FÍSICA 3-7

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FÍ
SI
C
A
25Editora Bernoulli
09. (Fatec-SP) Um corpo está sujeito a três forças 
coplanares, cujas intensidades constantes são 10 N, 
4,0 N e 3,0 N. Suas orientações encontram-se 
definidas no esquema:
y 10 N
37º
x
3,0 N
4,0 N
Dados:
sen 37º = 0,60
cos 37º = 0,80
A aceleração que o corpo adquire quando submetido 
exclusivamente a essas três forças tem módulo 2,0 m/s2. 
Pode-se concluir que a massa do corpo é, em kg,
A) 8,5. B) 6,5. C) 5,0. D) 2,5. E) 1,5.
10. (Unirio-RJ)
A análise sequencial da tirinha e, especialmente, a do 
quadro final, nos leva imediatamente ao(à)
A) Princípio da Conservação da Energia Mecânica.
B) propriedade geral da matéria, denominada inércia.
C) Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento.
D) Segunda Lei de Newton.
E) Princípio da Independência dos Movimentos.
11. (FMTM-MG) Observe estas tirinhas de Schulz, criador de 
Snoopy e Woodstock.
Considere as afirmações:
I. Após desprender-se do irrigador, a única aceleração 
que o passarinho possui é a da gravidade.
II. O passarinho é arremessado por uma força radial, 
orientada do centro para fora do irrigador.
III. O movimento horizontal do passarinho, após perder 
o contato com o irrigador, só depende da última 
velocidade tangencial por ele adquirida.
IV. A força que arremessa o passarinho encontra seu par 
ação-reação no irrigador.
Com base na Mecânica Clássica de Newton, é CERTO 
dizer que apenas
A) I e III são verdadeiras. 
B) II é verdadeira. 
C) II e IV são verdadeiras.
D) I e IV são verdadeiras.
12. (UFLA-MG) Num jogo de voleibol, é dado um saque e a 
bola descreve uma trajetória parabólica. Desprezando-se 
a resistência do ar, a alternativa CORRETA que mostra 
a força resultante que age sobre a bola ao longo da 
trajetória é:
A) D) 
B) E) 
C) 
13. (PUCPR–2006) Considere o diagrama que relaciona a força F 
e o deslocamento ∆x sofrido por um corpo de massa m 
apoiado em um plano horizontal sem atrito.
D E
CB
A
Força (N)
∆x (m)
O movimento é retilíneo e no ponto A, a velocidade é nula.
Com base nessas informações, analise:
I. No trecho BC, o movimento é uniforme.
II. No trecho ABC, a velocidade aumenta.
III. No trecho DE, a velocidade é nula.
IV. No trecho DE, o movimento é uniforme.
V. No trecho AB, o movimento é uniformemente 
acelerado.
Está(ão) CORRETAS
A) somente II. C) somente III. E) II e III.
B) II e IV. D) somente IV. 
Leis de Newton
26 Coleção Estudo
14. (UFC–2007) Um pequeno automóvel colide frontalmente 
com um caminhão, cuja massa é cinco vezes maior que a 
massa do automóvel. Em relação a essa situação, marque 
a alternativa que contém a afirmativa CORRETA.
A) Ambos experimentam desaceleração de mesma 
intensidade.
B) Ambos experimentam força de impacto de mesma 
intensidade.
C) O caminhão experimenta desaceleração cinco vezes 
mais intensa que a do automóvel.
D) O automóvel experimenta força de impacto cinco 
vezes mais intensa que a do caminhão.
E) O caminhão experimenta força de impacto cinco vezes 
mais intensa que a do automóvel.
15. (UFPel-RS–2006) Um pescador possui um barco a vela que 
é utilizado para passeios turísticos. Em dias sem vento, 
esse pescador não conseguia realizar seus passeios. 
Tentando superar tal dificuldade, instalou, na popa do 
barco, um enorme ventilador voltado para a vela, com 
o objetivo de produzir vento artificialmente. Na primeira 
oportunidade em que utilizou seu invento, o pescador 
percebeu que o barco não se movia como era por ele 
esperado. O invento não funcionou!
A razão para o não funcionamento desse invento é que
A) a força de ação atua na vela e a de reação, no ventilador.
B) a força de ação atua no ventilador e a de reação, na água.
C) ele viola o Princípio da Conservação da Massa.
D) as forças que estão aplicadas no barco formam um 
sistema, cuja resultante é nula.
E) ele não produziu vento com velocidade suficiente para 
movimentar o barco.
16. (Unipar-PR–2007) Com relação à 3ª Lei de Newton, 
analise as proposições seguintes.
I. A força que a Terra exerce sobre a Lua é exatamente 
igual, em intensidade, à força que a Lua exerce sobre 
a Terra.
II. Se um ímã atrai um prego, o prego atrai o ímã com 
uma mesma força de mesma intensidade e direção, 
mas com sentido contrário.
III. A força que possibilita um cavalo puxar a carroça é a 
força que a carroça exerce sobre ele.
Podemos afirmar que
A) somente as proposições I e II estão corretas.
B) somente as proposições I e III estão corretas.
C) somente as proposições II e III estão corretas.
D) as proposições I, II e III estão corretas.
E) somente a proposição II está correta.
SEÇÃO ENEM
01. As Leis de Newton se relacionam com as mais diversas 
situações e processos. No campo esportivo, por exemplo, 
algumas das técnicas que dão ao atleta vantagem 
competitiva em relação a seu oponente estão relacionadas 
com a 3ª Lei de Newton. Assim, o processo que está mais 
diretamente ligado à Lei da Ação e Reação é
A) um tenista jogar a bola bem alto para dar um saque 
e tentar o ace.
B) um boxeador girar o tronco para desferir um golpe 
com mais potência.
C) um nadador puxar o máximo de água para trás a fim 
de ganhar propulsão.
D) um jogador de basquete pular ao fazer um arremesso 
de 3 pontos.
E) o jogador de futebol tomar distância para bater uma 
falta com mais força.
02. 
B
10 N
10 N
Figura 2Figura 1
A
10 N
A
10 N
As figuras anteriores representam superfícies horizontais 
sem atrito, nas quais estão apoiados um bloco A, de 
peso 10 N. Na figura 1, um bloco B, de peso 10 N, 
está conectado ao bloco A por meio de um fio ideal, 
enquanto que ,na figura 2, uma pessoa exerce uma força 
de 10 N na extremidade de um fio ideal conectado ao 
bloco A. Em ambos os casos, o bloco A é puxado pelo fio 
e entra em movimento acelerado. Comparando-se o valor 
da tensão na corda e a aceleração dos blocos nas duas 
situações, conclui-se que a tensão na corda
A) e a aceleração do bloco A são maiores na situação da 
figura 1.
B) é maior na situação da figura 1, e a aceleração do 
bloco A é maior na situação da figura 2.
C) e a aceleração do bloco A são maiores na situação da 
figura 2.
D) é maior na situação da figura 2, e a aceleração do 
bloco A é maior na situação da figura 1.
E) e a aceleração do bloco A são iguais nas duas 
situações.
GABARITO
Fixação 
01. A 02. A 03. C 04. B 05. B
Propostos
01. B 05. C 09. D 13. B
02. C 06. A 10. B 14. B
03. D 07. D 11. A 15. D
04. C 08. B 12. C 16. A
Seção Enem 
01. C 02. C
Frente A Módulo 06
FRENTE
27Editora Bernoulli
MÓDULOFÍSICA
Todo corpo, independentemente do seu estado físico, 
possui uma energia interna associada ao movimento 
de suas moléculas. Essa energia depende basicamente 
da quantidade de moléculas e da temperatura do corpo 
(sistema). Em geral, a energia interna e o estado de um 
sistema variam quando há uma troca de energia, na forma 
de calor e trabalho, entre o sistema e a sua vizinhança. 
Assim, para calcular a variação de energia interna, basta 
fazermos um balanço do calor e do trabalho trocado entre 
o sistema e a vizinhança. Esse balanço, denominado de 
1ª Lei da Termodinâmica, nada mais é do que o Princípio 
da Conservação da Energia aplicado a sistemas térmicos.
Neste módulo, vamos estudar ap l icações da 
1ª Lei da Termodinâmica em sistemas gasosos, embora 
esse princípio possa ser aplicado a qualquer estado da 
matéria. Iniciaremos o módulo ensinando como calcular o 
trabalho realizado ou sofrido por um gás. Em seguida, vamos 
apresentar a equação da 1ª Lei da Termodinâmica, usando-a 
para analisar as transferências de energia em um gás ideal, 
sujeito a transformações termodinâmicas especiais. 
Na sequência, vamos ampliar o conceito de calor específico e 
aprender a calcular o calor recebido ou cedido por um gás em 
transformações isobáricas e isovolumétricas. Por fim, vamos 
usar a 1ª Lei da Termodinâmica para estudar a transformação 
adiabática, processo caracterizado pela ausência de troca 
de calorentre o sistema e a vizinhança.
TRABALHO EM SISTEMAS 
GASOSOS
Um sistema gasoso pode trocar trabalho com a sua 
vizinhança por diferentes formas. Por exemplo, um gás pode 
ser aquecido devido ao trabalho realizado por uma força de 
atrito, como ilustra a figura 1. Nessa montagem, à medida 
que o bloco desce com velocidade constante, a energia 
potencial gravitacional do bloco converte-se em trabalho, 
realizado pela força de atrito entre as pás e o gás. O módulo 
do trabalho realizado sobre o gás é W = mgh, em que m é 
a massa do bloco, g é a aceleração da gravidade, e h é o 
deslocamento do bloco. 
Pás
Gás
Bloco
h
m
Figura 1: Um trabalho é realizado sobre o gás quando o bloco 
se desloca para baixo.
Outra forma importante de trabalho é devida ao 
movimento de fronteira de um sistema. A fronteira de um 
sistema é a superfície imaginária que envolve o sistema 
de estudo, separando-o da vizinhança. Por exemplo, 
na figura 2, considere que o sistema seja o gás contido no 
cilindro. Então, a superfície em sua volta (linha tracejada) 
é a fronteira, e todo o restante é a vizinhança: o cilindro, 
o êmbolo, o bico de Bunsen, o ar ambiente, etc. 
F = PA
∆x
∆V
P
Pr
es
sã
o
Volume
Estado
inicial
Estado
final
Figura 2: Trabalho realizado devido ao movimento de fronteira 
do gás.
Agora, vamos calcular o trabalho que o gás troca 
com a vizinhança na situação mostrada na figura 2. 
Nessa montagem, o gás se expande, realizando um trabalho 
sobre a vizinhança. Como o êmbolo se desloca livremente, 
a pressão P exercida pelo gás é constante (expansão 
isobárica mostrada no gráfico da figura 2). Isso significa 
que a força F que o gás exerce sobre o êmbolo mantém-se 
constante durante o deslocamento. Da Mecânica, sabemos 
que o trabalho realizado por essa força pode ser calculado 
pelo produto entre F e o deslocamento ∆x do êmbolo. 
1a Lei da Termodinâmica 05 B
28 Coleção Estudo
A força, por sua vez, pode ser expressa pelo produto entre a 
pressão P e a área A do êmbolo. Assim, o trabalho realizado 
pelo gás é W = PA∆x. Note que o produto A∆x representa a 
variação de volume ∆V sofrida pelo gás. Assim, concluímos 
que o trabalho devido ao movimento de fronteira de um gás, 
em um processo isobárico, é dado por:
W = P∆V
Essa equação é muito importante e podemos tirar algumas 
conclusões a partir dela. Primeiramente, vamos usá-la 
para confirmar que a unidade de trabalho, no Sistema 
Internacional, é o joule (J). De acordo com a equação, 
a unidade de trabalho é o produto entre as unidades de 
pressão e de volume. No SI, como esperado, esse produto é 
(N/m2).m3 = N.m = J. Em alguns exercícios, usaremos 
as unidades atm e L para a pressão e para o volume, 
respectivamente. Nesses casos, o trabalho será dado em 
atm.L, e devemos ter em mente que essa é também uma 
unidade de energia.
Observe que a área sob o gráfico de pressão versus volume 
mostrado na figura 2 é exatamente igual ao produto P∆V, 
ou seja, essa área é numericamente igual ao trabalho 
realizado pelo gás. Na verdade, a área sob o gráfico P versus V, 
independentemente de a pressão ser ou não constante, 
fornece o valor do trabalho realizado pelo gás ou sobre ele.
O trabalho possui um sinal. Como o valor da pressão é 
sempre positivo, o sinal do trabalho é determinado pelo sinal 
da variação de volume. Quando o gás sofre uma expansão, 
como aquela indicada na figura 2, ∆V > 0. Por isso, o trabalho 
também é positivo. Quando o gás é comprimido, ∆V 0 Q 0
Vizinhança
Figura 3: Convenção de sinais do calor e do trabalho.
A 1ª LEI DA TERMODINÂMICA
Energia interna
Antes de estudarmos a 1ª Lei da Termodinâmica, vamos 
discutir um pouco mais o conceito de energia interna 
de um corpo (sistema). Diferentemente do trabalho e 
do calor, a energia interna é uma propriedade de estado. 
Qualquer sistema, como uma amostra de gás contida em 
um recipiente, não possui trabalho ou calor, mas possui 
energia interna. Assim como a temperatura, o volume e 
a pressão, a energia interna é uma grandeza de estado. 
Do ponto de vista microscópico, a energia interna representa 
o conteúdo energético das moléculas do sistema. Conforme 
já aprendemos no estudo dos gases, a energia interna de um 
gás ideal monoatômico é devida apenas à energia cinética 
de translação dos átomos e o seu valor é dado por:
U =
3
2
NkT =
3
2
nRT =
3
2
PV
P, V e T são a pressão, o volume e a temperatura absoluta 
do gás. N e n são o número de moléculas e o número de 
mols do gás, respectivamente. O fator k é a constante de 
Boltzmann (1,38 x 10–23 J/K), definida pelo quociente entre 
a constante universal dos gases ideais (R = 8,314 J/mol.K) 
e o número de Avogadro (NA = 6,02 x 1023 moléculas/mol).
Frente B Módulo 05