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Questões de Física - UNICAMP 2017

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Questão 13
2017Física

O uso do sistema de localização GPS (Global Positioning System) cresceu bastante nos últimos tempos devido principalmente à existência do sensor GPS na maioria dos celulares disponíveis no mercado. Nesses celulares, o sinal de GPS tem sido usado para localização do aparelho em mapas, para obter sugestões de rotas e até em jogos. Considere que os satélites responsáveis por enviar o sinal GPS encontram-se a aproximadamente RGPS=27.000 km do centro da Terra, seu período de rotação em torno do centro da Terra é TGPS = 12 horas e sua órbita é circular. a) Qual é a velocidade escalar média de um satélite do sistema GPS? b) Os satélites de GPS enviam continuamente as três coordenadas que determinam sua posição atual e o horário do envio da mensagem. Com as informações de 4 satélites, o receptor pode determinar a sua posição e o horário local. Para garantir a precisão dessas informações, efeitos relativísticos são considerados na determinação do horário enviado pelos satélites. Os relógios localizados nos satélites são afetados principalmente por efeitos da relatividade restrita, que atrasam os relógios, e da relatividade geral, que adiantam os relógios, conforme mostra a figura abaixo. Qual é a distância do centro da Terra R e o período T da órbita em que os efeitos da relatividade geral e da relatividade restrita se cancelam, ou seja, quando a soma dos dois efeitos é zero? Gráfico da folha de respostas.

Questão 14
2017Física

Lótus é uma planta conhecida por uma característica muito interessante: apesar de crescer em regiões de lodo, suas folhas estão sempre secas e limpas. Isto decorre de sua propriedade hidrofóbica. Gotas de água na folha de lótus tomam forma aproximadamente esférica e se deslocam quase sem atrito até caírem da folha. Ao se moverem pela folha, as gotas de água capturam e carregam consigo a sujeira para fora da folha. a) Quando uma gota de água cai sobre uma folha de lótus, ela quica como se fosse uma bola de borracha batendo no chão. Considere uma gota, inicialmente em repouso, caindo sobre uma folha de lótus plana e na horizontal, a partir de uma altura hi = 50 cm acima da folha. Qual é o coeficiente de restituição da colisão se a gota sobe até uma altura de hf = 2 cm após quicar a primeira vez na folha? b) Considere uma gota de água com velocidade inicial vi = 3 mm/s deslocando-se e limpando a superfície de uma folha de lótus plana e na horizontal. Antes de cair da folha, essa gota captura o lodo de uma área de 2 cm2 . Suponha que a densidade superficial média de lodo na folha é de 2,510-3 gramas/cm2 . Estime a massa da gota de água e calcule sua velocidade no instante em que ela deixa a folha.

Questão 15
2017Física

Os brinquedos de parques de diversões utilizam-se de princípios da Mecânica para criar movimentos aos quais não estamos habituados, gerando novas sensações. Por isso um parque de diversões é um ótimo local para ilustrar princípios básicos da Mecânica. a) Considere uma montanha russa em que um carrinho desce por uma rampa de altura H = 5 m e, ao final da rampa, passa por um trecho circular de raio R = 2 m, conforme mostra a figura a) abaixo. Calcule o módulo da aceleração no ponto mais baixo do circuito, considerando que o carrinho partiu do repouso. b) Outro brinquedo comum em parques de diversões é o chapéu mexicano, em que cadeiras são penduradas com correntes na borda de uma estrutura circular que gira com seu eixo de rotação perpendicular ao solo. Considere um chapéu mexicano com estrutura circular de raio R = 6,3 m e correntes de comprimento L = 2 m. Ao girar, as cadeiras se elevam 40 cm, afastando-se 1,2 m do eixo de rotação, conforme mostra a figura b) abaixo. Calcule a velocidade angular de rotação do brinquedo. Figuras da folhas de resolução.

Questão 16
2017Física

A energia solar é a única fonte de energia do avião Solar Impulse 2, desenvolvido na École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suíça. a) Para aproveitar a energia obtida dos raios solares e poder voar tanto à noite quanto de dia, o Solar Impulse 2, de massa aproximada m = 2000 kg, voava em alta altitude e velocidade vdia = 90 km/h durante o dia, armazenando energia solar para a noite. Ao anoitecer, o avião descia para altitudes menores e voava a uma velocidade aproximada de vnoite = 57,6 km/h. Qual é a variação da energia cinética do avião entre o dia e a noite? b)As asas e a fuselagem do Solar Impulse 2 são cobertas por 270 m2 de células solares, cuja eficiência em converter energia solar em energia elétrica é de aproximadamente 25%. O avião tem um conjunto de motores cuja potência total vale P = 50,0 kW e baterias que podem armazenar até E = 164 kWh de energia total. Suponha que o avião está voando com seus motores a 80% da sua potência máxima e que as baterias estão totalmente descarregadas. Considerando que a intensidade de energia solar que chega até as células solares é de 1,2 kW/m2 , quanto tempo é necessário para carregar totalmente as baterias?

Questão 17
2017Física

Um instrumento importante no estudo de sistemas nanométricos é o microscópio eletrônico. Nos microscópios ópticos, a luz é usada para visualizar a amostra em estudo. Nos microscópios eletrônicos, um feixe de elétrons é usado para estudar a amostra. a) A vantagem em se usar elétrons é que é possível acelerá-los até energias em que o seu comprimento de onda é menor que o da luz visível, permitindo uma melhor resolução. O comprimento de onda do elétron é dado por𝜆 = ℎ / (2𝑚𝑒𝐸𝑐 )12, em que 𝐸𝑐 é a energia cinética do elétron, 𝑚𝑒~9 1031 kg é a massa do elétron e ℎ~6,6 1034 N∙m∙s é a constante de Planck. Qual é o comprimento de onda do elétron em um microscópio eletrônico em que os elétrons são acelerados, a partir do repouso, por uma diferença de potencial de 𝑈 = 50 kV? Caso necessário, use a carga do elétron 𝑒 = 1,6 1019 C. b)Uma forma usada para gerar elétrons em um microscópio eletrônico é aquecer um filamento, processo denominado efeito termiônico. A densidade de corrente gerada é dada por𝐽 = 𝐴𝑇2𝑒((𝑘𝐵𝑇)), em que𝐴 é a constante de Richardson, 𝑇 é a temperatura em kelvin, 𝑘𝐵 = 1,4 1023 J/K é a constante de Boltzmann e , denominado função trabalho,é a energia necessária para remover um elétron do filamento. A expressão para 𝐽 pode ser reescrita comoo 𝑙𝑛(𝐽/𝑇2) = 𝑙𝑛(𝐴)(𝑘𝐵)(1 𝑇), que é uma equação de uma reta de 𝑙𝑛(𝐽 𝑇2) versus (1𝑇), em que 𝑙𝑛(𝐴) é o coeficiente linear e (𝑘𝐵) é o coeficiente angular da reta. O gráfico da figura abaixo apresenta dados obtidos do efeito termiônico em um filamento de tungstênio. Qual é a função trabalho do tungstênio medida neste experimento?

Questão 18
2017Física

O controle da temperatura da água e de ambientes tem oferecido à sociedade uma grande gama de confortos muito bem-vindos. Como exemplo podemos citar o controle da temperatura de ambientes fechados e o aquecimento da água usada para o banho. a) O sistema de refrigeração usado em grandes instalações, como centros comerciais, retira o calor do ambiente por meio da evaporação da água. Os instrumentos que executam esse processo são usualmente grandes torres de refrigeração vazadas, por onde circula água, e que têm um grande ventilador no topo. A água é pulverizada na frente do fluxo de ar gerado pelo ventilador. Nesse processo, parte da água é evaporada, sem alterar a sua temperatura, absorvendo calor da parcela da água que permaneceu líquida. Considere que 110 litros de água a 30C circulem por uma torre de refrigeração e que, desse volume, 2 litros sejam evaporados. Sabendo que o calor latente de vaporização da água é L = 540 cal/g e que seu calor específico é c = 1,0 cal/g∙ C, qual é a temperatura final da parcela da água que não evaporou? b) A maioria dos chuveiros no Brasil aquece a água do banho por meio de uma resistência elétrica. Usualmente a resistência é constituída de um fio feito de uma liga de níquel e cromo de resistividade = 1,1 x 10-6 ∙m. Considere um chuveiro que funciona com tensão de U = 220 V e potência P = 5500 W. Se a área da seção transversal do fio da liga for A = 2,5 x 10-7 m2 , qual é o comprimento do fio da resistência?

Questão
2017Física

(UNICAMP - 2017)A microfluídica é uma área de pesquisa que trabalha com amanipulação precisa de líquidos em canais com dimensõessubmilimétricas, chamados de microcanais, possibilitando odesenvolvimento de sistemas miniaturizados de análisesquímicas e biológicas. Considere que uma seringa com êmbolocilíndrico de diâmetro D = 4 mm seja usada para injetar umlíquido em um microcanal cilíndrico com diâmetro ded = 500 m. Se o êmbolo for movido com uma velocidade deV = 4 mm/s, a velocidade v do líquido no microcanal será de

Questão
2017Física

(UNICAMP - 2017)Em uma animação do Tom e Jerry, o camundongo Jerry seassusta ao ver sua imagem em uma bola de Natal cujasuperfície é refletora, como mostra a reprodução abaixo. Écorreto afirmar que o efeito mostrado na ilustração não ocorrena realidade, pois a bola de Natal formaria uma imagem

Questão
2017Física

(UNICAMP - 2017)Denomina-se energia eólica a energia cinética contida novento. Seu aproveitamento ocorre por meio da conversãoda energia cinética de translação em energia cinética derotação e, com o emprego de turbinas eólicas, tambémdenominadas aerogeradores, é gerada energia elétrica.Existem atualmente, na região que mais produz energia eólica no Brasil, 306 usinas em operação, com o potencialde geração elétrica de aproximadamente 7.800 MWh(dados do Banco de Informações de Geração da ANEEL,2016). Se nessa região, por razões naturais, a velocidadedo vento fosse reduzida, mantendo-se a densidade do arconstante, teríamos uma redução de produção de energiaelétrica. Indique a região em questão e qual seria a quantidade deenergia elétrica produzida, se houvesse a redução davelocidade do vento pela metade.

Questão
2017Física

(UNICAMP - 2017)Em 2016 foi batido o recorde de voo ininterrupto mais longo dahistória. O avião Solar Impulse 2, movido a energia solar,percorreu quase 6480 km em aproximadamente 5 dias,partindo de Nagoya no Japão até o Havaí nos Estados Unidosda América. A velocidade escalar média desenvolvida peloavião foi de aproximadamente

Questão
2017Física

(UNICAMP - 2017)Hoje é comum encontrarmos equipamentos de exercíciofísico em muitas praças públicas do Brasil. Essesequipamentos são voltados para pessoas de todas as idades, mas, em particular, para pessoas da terceira idade.São equipamentos exclusivamente mecânicos, sem uso departes elétricas, em que o esforço consiste usualmente em levantar o próprio peso do praticante. Considere oesquema abaixo, em que uma pessoa de massa m = 65 kgestá parada e com a perna esticada em um equipamentotipicamente encontrado nessas praças. O módulo da força exercida pela perna da pessoa em razão de sua massam é (Se necessário, utilize g = .)

Questão
2017Física

(Unicamp 2017) Tecnologias móveis como celulares e tablets têm tempo de autonomia limitado pela carga armazenada em suas baterias. O gráfico abaixo apresenta, de formasimplificada, a corrente de recarga de uma célula de bateria de íon de lítio, em função do tempo. Considere uma célula de bateria inicialmente descarregada e que é carregada seguindo essa curva de corrente. A sua carga no final da recarga é de

Questão
2017Física

(UNICAMP - 2017)Considere que, de forma simplificada, a resolução máximade um microscópio óptico é igual ao comprimento de ondada luz incidente no objeto a ser observado. Observando acélula representada na figura abaixo, e sabendo que ointervalo de frequências do espectro de luz visível estácompreendido entre a menorestrutura celular que se poderia observar nessemicroscópio de luz seria

Questão
2017Física

(UNICAMP - 2017)O semáforo é um dos recursos utilizados para organizar otráfego de veículos e de pedestres nas grandes cidades.Considere que um carro trafega em um trecho de uma viaretilínea, em que temos 3 semáforos. O gráfico abaixo mostra avelocidade do carro, em função do tempo, ao passar por esse trecho em que o carro teve que parar nos três semáforos. Adistância entre o primeiro e o terceiro semáforo é de

Questão
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(UNICAMP - 2017)Tecnologias móveis como celulares e tablets têm tempo deautonomia limitado pela carga armazenada em suasbaterias. O gráfico abaixo apresenta, de forma simplificada,a corrente de recarga de uma célula de bateria de íon delítio, em função do tempo. Considere uma célula de bateriainicialmente descarregada e que é carregada seguindo essa curva de corrente. A sua carga no final da recarga éde

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