Questões de Física - IME | Gabarito e resoluções

[IME- 2012/2013- 2fase] Um industrial deseja lanar no mercado uma mquina trmica que opere entre dois reservatrios trmicos cujas temperaturas so 900 K e 300 K, com rendimento trmico de 40% do mximo teoricamente admissvel. Ele adquire os direitos de um engenheiro que depositou uma patente de uma mquina trmica operando em um ciclo termodinmico composto por quatro processos descritos a seguir: Processo 1 2: processo isovolumtrico com aumento de presso: Processo 2 3: processo isobrico com aumento de volume: Processo 3 4: processo isovolumtrico com reduo de presso: Processo 4 1: processo isobrico com reduo de volume: O engenheiro afirma que o rendimento desejado obtido para qualquer valor de desde que a razo entre os volumes seja igual a 2. Porm, testes exaustivos do prottipo da mquina indicam que o rendimento inferior ao desejado. Ao ser questionado sobre o assunto, o engenheiro argumenta que os testes no foram conduzidos de forma correta e mantm sua afirmao original. Supondo que a substncia de trabalho que percorre o ciclo 1-2-3-4-1 seja um gs ideal monoatmico e baseado em uma anlise termodinmica do problema, verifique se o rendimento desejado pode ser atingido.

[IME- 2012/2013- 2fase] Um planeta desloca-se em torno de uma estrela de massa M, em uma rbita elptica de semi-eixos a e b (a b). Considere a estrela fixa em um dos focos. Determine as velocidades mnima e mxima do planeta. Dados: constante gravitacional: G; distncia entre os focos: 2c.

[IME- 2012/2013- 2fase] Um aparato ptico constitudo de uma tela de projeo e uma lente delgada convergente mvel guiada por trilhos e fixada em um dos lados por duas molas, conforme ilustrado na figura. O aparato encontra-se imerso em um campo magntico uniforme B, ortogonal ao eixo ptico e s duas hastes condutoras de suporte da lente. Ao dispor-se um objeto luminoso na extremidade do aparato, com as molas relaxadas, verifica-se a formao de uma imagem ntida na tela de projeo de tamanho L1. Aplicando-se uma diferena de potencial constante entre as extremidades das hastes de suporte da lente atravs dos trilhos, observa-se a mudana na posio da lente, formando-se na tela de projeo uma nova imagem ntida, de tamanho L2 , sendo L2 L1. Determine: a) o tamanho do objeto luminoso; b) a distncia entre o objeto luminoso e a lente quando os trilhos no esto energizados; c) o valor da ddp que faz formar a nova imagem ntida. Dados: Intensidade do campo magntico: B Constante elstica de cada mola: k Distncia focal da lente: f Comprimento de cada haste condutora: a Resistncia eltrica de cada haste condutora: R Observaes: Desconsidere a resistncia eltrica do trilho e da fonte eltrica. Desconsidere a massa do conjunto mvel da lente e os atritos nos roletes.

[IME- 2012/2013- 2fase] A figura acima representa um sistema, inicialmente em equilbrio mecnico e termodinmico, constitudo por um recipiente cilndrico com um gs ideal, um mbolo e uma mola. O mbolo confina o gs dentro do recipiente. Na condio inicial, a mola, conectada ao mbolo e ao ponto fixo A, no exerce fora sobre o mbolo. Aps 3520 J de calor serem fornecidos ao gs, o sistema atinge um novo estado de equilbrio mecnico e termodinmico, ficando o mbolo a uma altura de 1,2 m em relao base do cilindro. Determine a presso e a temperatura do gs ideal: a) na condio inicial; b) no novo estado de equilbrio. Observao: Considere que no existe atrito entre o cilindro e o mbolo. Dados: Massa do gs ideal: 0,01 kg; Calor especfico a volume constante do gs ideal: 1.000 J/kg.K; Altura inicial do mbolo em relao base do cilindro: X1 = 1 m; rea da base do mbolo: 0,01 m; Constante elstica da mola: 4.000 N/m; Massa do mbolo: 20 kg; Acelerao da gravidade: 10 m/s; e Presso atmosfrica: 100.000 Pa.

[IME- 2012/2013- 2fase] A Figura 1a apresenta um circuito composto por uma fonte de tenso alimentando um elemento desconhecido, denominado CAIXA PRETA, em paralelo com uma resistncia de 0,5As formas de onda da tenso fornecida pela fonte e da potncia solicitada pelo circuito so apresentadas nas figuras 1b e 1c, respectivamente. Pede-se: a) o esboo dos grficos das correntes iT(t), i1(t) e i2(t); b) o esboo do grfico da potncia dissipada no resistor de0,5 c) a energia consumida pelo circuito no intervalo de tempo entre 0 e 5 s.

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Uma partcula de carga q e massa m est sujeita a dois campos eltricos ortogonais Ex(t) e Ey(t), dados pelas equaes: Ex(t) = 5sen(2t) Ey(t) = 12cos(2t) Sabe-se que a trajetria da partcula constitui uma elipse. A velocidade escalar mxima atingida pela partcula :

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Um foguete de brinquedo voa na direo e sentido indicados pela figura com velocidade constante . Durante todo o voo, um par de espelhos, composto por um espelho fixo e um espelho giratrio que gira em torno do ponto A, faz com que um raio laser sempre atinja o foguete, como mostra a figura acima. O mdulo da velocidade de rotao do espelho :

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Um objeto puntiforme encontra-se a uma distncia L de sua imagem, localizada em uma tela,como mostra a figura acima. Faz-se o objeto executar um movimento circular uniforme de raio (r L) com centro no eixo principal e em um plano paralelo lente. A distncia focal da lente 3L/16 e a distncia entre o objeto e a lente x. A razo entre as velocidades escalares dasimagens para os possveis valores de x para os quais se forma uma imagem na posio da tela:

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Um corpo de 300 g de massa lanado de uma altura de 2,20 m em relao ao cho como mostrado na figura acima. O vetor velocidade inicial tem mdulo de 20m/s e faz um ngulo de 60 com a vertical. O mdulo do vetor diferena entre o momento linear no instante do lanamento e o momento linear no instante em que o objeto atinge o solo, em kg.m/s, : (Dado: acelerao da gravidade: .)

[IME - 2012/2013 - 1a fase] A figura acima mostra uma estrutura em equilbrio, formada por uma barra vertical AC e umcabo CD, de pesos desprezveis, e por uma barra horizontal BD. A barra vertical fixada em Ae apoia a barra horizontal BD. O cabo de seo transversal de 100 mm de rea inextensvele est preso nos pontos C e D. A barra horizontal composta por dois materiais de densidadeslineares de massa 1 e 2 . Diante do exposto, a fora normal por unidade de rea, em MPa,no cabo CD : Dados: acelerao da gravidade: 10 m/s ; densidades lineares de massa: 1 = 600 kg/m e2 = 800 kg/m.

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Quando uma corda de violo tocada, o comprimento de onda da onda sonoraproduzida pela corda:

[IME - 2012/2013 - 1a fase] A figura acima apresenta uma partcula com velocidade v, carga q e massa m penetrando perpendicularmente em um ambiente submetido a um campo magntico B. Um anteparo est a uma distncia d do centro do arco de raio r correspondente trajetria da partcula. O tempo, em segundos, necessrio para que a partcula venha a se chocar com o anteparo : Dados:

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Em certos problemas relacionados ao escoamento de fluidos no interior de dutos, encontram-se expresses do tipo: A grandeza possui a mesma dimenso da razo entre potncia e temperatura. O termo k a condutividade trmica, conforme descrito pela Lei de Fourier. As dimenses dos parmetros a e l so, respectivamente, as mesmas de acelerao e comprimento. A dimenso de v para que a equao acima seja dimensionalmente correta igual a:

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Uma onda plana de frequncia f propaga-se com velocidade v horizontalmente para a direita. Um observador em A desloca-se com velocidade constante u (u v) no sentido indicado na figura ao lado. Sabendo que o ngulo entre a direo de propagao da onda e de deslocamento do observador, a frequncia medida por ele :

[IME - 2012/2013 - 1a fase] Um feixe de luz de intensidade I incide perpendicularmente em uma lmina de vidro de espessura constante. A intensidade da onda transmitida do ar para o vidro e vice-versa reduzida por um fator q (0 q 1). Ao chegar a cada interface de separao entre o ar e o vidro, a onda se divide em refletida e transmitida. A intensidade total da luz que atravessa o vidro, aps sucessivas reflexes internas no vidro, dada por: