Nome: _______________________________________________ nº __________ Professor(a): ______________________________ Série: 3ª EM. Turma: __________
Data: _____/_____/2013
Exercícios de Física I - 3º ANO
1. (Epcar (Afa) 2013) Uma partícula de massa m e carga elétrica negativa gira em órbita circular com velocidade escalar constante de módulo igual a v, próxima a uma carga elétrica positiva fixa, conforme ilustra a figura abaixo.
Desprezando a interação gravitacional entre as partículas e adotando a energia potencial elétrica nula quando elas estão infinitamente afastadas, é correto afirmar que a energia deste sistema é igual a
a) 1mv2 2 b) 1mv2 2 c) 2mv2 2 d) 2mv2 2
2. (Pucrj 2013) Duas cargas pontuais q13,0 C e qμ 2 6,0 Cμ são colocadas a uma distância de 1,0 m entre si. Calcule a distância, em metros, entre a carga q1 e a posição, situada entre as cargas, onde o campo elétrico é nulo.
Considere kC = 9109 Nm2/C2 a) 0,3 b) 0,4 c) 0,5 d) 0,6 e) 2,4
3. (Pucrj 2013) O gráfico abaixo apresenta a medida da variação de potencial em função da corrente que passa em um circuito elétrico.
Podemos dizer que a resistência elétrica deste circuito é de: a) 2,0 m b) 0,2 c) 0,5 d) 2,0 k e) 0,5 k
4. (Fuvest 2013) No circuito da figura abaixo, a diferença de potencial, em módulo, entre os pontos A e B é de
1º Trimestre
a) 5 V. b) 4 V. c) 3 V. d) 1 V. e) 0 V.
5. (Pucrj 2013)
No circuito mostrado na figura, a diferença de potencial entre os pontos B e A vale, em Volts: a) 3,0 b) 1,0 c) 2,0 d) 4,5 e) 0,75
6. (Fuvest 2013) Em uma aula de laboratório, os alunos determinaram a força eletromotriz ε e a resistência interna r de uma bateria. Para realizar a tarefa, montaram o circuito representado na figura abaixo e, utilizando o voltímetro, mediram a diferença de potencial V para diferentes valores da resistência R do reostato. A partir dos resultados obtidos, calcularam a corrente I no reostato e
construíram a tabela apresentada logo abaixo.
a) Complete a tabela abaixo com os valores da corrente I. V(V) R() I(A) 1,14 7,55 0,15 1,10 4,40 1,05 2,62 0,40 0,96 1,60 0,85 0,94 0,90
c) Determine a força eletromotriz ε e a resistência interna r da bateria.
Note e adote: Um reostato é um resistor de resistência variável; Ignore efeitos resistivos dos fios de ligação do circuito.
7. (Unesp 2013) Determinada massa de água deve ser aquecida com o calor dissipado por uma associação de resistores ligada nos pontos A e B do esquema mostrado na figura.
Para isso, dois resistores ôhmicos de mesma resistência R podem ser associados e ligados aos pontos A e B. Uma ddp constante U, criada por um gerador ideal entre os pontos A e B, é a mesma para ambas as associações dos resistores, em série ou em paralelo.
Considere que todo calor dissipado pelos resistores seja absorvido pela água e que, se os resistores forem associados em série, o aquecimento pretendido será conseguido em 1 minuto. Dessa forma, se for utilizada a associação em paralelo, o mesmo aquecimento será conseguido num intervalo de tempo, em segundos, igual a
a) 30. b) 20. c) 10. d) 45. e) 15.
8. (Uel 2013) As lâmpadas de LED (Light Emissor Diode) estão substituindo progressivamente as lâmpadas fluorescentes e
representam um avanço tecnológico nas formas de conversão de energia elétrica em luz. A tabela, a seguir, compara as características dessas lâmpadas.
Características Fluorescente LED Potência média (W) 9 8 Tempo médio de duração (horas) 6000 25000 Tensão nominal (Volts) 110 220 Fluxo luminoso (lm) 490 450
Com relação à eficácia luminosa, que representa a relação entre o fluxo luminoso e a potência do dispositivo, Lumen por Watt (lm/W), considere as afirmativas a seguir.
I. A troca da lâmpada fluorescente pela de LED ocasionará economia de 80% de energia. II. A eficácia luminosa da lâmpada de LED é de 56,25 lm/W.
IV. O consumo de energia elétrica de uma lâmpada de LED durante o seu tempo médio de duração é de 200 kWh. Assinale a alternativa correta.
a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.
9. (Uerj 2013) Ao ser conectado a uma rede elétrica que fornece uma tensão eficaz de 200 V, a taxa de consumo de energia de um resistor ôhmico é igual a 60 W.
Determine o consumo de energia, em kWh, desse resistor, durante quatro horas, ao ser conectado a uma rede que fornece uma tensão eficaz de 100 V.
10. (Espcex (Aman) 2013) O amperímetro é um instrumento utilizado para a medida de intensidade de corrente elétrica em um circuito constituído por geradores, receptores, resistores, etc. A maneira correta de conectar um amperímetro a um trecho do circuito no qual queremos determinar a intensidade da corrente é
a) em série b) em paralelo c) na perpendicular d) em equivalente e) mista
11. (Fuvest 2013) Um raio proveniente de uma nuvem transportou para o solo uma carga de 10 C sob uma diferença de potencial de 100 milhões de volts. A energia liberada por esse raio é
(Note e adote: 1 J 3 107kWh.) a) 30 MWh. b) 3 MWh. c) 300 kWh. d) 30 kWh. e) 3 kWh.
12. (Pucrj 2013) Um determinado circuito é composto de uma bateria de 12,0 V e mais quatro resistores, dispostos como mostra a figura.
a) Determine a corrente elétrica no ponto A indicado na figura.
b) Determine a diferença de potencial entre os pontos B e C apresentados na figura.
13. (Unicamp 2013) Uma forma alternativa de transmissão de energia elétrica a grandes distâncias (das unidades geradoras até os centros urbanos) consiste na utilização de linhas de transmissão de extensão aproximadamente igual a meio comprimento de onda da corrente alternada transmitida. Este comprimento de onda é muito próximo do comprimento de uma onda eletromagnética que viaja no ar com a mesma frequência da corrente alternada.
a) Qual é o comprimento de onda de uma onda eletromagnética que viaja no ar com uma frequência igual a 60 Hz? A velocidade da luz no ar é c = 3108 m/s.
b) Se a tensão na linha é de 500 kV e a potência transmitida é de 400 MW, qual é a corrente na linha?
14. (G1 - utfpr 2012) Quando atritamos uma régua de plástico com um pedaço de lã:
I. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada com cargas elétricas e o pedaço de lã continue neutro eletricamente, pois o papel da lã é de atritar a régua.
II. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada com cargas elétricas e o pedaço de lã fique carregado com cargas elétricas contrárias às da régua, pois há transferência de cargas de um material para o outro.
III. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada eletricamente com o mesmo tipo de cargas da lã, pois a transferência de cargas se dá de um objeto carregado para o outro.
Está(ão) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) IV. e) I e IV.
15. (G1 - ifsp 2012) Enquanto fazia a limpeza em seu local de trabalho, uma faxineira se surpreendeu com o seguinte fenômeno: depois de limpar um objeto de vidro, esfregando-o vigorosamente com um pedaço de pano de lã, percebeu que o vidro atraiu para si pequenos pedaços de papel que estavam espalhados sobre a mesa.
O motivo da surpresa da faxineira consiste no fato de que
a) quando atritou o vidro e a lã, ela retirou prótons do vidro tornando-o negativamente eletrizado, possibilitando que atraísse os pedaços de papel.
b) o atrito entre o vidro e a lã aqueceu o vidro e o calor produzido foi o responsável pela atração dos pedaços de papel.
c) ao esfregar a lã no vidro, a faxineira criou um campo magnético ao redor do vidro semelhante ao existente ao redor de um ímã. d) ao esfregar a lã e o vidro, a faxineira tornou-os eletricamente neutros, impedindo que o vidro repelisse os pedaços de papel. e) o atrito entre o vidro e a lã fez um dos dois perder elétrons e o outro ganhar, eletrizando os dois, o que permitiu que o vidro atraísse
os pedaços de papel.
16. (G1 - ifsc 2012) Como funciona a Máquina de Xerox
Quando se inicia a operação em uma máquina de Xerox, acende-se uma lâmpada, que varre todo o documento a ser copiado. A imagem é projetada por meio de espelhos e lentes sobre a superfície de um tambor fotossensível, que é um cilindro de alumínio revestido de um material fotocondutor.
Os fotocondutores são materiais com propriedade isolante no escuro. Mas, quando expostos à luz, são condutores. Assim, quando a imagem refletida nos espelhos chega ao tambor, as cargas superficiais do cilindro se alteram: as áreas claras do documento
eliminam as cargas elétricas que estão sobre a superfície do cilindro e as áreas escuras as preservam. Forma-se, então, uma imagem latente, que ainda precisa ser revelada. Para isso, o cilindro é revestido por uma fina tinta de pó, o tonalizador, ou toner, que adere à imagem latente formada sobre o tambor. Em seguida, toda a imagem passa para as fibras do papel, através de pressão e calor. E, assim, chega-se à cópia final.
Fonte: Revista Globo Ciência, dez. 1996, p. 18. O texto acima se refere a uma aplicação do fenômeno de eletrização, pois é graças a ele que o toner adere ao cilindro metálico
mencionado. O processo de eletrização pode ocorrer de três formas distintas: atrito, indução e contato, mas todos os processos têm algo em comum. É CORRETO afirmar que o comum destes processos é:
a) Deixar o corpo eletrizado, com um desequilíbrio entre o número de cargas elétricas positivas e negativas. b) Deixar o corpo eletrizado, com um equilíbrio entre o número de cargas elétricas positivas e negativas. c) Arrancar as cargas positivas do corpo eletrizado.
d) Deixar o corpo eletrizado com uma corrente elétrica negativa. e) Deixar o corpo eletrizado com um campo magnético.
17. (Upf 2012) Uma pequena esfera de 1,6 g de massa é eletrizada retirando-se um número n de elétrons. Dessa forma, quando a esfera é colocada em um campo elétrico uniforme de 1 10 N C, 9 na direção vertical para cima, a esfera fica flutuando no ar em equilíbrio. Considerando que a aceleração gravitacional local g é 10 m/s2 e a carga de um elétron é 1,6 10 19C, pode-se afirmar que o número de elétrons retirados da esfera é:
a) 1 10 19 b) 1 10 10 c) 1 10 9 d) 1 10 8 e) 1 10 7
18. (G1 - cftmg 2012) A figura representa um trecho de um circuito elétrico em que a diferença de potencial entre os pontos A e B vale 12 V.
O valor da intensidade de corrente elétrica i, em ampères, e da resistência elétrica do resistor R, em ohm, valem, respectivamente, a) 2,0 e 6,0.
b) 4,0 e 2,0. c) 6,0 e 2,0. d) 6,0 e 4,0.
19. (G1 - ifce 2012) Um resistor ôhmico de 576, submetido a uma ddp de 240 V, dissipa, em 2 horas, uma energia elétrica, em joules, de a) 3,6x105. b) 3,6x106. c) 7,2x106. d) 7,2x105. e) 2,0x102.
20. (Ufsm 2012) O uso de datashow em sala de aula é muito comum. As lâmpadas de filamento que são usadas nesses equipamentos têm potência elevada de, aproximadamente, 1100 W quando ligadas em 220 V. Se um datashow for usado durante 1 hora e 40 minutos, que é o tempo de duração de uma aula com dois períodos, qual é a energia consumida em J?
a) 5,00 X 102. b) 2,42 X 103. c) 1,10 X 105. d) 6,60 X 106. e) 1,45 X 108.
21. (G1 - ifce 2011) Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, se encontram isoladas e bem afastadas uma das outras. A esfera A possui carga Q e as outras estão neutras. Faz-se a esfera A tocar primeiro a esfera B e depois a esfera C. Em seguida, faz-se a esfera B tocar a esfera C.
No final desse procedimento, as cargas das esferas A, B e C serão, respectivamente, a) Q/2, Q/2 e Q/8. b) Q/4, Q/8 e Q/8. c) Q/2, 3Q/8 e 3Q/8. d) Q/2, 3Q/8 e Q/8. e) Q/4, 3Q/8 e 3Q/8.
22. (Ufsm 2011) A luz é uma onda eletromagnética, isto é, a propagação de uma perturbação dos campos elétrico e magnético locais. Analise as afirmações a seguir, que estão relacionadas com as propriedades do campo elétrico.
I. O vetor campo elétrico é tangente às linhas de força.
II. Um campo elétrico uniforme se caracteriza por ter as linhas de força paralelas e igualmente espaçadas.
III. O número de linhas de força por unidade de volume de um campo elétrico é proporcional à quantidade de cargas do corpo. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas I e II. d) apenas III. e) I, II e III.
23. (Ufpa 2011) O acelerador de partículas LHC, o Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider), recebeu da imprensa vários adjetivos superlativos: “a maior máquina do mundo”, “o maior experimento já feito”, “o big-bang recriado em laboratório”, para citar alguns. Quando o LHC estiver funcionando a plena capacidade, um feixe de prótons, percorrendo o perímetro do anel circular do acelerador, irá conter 1014 prótons, efetuando 104 voltas por segundo, no anel.
Considerando que os prótons preenchem o anel uniformemente, identifique a alternativa que indica corretamente a corrente elétrica que circula pelo anel.
Dado: carga elétrica do próton
1,6 10
19C
a) 0,16 A b)1,6 10
15A
c)1,6 10
29A
d)1,6 10
9A
e)1,6 10
23A
24. (Udesc 2011) Um fio condutor foi submetido a diversas voltagens em um laboratório. A partir das medidas dessas voltagens e das correntes que se estabeleceram no condutor, foi possível obter o gráfico a seguir.
O valor da resistência desse condutor é: a) 32 Ù b) 0,02 Ù c) 150 Ù d) 250 Ù e) 50 Ù
25. (Unifesp 2011) Os circuitos elétricos A e B esquematizados, utilizam quatro lâmpadas incandescentes L idênticas, com
especificações comerciais de 100 W e de 110 V, e uma fonte de tensão elétrica de 220 V. Os fios condutores, que participam dos dois circuitos elétricos, podem ser considerados ideais, isto é, têm suas resistências ôhmicas desprezíveis.
a) Qual o valor da resistência ôhmica de cada lâmpada e a resistência ôhmica equivalente de cada circuito elétrico?
b) Calcule a potência dissipada por uma lâmpada em cada circuito elétrico, A e B, para indicar o circuito no qual as lâmpadas apresentarão maior iluminação.
Gabarito:
Resposta da questão 1: [A]
A força elétrica age como resultante centrípeta sobre a partícula de carga negativa. Assim:
cent 2 el res 2 2 k Q q m v F F R R k Q q m v . I R A energia do sistema é a soma da energia cinética com a energia potencial elétrica:
2 pot cin 2 k Q q m v E E E 2 R m v k Q q E . II 2 R Substituindo (I) em (II): 2 2 2 m v 1 E m v E m v . 2 2 Resposta da questão 2: Gabarito Oficial: [B]
Gabarito SuperPro®: Nenhuma das alternativas está correta. Observe a figura abaixo.
Para que o campo elétrico no ponto assinalado seja nulo, E1 E2 . Portanto:
1 2 2 2 2 2 2 2 kq kq 3 6 1 2 x (1 x) x (1 x) x 1 2x x 2 2 2 2x x 2x 1 x 2x 1 0 2 2 2 4x1x( 2) 2 12 2 2 3 x 1 3 0,73m 2 2 2 Resposta da questão 3: [D]
Primeira Lei de OHM
VR.i12Rx6 R 2,0k Resposta da questão 4:
[B]
Como o circuito está aberto entre os pontos A e B, a corrente elétrica entre esses pontos é nula, sendo, portanto, também nula a corrente pelo resistor de R2 = 4 , ligado ao ponto A; ou seja, esse resistor não tem função, não entrando no cálculo da resistência equivalente. O circuito da figura 2 é uma simplificação do circuito da figura 1.
Calculando a resistência equivalente: eq 2 R 4 5 . 2
A ddp no trecho é U = 5 V, e a ddp entre os pontos A e B (UAB) é a própria ddp no resistor R1. Assim:
eq eq AB 1 AB U 5 U R I I 1 A. R 5 U R i 4 1 U 4 V. Resposta da questão 5: [C]A resistência equivalente do circuito é: R 1 1/ /1 1 0,5 1,5
A corrente no circuito é: VR.i 3 1,5.i i 2,0A A ddp procurada é:
AB
VR.iV 1x22,0V Resposta da questão 6:
a) Aplicando a 1ª Lei de Ohm na 2ª e 4ª linhas:
2 4 1,1 I 0,25 A. 4,4 V V R I I 0,96 R I 0,60 A. 1,6 V(V) R() I(A) 1,14 7,55 0,15 1,10 4,40 0,25 1,05 2,62 0,40 0,96 1,60 0,60 0,85 0,94 0,90
Obs.: no eixo das tensões, os valores começam a partir de V = 0,7 V, por isso a reta não cruza o eixo das correntes no valor da corrente de curto circuito.
c) Substituindo os dois primeiros valores de V e de I da tabela na equação do gerador e subtraindo membro a membro as duas equações:
1,14 r 0,15 0,04 V r I 1,10 r 0,25 r r 0,4 . 0,1 0,04 0 0,10 r 1,14 0,4 0,15 1,14 0,06 1,2 V. ε ε ε Ω ε ε ε Obs.: A equação dessa bateria é: V1,2 0,4 I. Para V = 0,7 V: 1,2 0,7 0,7 1,2 0,4 I I i 1,25 A. 0,4
Esse é o valor em que a linha do gráfico corta o eixo das correntes, como assinalado no gráfico do item anterior. Resposta da questão 7:
[E]
Dados: tS= 1 min = 60 s.
As resistências equivalentes das associações série (RS) e paralelo (RP) são, respectivamente:
S
R 2 R e RP R.
2
Para o mesmo aquecimento, é necessária a mesma quantidade de calor nas associações paralelo e série (QP= QS). Aplicando a
expressão da potência elétrica para uma associação de resistores:
2 2 P S P P S S P S P S S S S P P P P P U U Q Q P t P t t t R R t t t t 60 2 t t t R 2 R 2 4 4 2 t 15 s. Resposta da questão 8: [E]
I. Incorreta. O consumo de energia está relacionado à potência ( E P t). A relação entre as potências é:
led flu
P 8
0,89 89%.
P 9 A troca ocasionará uma economia de 11%.
II. Correta. Sendo e a eficácia luminosa, temos: eled 450 56,25 lm / W. 8
III. Correta. flu flu led led 9 9 i i P 110 110 9 220 18 P U i i 2,25. 8 8 U i 110 8 8 i 220 220 IV. Correta. ΔEP tΔ 8 25.000
200.000 W h 200 kW h. Resposta da questão 9:Dados nominais fornecidos no enunciado:
U200V P60w
A partir destes dados, temos:
3
E P Δt15.10 kω 4 h neste resistor é dada por:
2 2 U 100 3.10000 P 2000 R 2000 3 30 P P 15w 2
A energia consumida em 4 horas é dada por:
3 E P Δt15.10 kw 4 h E 0,06kwh Resposta da questão 10: [A]Para que o amperímetro faça a leitura correta, ele deve ter resistência interna nula e ser ligado em série com o trecho de circuito onde se quer medir a corrente.
Resposta da questão 11: [C] Dados: U = 100106 V; Q = 10 C; 1 J = 310-7 kWh.
6 9 9 7 kW h E U Q 100 10 10 10 J E 10 J 3 10 . J E 300 kW h. Δ Δ Δ Resposta da questão 12:Como as resistências de 1,0 k estão em paralelo o circuito pode ser reduzido para o mostrado abaixo.
A corrente circulante será V R.i 12 4,5i i 12 8A
4,5 3
A ddp procurada valerá: VBC R.i VBC 0,5x8 i 4A
3 3
Resposta da questão 13:
a) Dados: c = 3108 m/s; f = 60 Hz. Da equação fundamental da ondulatória:
8 6 c 3 10 c f 5 10 m. f 60 λ λ λ b) Dados: P = 400 MW = 400106 W; U = 500 kV = 500103 V. Da expressão da potência elétrica:
6 3 P 400 10 P U i i i 800 A. U 500 10 Resposta da questão 14: [B]
Quando são atritados dois corpos isolantes, eles adquirem cargas de mesmo módulo e de sinais opostos. Portanto, somente a afirmativa II está correta.
Resposta da questão 15: [E]
Na eletrização por atrito ocorre transferência de elétrons de um corpo para o outro, ficando ambos eletrizados com cargas de sinais opostos.
Resposta da questão 16: [A]
Para que um corpo seja eletrizado, por qualquer processo, ele deve ganhar ou perder elétrons, havendo, então, um desequilíbrio entre o número de prótons (cargas positivas) e o número de elétrons (cargas negativas).
Resposta da questão 17: [D]
Dados: m = 1,6 g 1,6 10 –3kg; e1,6 10 –19C; E 1 10 N C;9 g = 10 m/s2. Como a esfera está em equilíbrio, a força eletrostática equilibra o peso:
3 8 19 9 m g F P |q|E m g n eE m g n eE 1,6 10 10 n n 1 10 . 1,6 10 10 Resposta da questão 18: [D]
Como os dois resistores estão em paralelo, a ddp, U = 12 V, é a mesma nos dois ramos. Aplicando a 1ª lei de Ohm:
12 2 i i 6 A. U R i 12 R 3 R 4 Ω. Resposta da questão 19: Gabarito Oficial: [C] Gabarito SuperPro®: [D]
2 2 5 U 240 E P t E t 2 3.600 R 576 E 7,2 10 J. Δ Δ Δ Δ Δ Resposta da questão 20: [D] Dados: P = 1.100 W; t = 1 h e 40 min = 6.000 s.
6 E P t 1.100 6.000 6,6 10 J. Resposta da questão 21: [E] A B A C B CQ
0
Q
A com B: Q
Q
;
2
2
Q
0
Q
2
A com C: Q
Q
;
2
4
Q
Q
3Q
3 Q
2
4
4
B com C: Q
Q
.
2
2
8
A tabela abaixo mostra o resultado final.
Contatos A B C Início Q 0 0 A com B Q/2 Q/2 0 A com C Q/4 Q/2 Q/4 B com C Q/4 3Q/8 3Q/8 Resposta da questão 22: [C]
I. Correta. O vetor campo elétrico é tangente às linhas de força. II. Correta.
III. Incorreta. De acordo com a lei de Gauss, o número de linhas de força por unidade de área de um campo elétrico é proporcional à quantidade de carga do corpo.
Resposta da questão 23: [A]
A corrente elétrica é dada pela razão entre a carga que passa por unidade de tempo. A cada segundo passam 1014 prótons, 104 vezes. Assim, a intensidade da corrente elétrica é:
14 4 19
Q
10
10
1,6 10
i
i
0,16 A.
t
1
Resposta da questão 24: [E] V 32 R 50 i 0,6 Resposta da questão 25: Dados: PL = 100 W; UL = 110 V; U = 220 V.a) A resistência de cada lâmpada é:
2 2 L L L L
U
U
110 110
P
R
R
R
121
R
P
100
.No circuito A temos dois ramos em paralelo, tendo cada um duas lâmpadas em série. A resistência de cada ramo é 2R. Assim: A A
2 R
R
R
R
121
2
.No circuito B as quatro lâmpadas estão em série. Então: RB = 4R = 4(121)
RB = 484 .b) No circuito A a tensão em cada ramo é U = 220 V, portanto, em cada lâmpada a tensão é UA = 110 V. Cada uma dissipa potência
PA dada por: 2 A A A
U
110 110
P
P
100 W.
R
121
No circuito B temos 4 lâmpadas em série, sob tensão total U = 220 V. A tensão em cada lâmpada é:
B
220
U
55
4
V.Cada lâmpada dissipa potência PB, sendo:
2 B B B
