Hfen11 Em Cad Ativ Prova 11

A prova d

os 11

A caminh

o do su

cesso

Helena Caldeira Júlia Quadros

Carla Machado

Física e Químic

a A

Física

11.º ano

O

o

HFEN11CA © P

ort

o E

di

tora

Antes de começar a resolver os testes

Agora que já estudou a matéria e resolveu exercícios (do seu Manual e do Caderno de

Ativi-dades), é importante resolver provas de exames anteriores. Porém, como poderão surgir

questões diferentes das contempladas até este ano, elaborámos, especialmente para si, testes que visam a sua preparação e autoavaliação.

• Comece por fazer a revisão dos assuntos previstos nas Metas Curriculares. Há algum

tema em que tenha especial dificuldade? Os Resumos do seu Caderno de Atividades poderão ser muito úteis nesta fase de revisão.

• Responda aos testes. Tome nota das dificuldades que vai sentindo e das questões que

ainda não domina e que precisa de voltar a estudar.

• Tente reproduzir as condições de exame: regule o tempo de execução da prova e não

consulte qualquer informação.

• Cada teste está cotado para 10 valores (cotação aproximada da componente de Física

no exame nacional) e deverá ser resolvido em cerca de 1 hora (metade do tempo re-gulamentar do exame), para que possa reservar 15 minutos de tolerância para rever as questões da componente de Física.

(Exame 2010 – 1.ª fase) – 15 pontos

(Exame 2010 – 1.ª fase) – 15 pontos

Como se deve responder

(Resolução comentada de exercícios de tipologias diferentes)

2. Para aumentar a área de superfície lunar suscetível de ser explorada, os astronautas da Apollo 15 usaram

um veículo conhecido como jipe lunar.

2.1. Na Lua, a inexistência de atmosfera impede que ocorra o mecanismo de convecção que , na Terra,

facilitaria o arrefecimento do motor do jipe.

Descreva o modo como aquele mecanismo de convecção se processa

2. Na figura está representado um carrossel. Quando

o carrossel está em movimento, cada um dos ca-valinhos move-se com movimento circular uni-forme.

2.1. Quando o carrossel está em movimento, os

cavalinhos A e B descrevem circunferências de raios diferentes.

Conclua, justificando,

qual dos cavalinhos, A ou B, tem maior aceleração.

Itens de construção (texto) – resposta curta (10 pontos) ou restrita (15 pontos) com 2 ou 3 etapas de resolução.

Resposta:

2.5. Em contacto com o motor, o ar aquece tornando-se menos denso e

sobe, originando uma corrente de ar quente ascendente. etapa A

À medida que sobe, o ar arrefece, torna-se mais denso e desce,

origi-nando uma corrente de ar frio, descendente. etapa B

Estes processos repetem-se ao longo do tempo, de tal modo que se formam, em simultâneo, correntes de convecção (ar quente

ascen-dente e ar frio descenascen-dente). etapa C

Diga a regra: aquele mecanismo tem

duas fases – o ar quente sobe; o ar frio desce.

Conclua: o mecanismo é a repetição

dos dois fenómenos simultâneos – correntes de convecção.

Quer comparar?

Refira primeiro as semelhanças! Só depois deve falar das diferenças!

Diga a regra: como variam as grandezas

em jogo. Explique com clareza e sem detalhes. Se necessita de expressões vá ao formulário e use-o!

Descreva sucintamente: invoque

conceitos/ princípios físicos. Não entre em pormenores.

Conclua: não tem de referir os dois

cavalinhos; basta referir o que tem maior aceleração – seja objetivo!

Resposta:

2.2. Os períodos dos movimentos dos cavalinhos A e B são iguais

[as velocidades angulares dos carrinhos A e B são iguais].

etapa A

Como no movimento circular uniforme ac= v

2

r e v =2pT =r wr,

deduz--se que ac = w2 r e que a aceleração centrípeta aumenta com o raio

da circunferência descrita. etapa B

Como o cavalinho A descreve uma circunferência com maior raio,

terá uma aceleração centrípeta com módulo maior. etapa C

A B HFEN11CA © P or to E di to ra

Como se dev

e r

esponder

(Exame 2009 – 1.ª fase) – 10 pontos

(Exame 2015 – 1.ª fase) – 10 pontos

3. Numa fotografia estroboscópica, as sucessivas posições de um objeto são

registadas a intervalos de tempos iguais.

A figura 3 representa uma fotografia estroboscópica do movimento de uma bola de ténis, de massa 57,0 g, após ressaltar no solo.

P1, P2, P3, P4 e P5 representam posições sucessivas da bola.

Na posição P3, a bola de ténis encontra-se a 1,00 m do solo.

Considere o solo como nível de referência da energia potencial gravítica e a resistência do ar desprezável.

3.6. Relacione a energia cinética da bola na posição P2 com a energia

cinética da bola na posição P5, fundamentando a resposta .

A medição do índice de refração de soluções aquosas pode ser usada na determinação da concentração do soluto. Esta técnica de análise quantitaiva requer o traçado de curvas de calibração, que relacionam os índices de refração, n, de soluções desse soluto com as respetivas concentrações, c.

A figura representa uma curva de calibração, obtida a partir de várias soluções aquosas de ácido acético de diferentes concentrações. Os índices de refração das soluções, para uma determinada radiação mo-nocromática, foram medidos à temperatura de 20 °C.

Resposta:

3.6. Uma vez que os pontos P2 e P5 estão à mesma altura do solo,

a energia potencial gravítica da bola [em interação com a Terra]

tem o mesmo valor. etapa A

Como a soma das energias cinética e potencial gravítica da bola (energia mecânica) se mantém constante durante o movimento,

a energia cinética da bola nas duas posições é igual. etapa B

Quer relacionar? Tem de comparar!

Já sabe: refira primeiro as semelhanças!

Diga a regra: a energia mecânica

(Ec + Epg) mantém-se constante. Conclua: diga qual a relação (maior,

menor, igual…) – seja objetivo!

P3 P4 P2 P1 P5 1,00 m n 0,00 1,3500 1,3520 1,3480 1,3460 1,3440 1,3420 1,3400 1,3380 1,3360 1,3340 1,3320 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 c / mol dm−3 HFEN11CA © P ort o E di tora

Como se dev

e r

esponder

2. A figura representa uma tina contendo uma solução aquosa de ácido acético de concentração

1,20 mol dm- 3_{, à temperatura de 20 °C, sobre a qual incide um feixe, muito fino, da radiação}

monocromá-tica referida, segundo a direção representada.

40,0º

Determine o ângulo de refração que se deverá observar. Apresente todas as etapas de resolução.

nar = (índice de refração do ar) = 1,000

Resposta:

2. Do gráfico pode ler-se que uma solução

de concentração 1,2 mol dm- 3 apresenta um índice

de refração n = 1,3380. etapa A

[Aplicando a Lei de Snell-Descartes],

1,000 _{* sin (90° - 40°) = 1,3380 * sin a a = 34,9°} etapa B

Em primeiro lugar interprete corretamente o gráfico!

Se tem um gráfico no enunciado, uma das etapas é retirar dele informação. Interprete-o! Retire dele a informação necessária mesmo que as grandezas envolvidas não lhe sejam familiares no contexto do problema.

Determine: identifique a lei que vai

aplicar; transcreva os dados com cuidado (olhe o ângulo!); faça os cálculos com cuidado; olhe para o resultado e veja se está de acordo com o que esperava (o ângulo na solução tem de ser menor que no ar)!

Como se dev

e r

esponder

Tabela de constantes

Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3,00 * 108 m s- 1

Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto à superfície da Terra g = 10 m s- 2

Constante de Gravitação Universal G _{= 6,67 × 10}– 11 _{N m}2 _kg- 2

Constante de Avogadro NA= 6,02 × 1023 mol- 1

Produto iónico da água (a 25 °C) Kw= 1,00 × 10- 14

Volume molar de um gás (PTN) Vm= 22,4 dm3 mol- 1

Formulário

Energia em movimentos

Energia em fenómenos térmicos

E _{= m c DT} E _{= m DH DU = W + Q} Er= P_A

T/K = t/°C + 273,15

Energia em fenómenos elétricos

U = R I R = r L_A P = U I U = e - r I

Cinemática

Dinâmica

Ondas e sinais sinusoidais

l = v_f y _{= A sin (w t)} n _{= cv} n1 sin a1 = n2 sin a2

Eletromagnetismo

0

0

Teste Final

1

Grupo I

… O fenómeno também ocorre com a luz, e, no caso das galáxias que se afastam, é conhecido

como desvio para o vermelho _{(porque a luz, ao afastar-se de nós, desvia-se para a extremidade}

vermelha do espetro_).

Slipher, que fazia análise espetrográfica da luz irradiada por estrelas distantes, foi o primeiro a observar esse efeito com luz e a perceber a sua potencial importância para a compreensão do movimento do Cosmos. Infelizmente, ninguém lhe deu muita atenção…

Anos mais tarde, Hubble usou dados espetrográficos semelhantes aos que Slipher analisara para determinar a velocidade das estrelas e a sua posição relativa. Estes resultados conduziram-no a uma descoberta impressionante!

Adaptado de Breve história de quase tudo, Bill Bryson, Bertrand Editora, 2009

1. Explique o desvio para o vermelho da luz das galáxias que se afastam e identifique a desco-berta impressionante que resultou dos trabalhos de Hubble.

2. No Sistema Internacional, em que unidades se deve expressar a irradiância de uma estrela? (A) J

(B) W (C) J s- 1

(D) W m- 2

3. As ondas eletromagnéticas são transversais. Justifique esta afirmação.

4. Em qual dos seguintes fenómenos óticos se baseiam os estudos espetrográficos da luz que

permitem identificar as diferentes radiações que emitem?

(A) Absorção (B) Reflexão difusa (C) Difração (D) Reflexão total HFEN11CA © P or to E di to ra

Testes

Grupo II

O mais famoso dos observatórios espaciais em órbita é o telescópio Hubble. Foi lançado em 1990 para estudar a radiação visível e infraver-melha e constitui uma das principais fontes de informação dos astros.

Atualmente, descreve uma trajetória circular de 6900 km de raio à volta da Terra.

1. Onde está aplicado o par ação-reação da força gravítica exercida no telescópio? 2. Justifique a seguinte afirmação:

“O módulo da velocidade de um satélite animado de movimento circular uniforme mantém-se

constante, apesar de estar sujeito a uma aceleração constante, a→≠ 0→.”

3. A partir da 2.ª Lei de Newton, calcule o período de translação do telescópio Hubble.

Apresente todas as etapas de resolução.

mTerra= 6,0 * 1024 kg

Grupo III

A figura _{(não está à escala) representa uma calha inclinada entre os pontos A e B que termina num}

plano horizontal.

O ponto A encontra-se a 30 cm de altura relativamente ao plano horizontal.

30 cm A

B C

Um bloco de massa 200 g, largado no ponto A, desliza ao longo da calha, acabando por parar no ponto C. Entre os pontos A e B, considera-se desprezável a ação das forças dissipativas.

No deslocamento horizontal, devido à rugosidade da superfície, o bloco está sujeito a uma

acele-ração constante de módulo 4,0 m s- 2_.

1. Esboce o gráfico da variação da energia cinética, DEc, em função da distância, d, percorrida

pelo bloco sobre a calha inclinada.

2. Calcule o deslocamento do bloco entre B e C.

Apresente todas as etapas de resolução.

3. Depois de descer a calha inclinada até B, que tipo de movimento teria o bloco no plano

hori-zontal, se não atuassem sobre ele forças dissipativas? Justifique.

Plano do equador

Testes

Grupo IV

Para determinar as características de uma pilha, um grupo de alunos montou um circuito elétrico ligando com fios condutores uma pilha, uma resistência exterior variável, um interruptor e os apa-relhos de medida necessários para proceder à medição direta da tensão nos terminais da pilha,

Upilha, e da corrente elétrica que se estabelece no circuito, I.

Os alunos começaram a recolha de dados medindo diretamente a força eletromotriz da pilha e

registaram o seu valor: epilha= 2,55 V.

Posteriormente, iniciaram as medições da diferença de potencial elétrico entre os terminais da

pilha, Upilha, e a corrente que se estabelecia no circuito, I, para diferentes valores da resistência

exterior.

As medidas, efetuadas em instrumentos digitais, estão registadas na tabela seguinte.

Upilha/ V 2,29 2,24 2,20 2,16 2,06

I / A 0,22 0,30 0,38 0,47 0,65

Suponha que os fios condutores têm resistência desprezável.

1. Esquematize o circuito montado pelos alunos indicando todos os elementos referidos

anterior-mente, intercalados de forma a permitir realizar as medições que os alunos fizeram.

2. Apresente o intervalo de valores da força eletromotriz da pilha, medida diretamente, tendo em

conta a incerteza associada à sua leitura.

3. Descreva o procedimento usado para medir diretamente a força eletromotriz da pilha. 4. Determine a resistência interna da pilha.

Comece por obter a equação da reta U_{= f(I) que melhor se ajusta aos dados experimentais.}

5. Qual é a potência útil da pilha quando se estabelece no circuito uma corrente de 0,30 A?

(A) 0,67 W (B) 7,5 W

(C) 0,13 W (D) 0,20 W

Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV

Questão 1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 5.

Cotação _{10 5 5 5 5 5 10 5 10 10 10 5 5 5 5}

A minha cotação Tempo que demorei

Testes

Teste Final

2

Grupo I

Em 1798, Thomson estava em Munique, como responsável pelo arsenal, e foi aí que notou o incrí-vel aquecimento produzido durante a perfuração dos metais no fabrico de canhões. Instigado por esta observação, mediu as variações de temperatura da água durante a perfuração de canhões em tanques termicamente isolados com panos de flanela. Começando com água à temperatura ambiente, 15 °C, e o cilindro a rodar a 32 rotações por minuto, quanto mais perfurava, mais subia a temperatura! Ao fim de 2 horas e 20 minutos a temperatura da água atingira os 93 °C. E conse-guira este feito com um dispositivo mecânico adequado, sem recorrer ao fogo, à luz…

Baseado em Haja luz,

Uma História da Química Através de Tudo, J. Calado, 2011

1. Explique de que forma os resultados desta experiência realizada por Thomson contribuíram

para esclarecer o conceito de calor em vigor na época, identificando a forma de transferência de energia para a água que provocou o seu aumento de temperatura.

2. Uma das formas mais eficientes de aquecer água é fazê-lo numa cafeteira elétrica, onde a

água está em contacto direto com uma resistência elétrica colocada na base da cafeteira. Identifique qual das opções contém os termos que completam corretamente a frase seguinte. A resistência aquece devido ao … da corrente elétrica e o aquecimento da água é facilitado pelas … que se formam dentro da cafeteira.

(A) efeito Joule …. correntes de convecção (B) efeito Joule … correntes de condução (C) efeito magnético … correntes de convecção (D) efeito radiativo … correntes de condução

3. Qual o valor da velocidade angular de rotação do cilindro usado por Thomson?

(A) _{w =}32 60 rads- 1 (B) w =60₃₂ rads- 1 (C) _{w =}64p 60 rads- 1 (D) _{w =}120p 32 rads- 1

Testes

Grupo II

O gráfico mostra os valores da resistividade elétrica de dois materiais, X e Y, com a temperatura.

2,100 2,000 1,900 1,800 1,700 1,600 20 30 40 50 Material Y 60 Temperatura / °C Resistividade / * 10 -6 W m Material X

1. Justifique qual dos materiais é melhor condutor elétrico e indique como varia a resistência

elétrica de um condutor desse material com a temperatura, no intervalo de temperatura consi-derado no gráfico.

2. À temperatura de 44 °C, criou-se uma diferença de potencial entre os terminais de um

condu-tor filiforme do material X com 0,50 m de comprimento e 3,0 mm de raio. Estabeleceu-se no condutor uma corrente elétrica de 10 mA.

Calcule a potência elétrica do condutor nessas condições. Apresente todas as etapas de resolução.

3. Dois condutores filiformes, de iguais dimensões, um do material X e outro do material Y, foram

intercalados num circuito elétrico, como se indica na figura. A temperatura dos dois foi man-tida a 50 °C.

Que relação quantitativa existe entre a tensão elétrica nos terminais de cada um dos conduto-res, na situação descrita?

A

X

Y

Testes

Grupo III

Um pequeno objeto de papel, abandonado de uma certa altura, cai verticalmente até ao solo, segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo Oy de um referencial unidimensional. Admita que o objeto pode ser representado pelo seu centro de massa.

1. Considere numa primeira situação que o objeto de papel cai no ar.

O gráfico mostra os valores da posição relativamente ao referencial, y, do objeto de papel em função do tempo. Os dados foram recolhidos com um sensor de movimento.

1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 t / s y / m

1.1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a componente escalar da velocidade, v,

do objeto, relativamente ao mesmo eixo de referência, Oy, durante a recolha de dados

até ao instante t_{= 1,5 s?}

(A) (B)

(C) (D)

1.2. Qual dos esquemas seguintes poderá representar corretamente as forças que atuam no

objeto no instante t= 0,55 s? (A) (B) (C) (D) t 0 v t 0 v t 0 v t 0 v »Fresistência do ar »Fgravítica »Fresistência do ar »Fgravítica »Fresistência do ar »Fgravítica »Fresistência do ar = »0 »Fgravítica

Testes

1.3. Supondo que a massa do objeto era 25,0 g, calcule a energia dissipada pelo objeto no

intervalo de tempo _{[0,95;1,40]s.}

Apresente todas as etapas de resolução.

2. Considere agora uma segunda situação em que o objeto de papel, abandonado da mesma

altura, tem um movimento de queda livre.

2.1. Apresente o esboço do gráfico que pode representar a distância percorrida pelo objeto de

papel em função do tempo, desde o instante em que é abandonado até chegar ao solo.

2.2. Admita que, em simultâneo com o objeto de papel, se abandona da mesma altura,

1,20 m, uma esfera metálica com o dobro da massa do objeto de papel e que, durante a queda, os dois corpos se comportam como graves.

Identifique qual das seguintes opções contém os termos que completam corretamente a frase seguinte.

A esfera metálica chegará ao solo em … segundos, com energia cinética … à energia ci-nética do objeto de papel.

(A) "2g* 1,20… igual (B)

Å

2_{* 1,20}

g … quatro vezes superior

(C)

Å 1,20

2g … duas vezes superior (D) _Å

2_{* 1,20}

g … duas vezes superior

Grupo IV

Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos fez uma montagem semelhante à da figura.

Altifalante

Osciloscópio Gerador de sinais

Microfone

Os alunos começaram por ligar o gerador de sinais ao osciloscópio para produzir um sinal elétrico que registaram no osciloscópio. Ligaram depois o altifalante ao gerador de sinais e o microfone ao osciloscópio, tendo o cuidado de alinhar sempre o altifalante e o microfone no decorrer das experiências.

Depois de medirem a temperatura do ar ambiente, os alunos pesquisaram o valor tabelado da velocidade de propagação do som nas condições experimentais e verificaram que esse valor era

342,5 m s- 1_.

Testes

1. Qual é a função do microfone no procedimento experimental descrito?

2. Os alunos fixaram a posição do microfone e do altifalante e mediram essa distância: d.

A figura representa o ecrã do osciloscópio onde estão registados os sinais obtidos na experiência.

2.1. Os sinais registados no osciloscópio…

(A) … são complexos, de igual altura e diferente intensidade. (B) … são harmónicos, de igual altura e diferente intensidade. (C) … são harmónicos, de diferente altura e igual intensidade. (D) … são harmónicos, de diferente altura e diferente intensidade.

2.2. De acordo com os dados experimentais, qual é o comprimento de onda do sinal

difun-dido pelo altifalante quando se propaga no ar?

(A) _{l =}d

4 (B) l = d (C) l = 2 * d (D) l = d * 4

3. Os alunos repetiram o procedimento descrito anteriormente para diferentes distâncias entre o

microfone e o altifalante e mediram, para cada uma dessas distâncias, o tempo que o sinal sonoro demorava a percorrê-las.

Os valores obtidos estão registados na tabela seguinte.

Distância / m 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000

Tempo / ms 0,54 1,26 1,77 2,52 2,98

Determine o erro relativo, em percentagem, do valor experimental da velocidade de propaga-ção do som no ar.

Comece por obter o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar a partir do declive da reta que melhor se ajusta aos dados experimentais.

Apresente todas as etapas de resolução.

As questões dos grupos III e IV são adaptadas do exame da 2.ª fase de 2012

Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV

Questão 1. 2. 3. 1. 2. 3. 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 1. 2.1 2.2 3.

Cotação _{10 5 5 10 10 5 5 5 10 5 5 5 5 5 10}

A minha cotação Tempo que demorei

Testes

Teste Final

3

Grupo I

Com o aparecimento do laser, desde 1960 que se passou a pensar fortemente na comunicação no domínio das frequências óticas. Tratando-se do espetro visível, essas frequências

estendem--se de 4 a 8,1_{* 10}14 Hz. Em micro-ondas, as frequências são da ordem de 3 a 10_{* 10}9 Hz. Assim

se verifica que, no domínio ótico, as frequências são 105 _{vezes maiores. Isso leva-nos à}

conclu-são de que poderemos usar larguras de banda 105 _{vezes maiores.}

Novas estradas, gigantescas, desenharam-se. Não exatamente no ar…

Paredes metálicas nem pensar. Os vidros das nossas janelas parecem pouco absorventes. Serão? Em 1966, resultados importantes clarificaram esta questão e evidenciaram as impurezas que, uma vez removidas, permitiriam a propagação de sinais através das fibras óticas com boa quali-dade a quilómetros de distância.

Adaptado de A peregrinação de um sinal, M. de Abreu Faro, Gradiva, 1995

1. Identifique a propriedade do vidro onde se propaga o sinal dentro da fibra ótica a que se refere

o texto.

2. Qual das seguintes opções permite completar corretamente a frase seguinte?

Quando comparada com a radiação visível, a radiação micro-ondas…

(A) … é mais energética. (B) … é menos energética.

(C) … tem menor comprimento de onda.

(D) … propaga-se no vazio com maior velocidade. 3. É possível observar o espetro da radiação visível

quando a luz solar incide numa gota de água, devido à dependência da velocidade de propagação da luz relativamente à frequência da radiação.

O gráfico mostra a relação do índice de refração, n,

da água com o comprimento de onda da radiação visível.

Conclua, justificando, qual das radiações, azul ou vermelha, se propaga com menor velocidade no in-terior da gota de água.

4. Considere um feixe laser, muito fino, que se propaga no interior de um prisma de vidro e que

incide numa superfície que separa o vidro do ar.

Em qual das figuras seguintes está representada parte de um trajeto possível desse feixe?

(A) (B) (C) (D) Comprimento de onda800 500 600 700 400 1,345 1,335 1,325 Índice de refração

Testes

5. Os coletores solares térmicos são dispositivos que permitem aproveitar o efeito térmico da

radiação solar.

5.1. Um sistema deste tipo, com 15 m2 _{de superfície coletora, orientado de modo que a}

irra-diância média à sua superfície seja 400 W m- 2_{, durante 10 h diárias de exposição solar,}

permite aumentar de 40 °C a temperatura de 500 kg de água por dia.

Calcule o rendimento deste processo de aquecimento. Apresente todas as etapas de re-solução.

cágua= 4,18 * 103 Jkg- 1 +C- 1

5.2. Na placa coletora dos coletores solares existem tubos de cobre onde circula o fluido de

aquecimento. Qual das seguintes características do cobre justifica a sua utilização nestes tubos, em detrimento de outros materiais, como o plástico?

(A) É um bom isolante térmico.

(B) Tem elevada condutividade térmica. (C) Tem elevada capacidade térmica mássica. (D) Tem elevada temperatura de fusão.

Grupo II

Para investigar como varia a energia cinética de um corpo com a distância percorrida num plano inclinado, um grupo de alunos montou o aparato experimental ilustrado na figura. Os alunos abandonaram um carrinho, de massa 500,0 g, em diversos pontos da rampa, medindo, em cada caso, a distância, d, percorrida até ao final da rampa e o tempo que uma tira de cartão presa ao carrinho interrompia a passagem da luz numa célula fotoelétrica colocada no final da rampa. A tira de cartão tinha de largura 2,00 cm.

Célula fotoelétrica

Marcador digital de tempo Calha de atrito

reduzido, com régua

1. Em três ensaios realizados nas mesmas condições, os alunos mediram os valores do intervalo

de tempo, Dt, que a tira de cartão interrompia a passagem da luz na célula e que se encontram registados na tabela seguinte.

Ensaio 1 2 3

Dt / s 0,0248 0,0251 0,0250

Obtenha o resultado da medição da velocidade e expresse-o em notação científica, com o número de algarismos significativos de acordo com as medições efetuadas.

HFEN11CA-9

Testes

2. Os valores da velocidade do carrinho em diferentes pontos da rampa podem ser determinados

por um processo alternativo que envolve apenas duas medições diretas: uma com uma fita métrica, outra com um cronómetro.

Descreva uma metodologia que os alunos poderão seguir para obter os valores da velocidade com estas restrições.

3. O gráfico mostra os valores da variação da energia cinética do carrinho para diversas

distân-cias percorridas na rampa.

4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 Distância percorrida / m Va

riação da energia cinética /

J

2,00

3.1. Qual é o significado físico do declive da reta obtida no gráfico?

3.2. Qual das seguintes expressões permite calcular o valor da velocidade, em unidades SI,

com que o carrinho chegará ao final desta rampa se, sobre ela, percorrer 2,00 m, partindo do repouso? (A) v= "2 * 4,38 (B) v= Å 2_{* 4,38} 0,5000 (C) v=_Å 2_{* 0,5000} 0,450 (D) v=_Å 2_{* 4,50} 0,5000

4. Os alunos repetiram a experiência colocando uma sobrecarga sobre o carrinho.

Em qual das opções seguintes se encontram corretamente esboçados os gráficos da variação

da energia cinética do carrinho _{(sem e com sobrecarga), em função da distância percorrida?}

(A) (B)

(C) (D)

Com sobrecarga

Sem sobrecarga

Va

riação da energia cinética

Distância percorrida 0

Com sobrecarga

Sem sobrecarga

Va

riação da energia cinética

Distância percorrida 0

Com sobrecarga

Sem sobrecarga

Va

riação da energia cinética

Distância percorrida 0

Com sobrecarga

Sem sobrecarga

Va

riação da energia cinética

Distância percorrida 0

Testes

Grupo III

Considere o movimento de um carrinho, de massa 2,0 kg, segundo uma trajetória retilínea

coinci-dente com o eixo Ox _{(direção horizontal) de um referencial unidimensional.}

O gráfico mostra os valores da componente escalar da velocidade, v, segundo esse referencial, do carrinho em função do tempo, t.

0,60 0,40 0,20 0,00 –0,20 –0,40 –0,60 t / s v / m s–1 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 0,00

1. Qual das seguintes descrições está de acordo com os dados do gráfico? (A) Aos 2,0 s houve inversão do sentido do movimento do carrinho. (B) Entre os 8,0 s e os 8,4 s o carrinho esteve em repouso.

(C) Até aos 7,0 s o carrinho deslocou-se no sentido negativo do referencial.

(D) O carrinho deslocou-se mais tempo no sentido positivo do que no sentido negativo do

referencial.

2. Em qual dos seguintes esquemas se encontram corretamente representados os vetores

velo-cidade, v→, e resultante das forças aplicadas sobre o carrinho, F→R, no instante t= 5,0 s?

(A) (B) (C) (D)

3. Calcule o trabalho realizado pelas forças não conservativas aplicadas no carrinho no intervalo

de tempo _{[9,0; 10,0] s.}

Apresente todas as etapas de resolução.

As questões dos grupos III e IV são adaptadas do exame da 2.ª fase de 2011

Grupo I Grupo II Grupo III

Questão 1. 2. 3. 4. 5.1 5.2 1. 2. 3.1 3.2 4. 1. 2. 3.

Cotação _{5 5 10 5 15 5 10 10 5 5 5 5 5 10}

A minha cotação Tempo que demorei

» v »FR 0 x 0 x » v »FR 0 x » v »FR 0 x » v »FR

Testes

Teste Final

4

Grupo I

Desde a Antiguidade que a queda dos corpos mereceu dos pensadores uma atenção especial, como ilustram as declarações seguintes de Lucrécio e de Galileu.

“Não há dúvida que tudo quanto cai através da água ou do ar tem de acelerar, segundo o seu peso: os elementos da água e a ténue natureza do ar não podem retardar por igual cada uma das coisas e cedem mais depressa quando sofrem a pressão de maiores pesos. Mas, pelo contrário, o espaço vazio não pode suportar nada, deixa a via livre; pelo que todas as coisas devem neces-sariamente mover-se no vazio com a mesma velocidade, ainda que com pesos distintos. Não

poderão, portanto, os mais pesados jamais cair sobre os mais leves.” _{(Lucrécio, 94-55 a. C.)}

“Uma bala de canhão que pesa 100 _{(ou 200 libras, ou mesmo mais) não antecipará a chegada ao}

solo nem um palmo a uma bala de mosquete que pese apenas meia libra sempre e quando se

deixem cair de 200 braças.” _{(Galileu, 1564-1642)}

1. Identifique a expressão do texto que revela uma discordância de Lucrécio relativamente à

con-vicção que Galileu expressa na sua declaração.

2. Nas questões 2.1. e 2.2. selecione a única opção que, em cada caso, permite obter uma

afir-mação correta.

2.1. No espaço vazio, a bala de canhão de 100 libras e bala de mosquete de meia libra,

larga-das de uma altura de 200 braças, cairiam lado a lado, porque, estando sujeitas a forças gravíticas…

(A) … iguais, deslocam-se com acelerações diferentes. (B) … iguais, deslocam-se com acelerações iguais. (C) … diferentes, deslocam-se com acelerações iguais. (D) … diferentes, deslocam-se com acelerações diferentes.

2.2. Durante a queda livre de uma bala de canhão, mantém-se constante a… (A) … energia cinética da bala.

(B) … energia potencial gravítica da bala.

(C) … diferença entre as energias cinética e potencial gravítica da bala. (D) … soma da energia cinética com a energia potencial gravítica da bala.

Testes

Grupo II

O gráfico mostra os valores da posição de um carrinho com movimento retilíneo, ao longo do tempo. Po sição Tempo t4 t3 t2 t1

1. Qual das seguintes afirmações pode ser uma conclusão tirada a partir da análise deste

grá-fico?

(A) O sentido do movimento do carrinho inverteu-se no instante t1.

(B) No intervalo de tempo [t2 ; t3] o carrinho esteve parado.

(C) Até ao instante t1 o carrinho aproximou-se do ponto de partida.

(D) No intervalo de tempo _[t3 ; t4] o carrinho desceu um plano inclinado.

2. Selecione a única opção em que a resultante das forças aplicadas no carrinho, F→R, e a sua

velocidade, v→, no intervalo de tempo _[t3 ; t4], estão corretamente representadas.

(A) (B) (C) (D)

3. Indique, justificando, o valor do trabalho realizado pela força aplicada pelo solo sobre o

carri-nho, em reação à força de compressão que o carrinho aplica sobre o solo, durante o movi-mento descrito.

4. Num certo intervalo de tempo em que foi puxado por uma força F→, o carrinho deslocou-se

5,0 m, na direção horizontal, e a componente escalar da sua velocidade foi dada pela equação

v= 2,0 + 0,5t (SI).

Nesse deslocamento, o trabalho realizado pelas forças dissipativas aplicadas no carrinho foi - 10,0 J.

Calcule a energia transferida para o carrinho, cuja massa é de 3,0 kg, em resultado da

aplica-ção da força F→.

Apresente todas as etapas de resolução.

» v »FR » v »FR =»0 » v »FR » v »FR

Testes

Grupo III

Desde que na segunda década do século XIX um físico observou experimentalmente que uma corrente elétrica estabelecida num fio condutor criava um campo magnético, muitas foram as aplicações com impacto na sociedade que envolvem o eletromagnetismo.

1. Identifique o físico que fez a observação experimental descrita na introdução anterior.

2. Considere as linhas de campo magnético criadas pela corrente elétrica estabelecida num fio

condutor comprido e por um íman em U. I I P1 P2 P3 P4

2.1. Identifique a única afirmação relativa aos campos representados na figura que está correta.

(A) O campo magnético, B→, em P1 e P2 é igual.

(B) O campo magnético, B→, em P3 e P4 é diferente.

(C) A intensidade do campo magnético em P1 e P2 é igual.

(D) A intensidade do campo magnético é maior em P4 do que em P3.

2.2. Selecione o esquema que apresenta corretamente a orientação da bússola, cujo polo

norte está assinalado a azul, colocada no interior do íman em U.

(A) (B) (C) (D)

3. Os ímanes são um dos constituintes dos microfones de indução, dispositivos que permitem

converter um sinal sonoro num sinal elétrico.

O gráfico traduz a periodicidade temporal do movimento oscilatório de uma partícula do meio material onde se propaga um som, situada a uma certa distância da fonte sonora.

1,0

0,0 2,0 t / ms

Tendo em conta que entre dois pontos consecutivos na mesma fase de vibração distam 1,2 m, calcule a velocidade de propagação do som neste meio.

Apresente todas as etapas de resolução.

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Grupo IV

Um pequeno painel fotovoltaico foi intercalado num circuito elétrico com uma resistência variável, um amperímetro e um voltímetro, como se indica na figura A. Mantendo-se constantes as condi-ções de iluminação do painel, foi-se variando a resistência e fazendo as medicondi-ções que permitiram

traçar o gráfico _{(Figura B) da potência do painel em função da tensão elétrica nos seus terminais.}

V

A

1. Que grandeza física foi medida no instrumento indicado com A?

2. Calcule o valor da resistência elétrica que maximiza a potência do painel fotovoltaico.

Apresente todas as etapas de resolução.

3. A energia disponibilizada pelos painéis fotovoltaicos permite o funcionamento de vários

eletro-domésticos, como os que se usam para o aquecimento de líquidos.

Quando aquecidas por uma fonte de energia com igual potência útil, uma certa massa m de água e uma amostra de óleo com massa 2m sofrem a mesma elevação de temperatura, du-rante o mesmo intervalo de tempo. Indique, justificando, que relação quantitativa existe entre

as capacidades térmicas mássicas dos dois fluidos _{(água e óleo).}

As questões dos grupos I, II e III são adaptadas do exame da 1.ª fase de 2010

Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV

Questão 1. 2.1. 2.2. 1. 2. 3. 4. 1. 2.1. 2.2. 3. 1. 2. 3. Cotação _{5 5 5 5 5 10 15 5 5 5 10 5 10 10} A minha cotação

Testes

Teste Final

5

Grupo I

Faraday e Ampère, no início do século XIX, foram os primeiros a mostrar que a eletricidade e o

magnetismo não passavam de dois aspetos de um único fenómeno _{- o eletromagnetismo.}

Se considerarmos um objeto eletricamente carregado, um eletrão, por exemplo, poderemos

dete-tar _{(pondo outro eletrão perto dele) uma força elétrica de repulsão. Mas, assim que o primeiro}

ele-trão se movimenta, vamos encontrar também uma força que não estava ali antes. Essa força pode ser detetada pelo seu efeito sobre uma agulha magnética posta perto do eletrão que se move.

Adaptado de A unificação das forças fundamentais. O grande desafio da Física contemporânea, Abdus Salam, Werner Heisenberg e Paul Dirac

1. Copie do texto a frase que revela a origem de um campo eletromagnético.

2. Em qual dos esquemas seguintes estão corretamente representadas as linhas de campo que

caracterizam o campo elétrico criado por dois eletrões colocados na proximidade um do outro?

(A) (B)

(C) (D)

3. A figura representa linhas de campo elétrico criado por uma barra eletrizada.

Identifique qual das seguintes opções está de acordo com a informação que essas linhas fornecem.

(A) Estas linhas de campo estão associadas a um campo

elé-trico uniforme.

(B) O campo elétrico é mais intenso no ponto P do que no ponto T. (C) Uma carga elétrica positiva em T fica sujeita a uma força

elétrica com a mesma direção e sentido do campo elétrico nesse ponto.

(D) Uma carga elétrica positiva em T fica sujeita a uma força elétrica com a mesma direção e

sentido oposto ao campo elétrico nesse ponto.

T P

Testes

Grupo II

O gráfico seguinte simula a evolução da temperatura de uma amostra de 200 g de zinco de ele-vado grau de pureza, até à sua completa fusão.

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 Tempo / s 30 35 40 45 50 55 Temperatura / °C

Nesta simulação, a potência útil da fonte de energia manteve-se constante em 1,0 kW e toda a energia transferida contribuiu para o aumento da energia interna do metal.

1. Qual das seguintes opções contém a expressão que permite calcular a entalpia de fusão do

zinco, em unidades SI?

(A) DHf= 1,0_{* 10}3_{* (50,8 - 30,5)} 0,200 (B) DHf= 0,200 * 1,0 * 103* (50,8 - 30,5) (C) DHf= 1,0 * 103* (50,8 - 30,5) (D) DHf= 1,0_{* 10}3_{* 30,5} 0,200

2. Calcule a energia necessária para elevar de 1 °C a temperatura de 1,0 kg de zinco.

Apresente todas as etapas de resolução.

3. Uma placa de 100 g de alumínio a 150 °C foi colocada rapidamente dentro de um calorímetro

onde se encontra a mesma massa de água a 20 °C. Considere que o sistema fica isolado. Qual das seguintes afirmações descreve corretamente as trocas de energia que ocorreram entre o zinco e a água?

(A) A energia interna do zinco diminuiu porque ocorreu transferência de energia como calor

para a água até que os dois materiais ficaram com a mesma energia interna.

(B) A água sofreu uma variação de energia interna simétrica da variação de energia interna do

zinco, até ficarem os dois materiais à mesma temperatura.

(C) Os dois materiais sofreram a mesma variação de energia interna até atingirem o equilíbrio

térmico.

(D) A água sofreu uma variação de temperatura simétrica da variação de temperatura do

zinco, até ficarem em equilíbrio térmico um com o outro.

Testes

Grupo III

Uma pequena bola, de massa m, é largada de uma altura h relativamente ao solo.

Considere que, enquanto está no ar, a bola se comporta como um grave que pode ser represen-tado pelo seu centro de massa.

Na figura estão representadas a altura máxima em relação ao solo atingida pela bola após o

pri-meiro ressalto, hA, e a altura máxima em relação ao solo atingida pela bola após o segundo

res-salto, hB. A relação entre estas alturas é hB=2₃ hA.

hA hB B A × ×

(altura máxima após o segundo ressalto) (altura máxima após o

primeiro ressalto)

1. Qual das seguintes expressões representa a energia cinética da bola em função do tempo de

queda a partir da altura h?

(A) Ec=1₂ mg2 t2 (B) Ec=1₂ mgt (C) Ec=1₂ mgt2 (D) Ec=1₂ m- g2 t2

2. Calcule a percentagem de energia mecânica da bola que se dissipa na segunda colisão.

Apresente todas as etapas de resolução.

3. Uma pequena esfera metálica, de 80 g, largada de uma altura de 1,20 m, relativamente ao nível

da areia que está dentro de uma caixa, cai sobre a areia e não ressalta, enterra-se 15 cm abaixo do nível da areia.

Calcule o trabalho realizado pelas forças dissipativas aplicadas na esfera até ela ficar em repouso. Apresente todas as etapas de resolução,

Grupo IV

Para investigar os fenómenos da reflexão, absorção, refração e reflexão total da luz, um grupo de alunos montou um banco de ótica. Primeiro, começaram por fazer incidir sobre vários materiais o mesmo feixe de luz branca e registaram as observações efetuadas.

1. Quando fizeram incidir a luz branca sobre

um pedaço de acrílico verde repararam que no anteparo atrás do acrílico era projetado um ponto de luz verde. Explique este facto

identifi-cando a repartição da luz que terá ocorrido quando o feixe

de luz incidiu na superfície do acrílico.

Testes

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2. Para estudarem a refração, os alunos fizeram incidir um feixe de luz laser sobre um

semicilin-dro de visemicilin-dro e mediram os ângulos de incidência de refração no visemicilin-dro. Os resultados obtidos estão registados na tabela seguinte.

Amplitude do ângulo de incidência / ° 10 20 30 40 50

Amplitude do ângulo de refração / ° 7,8 15,8 23,2 29,8 36,8

2.1. Determine o índice de refração do vidro usado pelos alunos em relação ao ar.

Comece por obter a equação da reta, sin ai em função de sin ar, que melhor se ajusta aos

pontos experimentais.

2.2. Os alunos verificaram que, em determinadas condições, a luz, quando se propagava

den-tro do vidro, não atravessava a superfície de separação do vidro do ar, mas refletia-se para dentro do vidro. Curiosamente, o mesmo fenómeno não acontecia quando a luz se propagava no ar e incidia no vidro.

Explique estas observações identificando as condições em que acontecem.

3. Depois de trabalharem no banco de ótica, os alunos mediram também o índice de refração do

azeite relativamente à água, para a luz de um laser.

As medições efetuadas permitiram concluir que essa relação é n_nazeite

água = 1,14. Este valor

signi-fica que…

(A) … a luz se propaga na água com uma intensidade 1,14 vezes superior àquela com que se

propaga no azeite.

(B) … a luz se propaga na água com uma frequência 1,14 vezes superior àquela com que se

propaga no azeite.

(C) … a luz se propaga na água com uma velocidade 1,14 vezes superior àquela com que se

propaga no azeite.

(D) … a luz se propaga na água com um comprimento de onda 1,14 vezes inferior àquele com

que se propaga no azeite.

Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV

Questão 1. 2. 3. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 1. 2.1 2.2 3.

Cotação 5 5 5 5 15 5 5 10 10 10 10 10 5

A minha cotação

Tempo que demorei

Testes

Teste Final

6

Grupo I

Todos conhecerão a experiência da campânula na qual se encerram, em conjunto, uma campainha e uma lâmpada elétrica. Rarefazendo o ar do interior, caminhando para aquilo que convencional-mente se entende por vácuo, a campainha deixa de se ouvir, enquanto a luz que provém da lâm-pada se mantém praticamente imperturbável… No caso das ondas eletromagnéticas no vácuo, defrontamo-nos com uma situação nova. Que se perturba?

Na realidade, agora não há substância que possa ser perturbada, como, por exemplo, existe e acontece para as ondas sonoras, no ar, nos líquidos ou nos sólidos.

A peregrinação de um sinal, M. de Abreu Faro

1. Explique a diferença de resultados da experiência da campânula com a lâmpada e com a

cam-painha descrita no texto.

2. As ondas sonoras sofrem refração quando atravessam a superfície que separa dois meios

transparentes com características diferentes.

Os gráficos traduzem a periodicidade espacial do mesmo sinal sonoro quando este se pro-paga no meio I e no meio II.

Meio I x / m 4 Meio II x / m 4

Que relação existe entre a velocidade de propagação deste sinal em cada um destes meios?

(A) v1= v2 (B) v1= 2v2

(C) v1=1₂ v2 (D) v1= 4v2

Grupo II

Numa das suas experiências, Faraday enrolou vários metros de um fio metálico à volta de um aro

de ferro e ligou as extremidades do fio a um galvanómetro _{(bobina X). Depois isolou esta camada}

de fio e por cima do isolamento _{(cordel) enrolou várias voltas de outro condutor (bobina Y), que}

ligou a uma bateria. No momento exato em que estabeleceu esta ligação, Faraday reparou que o

ponteiro do galvanómetro _{(aparelho que acusa a existência de corrente elétrica) se deslocava,}

mas rapidamente voltava à posição de equilíbrio, só voltando a mexer-se, agora em sentido

con-trário, quando se desligava a bateria.

Testes

HFEN11CA © P or to E di to ra

1. Qual dos esboços seguintes pode corresponder ao gráfico dos valores do fluxo magnético, Fm, na

bobina X, desde o instante em que Faraday ligava a bateria até ao instante em que a desligava?

(A) (B) (C) (D)

2. Explique estas observações e como elas conduziram Faraday à compreensão do fenómeno da

indução eletromagnética.

3. Os trabalhos de Faraday no campo do eletromagnetismo tiveram um grande impacto na

so-ciedade _{- permitiram a produção de energia elétrica por indução eletromagnética, quer em}

pequenos dispositivos como lanternas de bolso, quer em grandes centrais elétricas.

3.1. Considere um dispositivo em que uma bobina de 100 espiras iguais, 0,040 m2 _de

superfí-cie, roda no interior de um campo magnético uniforme de 1,5 T com período de rotação de 0,020 s.

Calcule o módulo da força eletromotriz que se gera no menor intervalo de tempo em que o fluxo varia entre o valor nulo e o seu valor máximo.

Apresente todas as etapas de resolução.

3.2. As centrais elétricas produzem elevadas potências que são distribuídas pela rede pública

em cabos de alta tensão.

3.2.1. Identifique a vantagem de aumentar a tensão elétrica para o transporte de energia. 3.2.2. Junto às habitações a tensão é reduzida em transformadores elétricos. Que

rela-ção existe entre o número de espiras do primário e do secundário de um transfor-mador capaz de reduzir a tensão de 3,22 kV para 230 V?

(A) Np Ns= 71,4 (B) Np Ns= 14,0 (C) Np Ns= 741 (D) Np Ns= 7,14 * 10 - 2

3.2.3. Considere o esquema de um circuito elétrico em que dois eletrodomésticos com

re-sistências R1 e R2 estão ligados a uma tomada de 230 V, como se indica na figura.

230 V

R1 R2

Sabendo que R1=1₂ R2, identifique qual das seguintes opções caracteriza

correta-mente a tensão entre os terminais de cada uma das resistências e a corrente elé-trica que se estabelece em cada uma delas.

(A) U1=1₂ U2 e I1=1₂I2 (B) U1=1₂ U2 e I1= 2I2 (C) U1= U2 e I1=1₂I2 (D) U1= U2 e I1= 2I2 t 0 Fm t 0 Fm t 0 Fm t 0 Fm

Testes

Grupo III

Um automóvel de 1000 kg encontrava-se em movimento retilíneo uniforme, com velocidade de

módulo 10,0 m s- 1_.

A partir de um determinado instante, t1, passou a atuar sobre ele uma força constante de módulo

4,0 kN, na mesma direção e sentido contrário ao movimento. Num instante t2, o automóvel tinha

velocidade nula.

Considere um referencial com a mesma direção e o mesmo sentido da velocidade inicial.

1. Qual dos gráficos seguintes pode esboçar corretamente o trabalho realizado pela resultante

das forças aplicadas no automóvel em função da distância percorrida até ao instante t2?

(A) (B) (C) (D)

2. Calcule o deslocamento do automóvel ao fim de 2,0 s, contados a partir do instante em que a

força passou a atuar sobre ele.

Apresente todas as etapas de resolução.

Grupo IV

Para estudarem a difração da luz, numa aula laboratorial de Física, os alunos fizeram uma monta-gem com um banco de ótica com feixes laser de várias cores, fendas variadas e redes de difra-ção. Escureceram um pouco o laboratório.

1. Ao usar uma fenda simples de abertura variável, nem sempre

se observou o aparecimento de vários pontos luminosos no

anteparo _(esquema B). Em algumas situações, só aparecia

um ponto de luz _(esquema A).

Explique este facto.

2. Quando se fez incidir o feixe de luz laser de 435 mm

numa rede de difração de 600 linhas/mm, a imagem de

segunda ordem foi difratada para 30,0o_{, em relação à}

normal perpendicular ao anteparo.

Usando a equação n_{l = d sin}q, determine o

compri-mento de onda medido experimentalmente pelos

alu-nos e o respetivo erro relativo em _%.

Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV

Questão _{1. 2. 1. 2. 3.1 3.2.1 3.2.2 3.2.3 1. 2. 1. 2.}

Cotação 10 5 5 15 15 5 5 5 5 10 10 10

A minha cotação Tempo que demorei

distância W » F_R distância W » FR distância W » FR distância W » F_R A B P 2.ª ordem 30,0° x

Testes

Teste Final

7

Grupo I

Uma pedra ligada a um cordel e girada em plano horizontal descreve uma trajetória circular. Não obstante, a velocidade não é constante porque o caminho não é em linha reta. Surge a per-gunta: qual a direção e sentido da força responsável pela mudança da direção da velocidade? Muito semelhante a isto é o caso da revolução da Lua em redor da Terra que pode ser represen-tada por um movimento circular uniforme, com velocidade linear de 3700 km/h. Não há cordel a ligar a Terra à Lua, mas podemos imaginar uma linha entre os centros dos dois corpos: a força mantém-se constante ao longo desta linha, tendo justamente o mesmo sentido da força que atua numa pedra lançada para cima ou a cair de uma torre.

Adaptado de A Evolução da Física, Albert Einstein

1. Responda à questão colocada no segunda parágrafo do texto.

2. Considere duas pedras presas ao mesmo fio que é rodado

para que as pedras descrevam um movimento circular uni-forme. A pedra A está presa na extremidade do fio, a pedra B está presa a meio do fio, como se indica na figura.

Que relação quantitativa existe entre o módulo da aceleração centrípeta de cada uma das pedras? Justifique a sua resposta.

3. A Lua dá cerca de 13,4 voltas à Terra por ano.

Considerando que descreve um movimento circular uniforme, calcule o raio da sua órbita. Apresente todas as etapas de resolução.

4. Uma pedra de massa m é lançada verticalmente para cima de um ponto a 2,0 m do solo e

sobe até uma altura h, relativamente ao solo. Durante a subida, a pedra pode considerar-se um sistema conservativo.

Qual é o trabalho realizado pela resultante das forças aplicadas na pedra durante essa subida?

(A) W_F R → = mgh (B) W FR → = - mgh (C) W_F R → = - mg(h - 2,0) (D) W FR → = mg(h - 2,0)

5. Considere a queda livre de uma pedra abandonada de uma altura h, próxima da superfície da

Terra. Quanto tempo demora a pedra a percorrer 25_{% da sua trajetória até ao solo?}

(A) t₌ Å 2 g ah -34 hb (B) t=_Å h 2g (C) t= Å 2 g ah -14 hb (D) t=_Å 2h g B A R R 2

Testes

Grupo II

A variação temporal da pressão num ponto da atmosfera onde se propaga um som A produzido

por um diapasão é descrita pela função pA= 20 sin(660pt)

1. Quantas oscilações por segundo completam as hastes do diapasão?

(A) 660 (B) 330

(C) 1320 (D) 20

2. Um som B, que, quando se propaga no ar, é identificado pela função pB= 10 sin(660pt), é…

(A) … mais baixo do que o som A. (B) … mais alto do que o som A. (C) … tão intenso quanto o som A. (D) … mais fraco do que o som A.

3. O que está na origem das variações de pressão associadas à propagação de ondas sonoras

no ar?

(A) Vibração das partículas do ar na direção perpendicular à direção da propagação da onda. (B) Vibração das partículas do ar na mesma direção da propagação da onda.

(C) Deslocamento de partículas desde a fonte sonora até ao recetor da onda.

(D) Diminuição da intensidade da onda sonora à medida que se propaga na atmosfera.

Grupo III

Para estudar a transferência de energia entre dois sistemas em contacto, a temperaturas diferen-tes, os alunos prepararam duas amostras de água, A e B. Mediram a massa das amostras, aque-ceram a amostra A e colocaram-na dentro de um calorímetro e mediram a respetiva temperatura. Na figura estão registados os valores das grandezas medidas previamente pelos alunos.

35,2 °C

mA = 125,0 g mB = 100,0 g

19,5 °C

Posteriormente, os alunos verteram a amostra B para dentro do calorímetro, que foi rapidamente

fechado, e observaram a evolução da temperatura da mistura.

_Testes

HFEN11CA © P or to E di to ra

1. O mecanismo de transferência de energia de um disco elétrico para o vidro de um gobelé é

diferente daquele que ocorre no interior da água que aquece dentro dele. Identifique cada um desses mecanismos e o que os distingue.

2. Os discos elétricos são compostos por condutores de elevada resistência elétrica.

Como se chama o efeito que se traduz numa elevação da temperatura destes condutores quando sujeitos a corrente elétrica?

3. Calcule a temperatura a que a mistura deveria atingir o equilíbrio térmico, caso o calorímetro

estivesse perfeitamente isolado.

4. Os alunos verificaram que a temperatura estabilizou 1 °C abaixo da teoricamente prevista.

Este resultado revela que a mistura água quente _{+ água fria sofreu uma variação de energia}

interna…

(A) … negativa, ocorreu transferência de energia para o exterior do sistema.

(B) … positiva, ocorreu transferência de energia do exterior para o interior do sistema. (C) … positiva, ocorreu transferência de energia do interior para o exterior do sistema. (D) … nula, só ocorreu transferência de energia entre as duas massas de água.

5. Os calorímetros usados nos laboratórios escolares são utensílios constituídos por um

reserva-tório interior que se encaixa num reservareserva-tório exterior. As paredes do reservareserva-tório exterior são mais espessas e revestidas interiormente por um material que deve minimizar as trocas de energia.

É comum encontrarem-se calorímetros com aglomerado de cortiça ou poliestireno expandido.

Material Aglomerado de cortiça Poliestireno expandido

Condutividade térmica/ J s- 1 _m- 1 _K- 1 _{0,040 0,036}

Qual destes dois materiais será mais adequado para cumprir essa exigência?

(A) O aglomerado de cortiça porque transfere a energia mais rapidamente.

(B) O aglomerado de cortiça porque precisa de mais energia para variar a sua temperatura de 1 K. (C) O poliestireno porque a sua taxa temporal de transferência de energia é menor.

(D) O poliestireno porque precisa de menos energia para variar a sua temperatura de 1 K.

Grupo I Grupo II Grupo III

Questão _{1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 5.}

Cotação _{10 15 10 5 5 5 5 5 10 5 15 5 5}

A minha cotação

Tempo que demorei

HFEN11CA-8

Testes

Teste Final

8

Grupo I

Em 1850, Joule divulgou os primeiros resultados obtidos numa experiência de aquecimento de água:

(…) A roda movia-se com grande dificuldade na cuba cheia de água pelo que os pesos caíam lentamente. Estes pesos encontravam-se a uma altura de 11 m e, consequentemente, quando atingiam o solo era necessário voltar a içá-los para manter o movimento da roda. Depois de repe-tir 16 vezes este procedimento, o aumento de temperatura da água era registado por um termó-metro muito sensível.

(…) Posso, então, concluir que está demonstrada a existência de uma relação de equivalência

entre o “calor” e as formas comuns de energia _(…)

Cinco anos mais tarde, e depois de ter aperfeiçoado o procedimento experimental, Joule apre-sentou à Royal Society conclusões mais precisas:

(…) Tendo em conta os resultados experimentais que obtive, concluo que:

1.° A quantidade de “calor produzida pela fricção” dos corpos, no estado sólido ou líquido, é sempre proporcional à intensidade da força despendida;

2.° A quantidade de “calor” capaz de aumentar, em 0,556 °C, a temperatura de 0,454 kg de água é equivalente à energia produzida por uma força mecânica responsável pela queda de 350 kg de uma altura de 30,5 cm.

Adaptado de Great Experiments in Physics: Firsthand Accounts from Galileo to Einstein, Morris Shamos

1. No texto, Joule usa o termo “calor produzido por fricção”.

Identifique a forma de transferência de energia da roda para a água, tal como hoje se designa, e explique a razão pela qual foram tão importantes os resultados desta experiência para a evolução do significado do conceito de calor.

2. Apesar de serem obtidos com instrumentos de medida menos rigorosos do que aqueles que

existem atualmente nos laboratórios, os resultados experimentais de Joule estavam muito próximos dos que hoje são considerados como corretos.

Calcule o valor da capacidade térmica mássica da água que se obtém a partir dos resultados da experiência de Joule.

Apresente todas as etapas de resolução.

3. Mais tarde, Joule repetiu a mesma experiência usando mercúrio, metal líquido cuja

capaci-dade térmica mássica é inferior à da água.

Para as mesmas condições experimentais, a massa de mercúrio sofreu maior ou menor varia-ção de temperatura que igual massa de água? Justifique com base no significado da capaci-dade térmica mássica.

4. Os termómetros usados por Joule só revelavam o aumento da temperatura da água se

esti-vessem em contacto com ela, mas atualmente existem termómetros que permitem a medição da temperatura de um corpo à distância.

Em que característica dos corpos se baseia o funcionamento destes termómetros?

Testes

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