, uma força foi aplicada ao êmbolo durante um intervalo de tempo conforme mostra a figura a seguir. Os êmbolos e estavam inicialmente em repouso, têm massas desprezíveis e todas as perdas por atrito podem ser desprezadas. As observações foram todas feitas por um referencial inercial, e as áreas dos êmbolos são e A força aplicada ao êmbolo tem intensidade e o fluido da prensa é incompressível. a) Durante o tempo de aplicação da força o êmbolo desceu por uma distância Qual a potência média do agente causador da força b) Qual a intensidade da força produzida sobre o êmbolo 7. (Efomm 2017) O tipo de manômetro mais simples é o de tubo aberto, conforme a figura abaixo. Uma das extremidades do tubo está conectada ao recipiente que contém um gás a uma pressão e a outra extremidade está aberta para a atmosfera. O líquido dentro do tubo em forma de U é o mercúrio, cuja densidade é Considere as alturas e Qual é o valor da pressão manométrica do gás em pascal? Dado: a) b) c) d) e) 1m 76 cm. 60,8 cm. 51,0 10 Pa´ 38,0 10 Pa.´ 46,6 10 Pa.´ 41,25 10 Pa.´ 48,0 10 Pa.´ 36,6 10 Pa.´ BF ! B t 5 s,Δ = A B 2 AA 30 cm= 2 BA 10 cm .= B BF 200N= BF , ! B Bd 6 cm.= BF ? ! AF A? gásp , 3 313,6 10 kg m .´ 1h 5,0 cm= 2h 8,0 cm.= 2g 10 m s= 34,01 10´ 34,08 10´ 240,87 10´ 44,9 10´ 248,2 10´ 8 8. (Unesp 2017) No sistema auditivo humano, as ondas sonoras são captadas pela membrana timpânica, que as transmite para um sistema de alavancas formado por três ossos (martelo, bigorna e estribo). Esse sistema transporta as ondas até a membrana da janela oval, de onde são transferidas para o interior da cóclea. Para melhorar a eficiência desse processo, o sistema de alavancas aumenta a intensidade da força aplicada, o que, somado à diferença entre as áreas das janelas timpânica e oval, resulta em elevação do valor da pressão. Considere que a força aplicada pelo estribo sobre a janela oval seja vezes maior do que a aplicada pela membrana timpânica sobre o martelo e que as áreas da membrana timpânica e da janela oval sejam e respectivamente. Quando uma onda sonora exerce sobrea membrana timpânica uma pressão de valor a correspondente pressão exercida sobre a janela oval vale a) b) c) d) e) 9. (Eear 2017) Uma prensa hidráulica possui ramos com áreas iguais a e Se aplicarmos uma força de intensidade sobre o êmbolo de menor área, a força transmitida ao êmbolo de maior área será: a) b) c) d) 10. (G1 - ifba 2017) Ao utilizar um sistema de vasos comunicantes ideal, cujos diâmetros das seções transversais circulares valem e respectivamente, conforme figura. É desejável elevar veículos a velocidade constante, cuja carga máxima seja de até Considerando a gravidade local igual a o módulo da força em newtons, necessária para elevar esta carga máxima, vale: a) b) c) d) e) 11. (Ufjf-pism 2 2016) Um dos laboratórios de pesquisa da UFJF recebeu um equipamento de É necessário elevar esse equipamento para o segundo andar do prédio. Para isso, eles utilizam um elevador hidráulico, como mostrado na figura abaixo. O fluido usado nos pistões do elevador é um óleo com densidade de A força máxima aplicada no pistão A é de Com base nessas informações, RESPONDA: a) Calcule a razão mínima entre os raios dos pistões A e B para que o elevador seja capaz de elevar o equipamento. b) Sabendo que área do pistão A é de calcule a área do pistão B. c) Com base no desenho, calcule a pressão manométrica no ponto situado a uma distância abaixo do ponto onde a força é aplicada. 1,5 242,0 mm 23,0 mm , TP , T42P T14 P T63 P T21P T7 P 215 cm 260 cm . 1F 8 N= 1F 4 1F 2 12F 14 F 2,0 cm 10,0 cm, 4.000,0 kg. 210,0 m s , 1F , !!" 40.000,0 10.000,0 4.000,0 1.600,0 1.000,0 400 kg. 3700 kg m . 250N. 20,05 m , C, h 0,2m= F 9 Gabarito: Resposta da questão 1: 01 + 02 + 04 = 07. Análise das afirmativas. [01] Verdadeira. Para determinar a pressão atmosférica, determinamos o ponto B na mesma altura do ponto A e o ponto E correspondente à pressão atmosférica, de acordo com a figura: Nota-se que a diferença de altura da coluna de mercúrio entre os pontos B e E é de 80 cm ou 800 mm, assim usando o princípio de Stevin, determinamos a pressão atmosférica. [02] Verdadeira. A pressão exercida pelo gás sobre os pontos A e C são iguais. [04] Verdadeira. A pressão no ponto D equivale à coluna de mercúrio mais a pressão atmosférica. [08] Falsa. O correto é princípio de Stevin. Resposta da questão 2: [E] Pelo teorema de Stevin: Resposta da questão 3: [C] A aumento de pressão a que ele foi submetido é devido a pressão da coluna líquida. No gráfico, para esse aumento de pressão, o tempo de descompressão é de minutos. Resposta da questão 4: [D] Para os pontos e indicados no desenho abaixo, as pressões hidrostáticas são iguais. Usando a pressão das colunas de líquido e Resposta da questão 5: [D] Utilizando a expressão que dá a pressão de uma coluna líquida: Resposta da questão 6: a) A potência média pode ser calculada com a força aplicada deslocamento e o tempo de acordo com: Assim, para os valores informados, temos: b) A intensidade da força produzida sobre o êmbolo é determinada pelo Princípio de Pascal: De acordo com a expressão, a força é diretamente proporcional à área do êmbolo, logo, a força produzida no atm E Bp p p 800mmHg= = - B Ap p 1400mmHg= = atm atmp 1400mmHg 800mmHg p 600mmHg= - \ = atm atm atm 1atm 760 mmHg 600 mmHgp 1atm p 0,789 atm p 600 mmHg 760 mmHg =ì ü = × \ =í ý= þî D atm D Dp p 1400mmHg p 600mmHg 1400mmHg p 2000mmHg= + Þ = + \ = D atm D 1atm 760 mmHg 2000 mmHgp 1atm p 2,63 atm p 2000 mmHg 760 mmHg =ì ü = × \ =í ý= þî ( )4 4 2p dg( h) p 10 10 0,3 0,1 p 2 10 N mΔ Δ Δ Δ= Þ = ´ - Þ = ´ 3 3p gh 10 10 50 p 500 10 p 500 kPaΔ ρ Δ Δ= Þ ´ ´ Þ = ´ Þ = 60 A B A Bp p= p gh.ρ= A A Ap ghρ= B B Bp ghρ= A gρ A Bh gρ= B 3 3 3A A B B B h h 1g cm 6 cm 0,67 g cm 0,7 g cm h 9 cm ρ ρ ρ×= = \ = » =ì ÷ =í =î 0 0 0 dgp dgh p pp dgh h dg ´ Þ = = Þ = ´ 5 40 00 p h 10 60,8 p p 8 10 Pa. h 76h ( )mP ( )F , ( )d ( )t , m F dP t × = m m 200N 0,06 mP P 2,4 W 5 s × = \ = A A B A B F F A A = 10 êmbolo maior é três vezes maior que a força aplicada no menor. Resposta da questão 7: [B] Sabendo que a pressão manométrica do gás é dada por pelo Teorema de Stevin, temos que: Resposta da questão 8: [D] Do enunciado: Como vem: Resposta da questão 9: [D] Resposta da questão 10: [D] Como o veículo sobe com velocidade constante, no êmbolo 2, a força de pressão do fluido e o peso do veículo têm a mesma intensidade: Considerando desprezível a diferença de pressão entre as colunas de fluido, quando os êmbolos estão desnivelados, as pressões neles exercidas são iguais. Pelo teorema de Pascal, têm-se: Resposta da questão 11: a) Do teorema de Pascal: b) Aplicando novamente o teorema de Pascal: c) A pressão manométrica corresponde a pressão da coluna líquida. A A2 2 F 200 N F 600 N 30 cm 10 cm = \ = m int atm,p p p= - m Hg 2 1 3 2 m 3 m p g (h h ) p 13,6 10 10 (8 5) 10 p 4,08 10 Pa ρ - = × × - = × × × - × \ = × O TF 1,5F= F PA,= O O T T O T O T P A 1,5P A P 3 1,5P 42 P 21P = × = × \ = 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 F F F F 6015 F 60 F F F F 4 F A A 15 60 15 = Þ = Þ × = × Þ = Þ = 2F P mg.= = 1 2 1 1 1 2 2 2 1 2 1 2 F F F Fmgp p A A D D 42 2 π π π = Þ = Þ = Þ æ ö æ ö ç ÷ ç ÷ç ÷ ç ÷ è ø è ø 2 1 mg D 4 π = 2 2 2 2 1 1 1 12 2 2 D mg D 4.000 10 (0,02)F F F 1.600 N D 0,1 Þ × × × = Þ = Þ = 2 A A A 2 2 B B BB A r r rP F F F 250 1 . r P r P 4000 r 4r r æ ö = Þ = Þ = = Þ =ç ÷ è ø 2 B B BB A P F 4000 250 4000 0,05 A A 0,8 m . A 0,05 250A A ´ = Þ = Þ = = 2p dgh 700 10 0,2 p 1 400 N/m .= = ´ ´ Þ =