CA 6 - Apropriar-se de conhecimentos da Física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

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1 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES CADERNO 8 PROF.: Célio Normando CA 6 - Apropriar-se de conhecimentos da Física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. H 20 - Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes. OBJETO DO CONHECIMENTO: Movimentos de corpos celestes Leis de Kepler 1. (ENEM 2009) O ônibus espacial Atlantis foi lançado ao espaço com cinco astronautas a bordo e uma câmera nova, que iria substituir uma outra danificada por um curto-circuito no telescópio Hubble. Depois de entrarem em órbita a 560 km de altura, os astronautas se aproximaram do Hubble. Dois astronautas saíram da Atlantis e se dirigiram ao telescópio. Ao abrir a porta de acesso, um deles exclamou: Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno. Considerando o texto e as leis de Kepler, pode-se afirmar que a frase dita pelo astronauta: A) se justifica porque o tamanho do telescópio determina a sua massa, enquanto seu pequeno peso decorre da falta de ação da aceleração da gravidade. B) se justifica ao verificar que a inércia do telescópio é grande comparada à dele próprio, e que o peso do telescópio é pequeno porque a atração gravitacional criada por sua massa era pequena. C) não se justifica, porque a avaliação da massa e do peso de objetos em órbita tem por base as leis de Kepler, que não se aplicam a satélites artificiais. D) não se justifica, porque a força-peso é a força exercida pela gravidade terrestre, neste caso, sobre o telescópio e é a responsável por manter o próprio telescópio em órbita. E) não se justifica, pois a ação da força-peso implica a ação de uma força de reação contrária, que não existe naquele ambiente. A massa do telescópio poderia ser avaliada simplesmente pelo seu volume. SOLUÇÃO: De fato, as leis de Kepler não justificam a afirmação do astronauta porque elas versam sobre forma da órbita, período da órbita e área varrida na órbita. Essa afirmação explica -se pelo Princípio Fundamental da Dinâmica, pois o que está em questão são a massa e o peso do telescópio. Como o astronauta e o telescópio estão em órbita, estão suje itos apenas à força peso, e, consequentemente, à mesma aceleração (centrípeta), que é a da gravidade local, tendo peso APARENTE nulo. R = P m a = m g a = g. É pelo mesmo motivo que os objetos flutuam dentro de uma nave. Em Física, diz -se nesse caso que os corpos estão em estado de imponderabilidade. Apenas para complementar: considerando R = km o raio da Terra, à altura h = 540 km, o raio da órbita do telescópio é r = R + h = = km. De acordo com a lei de

2 R Newton da gravitação, a intensidade do campo gravitacional num ponto da órbita é g = g0 r, 2 sendo g0 = 10 m/s Assim, g 10 8,5 m/s % do seu peso na superfície terrestre. 2 Ou seja, o peso REAL do telescópio na órbita é RESPOSTA (D) OBJETO DO CONHECIMENTO: Momento de uma força Torque 2. (ENEM 1998) Um portão está fixo em um muro por duas dobradiças A e B, conforme mostra a figura, sendo P o peso do portão. Caso um garoto se dependure no portão pela extremidade livre, e supondo que as reações máximas suportadas pelas dobradiças sejam iguais, a) é mais provável que a dobradiça A arrebente primeiro que a B. b) é mais provável que a dobradiça B arrebente primeiro que a A. c) seguramente as dobradiças A e B arrebentarão simultaneamente. d) nenhuma delas sofrerá qualquer esforço. e) o portão quebraria ao meio, ou nada sofreria. SOLUÇÃO: O peso do portão tende a girá-lo no sentido horário. Isto puxa a dobradiça A tendendo a arrancá-la e comprime a B tendendo a prendê-la mais na parede. RESPOSTA (A) OBJETO DO CONHECIMENTO: Descrições do movimento circular e sua interpretação. 3. (ENEM 1998) As bicicletas possuem uma corrente que liga uma coroa dentada dianteira, movimentada pelos pedais, a uma coroa localizada no eixo da roda traseira, como mostra a figura. O número de voltas dadas pela roda traseira a cada pedalada depende do tamanho relativo destas coroas. Em que opção abaixo a roda traseira dá o maior número de voltas por pedalada?

3 SOLUÇÃO: Sendo R1 o raio da coroa dentada dianteira, movimentada pelos pedais, e R2 o raio da coroa localizada no eixo da roda traseira, o maior número de voltas por pedalada, para a roda traseira, requer: R1/R2= máximo possível RESPOSTA (A) OBJETO DO CONHECIMENTO: Descrições do movimento circular e sua interpretação. 4. (ENEM 1998) Com relação ao funcionamento de uma bic icleta de marchas, onde cada marcha é uma combinação de uma das coroas dianteiras com uma das coroas traseiras, são formuladas as seguintes afirmativas: I. numa bicicleta que tenha duas coroas dianteiras e cinco traseiras, temos um total de dez marchas possíveis onde cada marcha representa a associação de uma das coroas dianteiras com uma das traseiras. II. em alta velocidade, convém acionar a coroa dianteira de maior raio com a coroa traseira de maior raio também. III. em uma subida íngreme, convém acionar a coroa dianteira de menor raio e a coroa traseira de maior raio. Entre as afirmações anteriores, estão corretas: A) I e III apenas. B) I, II e III. C) I e II apenas. D) II apenas. E) III apenas.

4 SOLUÇÃO: I) A expressão (4) permite c oncluir que a cada par r2; r1 corresponde uma diferente velocidade angular para a roda traseira. A expressão (8) permite concluir que a cada par r2; r1 corresponde um diferente momento para a roda traseira. Logo, a cada par r2; r1 corresponde uma diferente marcha. Se dispomos de 5 diferentes valores de r1 e 2 valores de r2, dispomos de 10 marchas. A afirmação I está correta. II) A expressão (4) permite concluir que, quando se deseja um maior valor de _1, devemos associar uma coroa dianteira de grande raio (grande r2) com uma coroa traseira de pequeno raio (pequeno r1). A afirmação II está errada. III) Numa subida, queremos que o momento na coroa traseira seja grande, o que se consegue com uma coroa traseira grande (grande r1) e uma coroa dianteira pequena (pequeno r2). A afirmação III está correta. RESPOSTA (A) OBJETO DO CONHECIMENTO: Descrições do movimento circular e sua interpretação. 5. (ENEM 1998) Quando se dá uma pedalada na bicicleta da questão 13 (isto é, quando a coroa acionada pelos pedais dá uma volta completa), qual é a distância aproximada percorrida pela bicicleta, sabendo-se que o comprimento de um círculo de raio R é igual a 2π R, onde π 3? A) 1,2 m D) 14,4 m B) 2,4 m E) 48,0 m C) 7,2 m

5 SOLUÇÃO: Enquanto a coroa acionada pelos pedais dá uma volta, a coroa localizada no eixo da roda traseira dá três voltas. Assim: Δs = 3 (2πR) = 3 0,8 3 Δs = 7,2m RESPOSTA (C) CA 6 - Apropriar-se de conhecimentos da Física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. H21 Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e (ou) do eletromagnetismo. OBJETO DO CONHECIMENTO: Eletromagnetismo 6. (ENEM ª aplicação) Os dínamos são geradores de energia elétrica utilizados em bicicletas para acender uma pequena lâmpada. Para isso, é necessário que a parte móvel esteja em contato com o pneu da bicicleta e, quando ela entra em movimento, é gerada energia elétrica para acender a lâmpada. Dentro desse gerador, encontram-se um imã e uma bobina. O princípio de funcionamento desse equipamento é explicado pelo fato de que a a) corrente elétrica no circuito fechado gera um campo magnético nessa região. b) bobina imersa no campo magnético em circuito fechado gera uma corrente elétrica. c) bobina em atrito com o campo magnético no circuito fechado gera uma corrente elétrica. d) corrente elétrica é gerada em circuito fechado por causa da presença do campo magnético. e) corrente elétrica é gerada em circuito fechado quando há variação do campo magnético. SOLUÇÃO: De acordo com a lei de Faraday-Neumann, a corrente elétrica induzida num circuito fechado ocorre quando há variação do fluxo magnético através do circuito. OBJETO DO CONHECIMENTO: Eletromagnetismo RESPOSTA (E) 7. Haja coração!!! Em 2010, tivemos muitas emoções, visto que foi ano de Copa do Mundo e de jogos do Brasil. Estamos nos preparando, pois, em 2014, a Copa do Mundo será no Brasil. Imagine que em sua casa seus amigos combinaram de assistir ao jogo do Brasil e para que a narração saia bem alta, com muita emoção, você resolveu ligar a saída de som do televisor a uma caixa de som com um alto-falante bem potente. Para aproveitar o tamanho da caixa de som, você a usou como mesa para colocar a TV em cima.

6 Marque o item correto sobre o que deverá acontecer com a imagem do seu televisor. a) A imagem ficará mais nítida, pois no alto-falante existe um imã que melhora o fluxo de elétrons no televisor. b) A imagem aparecerá borrada, pois o som do alto-falante joga os elétrons do tubo de imagens para fora da linha correta de colisão. c) No alto-falante, existe um imã que repele ou atrai magneticamente os elétrons do feixe, fazendo com que os elétrons alterem a trajetória, colidindo em posições incorretas, provocando distorções na imagem e nas cores. d) A imagem na TV jamais seria alterada, pois na caixa de som e no televisor são compatíveis. e) A imagem ficaria com um colorido mais intenso, pois o som potencializa a emissão de luz emitida pelo processo de colisão do elétron. SOLUÇÃO: O imã existente, no alto-falante, gera um campo magnético e este desvia o feixe de elétrons da trajetória normal, que deveria seguir. Desta maneira as cores e as imagens ficarão distorcidas. RESPOSTA (C) OBJETO DO CONHECIMENTO: Propagação do calor 8. (PUC-SP 2005) Calor é uma forma de energia que se transfere de um corpo para outro em virtude de uma diferença de temperatura entre eles. Há três processos de propagação de calor: condução, convecção e radiação. Em relação à transferência de calor, afirma-se que: I. Em dias frios, os pássaros costumam eriçar suas penas para acumular ar entre elas. Nesse caso, o ar acumulado constitui-se em um bom isolante térmico diminuindo as trocas de calor, por condução, com o ambiente. II. Correntes de convecção na atmosfera costumam ser aproveitadas por aviões planadores e asas delta para ganharem altura. Tais correntes são originadas por diferenças de temperaturas entre duas regiões quaisquer da Terra. III. As paredes internas das garrafas térmicas são espelhadas com o objetivo de diminuir as trocas de calor por radiação. Está correto o que se afirma em a) I, II e III. b) apenas I e II. c) apenas I e III. d) apenas II e III. e) apenas III. SOLUÇÃO: I Verdadeira. O ar é um bom isolante térmico. Daí a importância de os pássaros eriçarem suas penas para reterem esse ar entre elas, diminuindo a condução.

7 II Verdadeira. As diferenças de temperatura entre duas regiões quaisquer da Terra fazem com que haja correntes ascendentes e descendentes, denominadas correntes de convecção. III Verdadeira. As superfícies espelhadas refletem as radiações térmicas, diminuindo as trocas por radiação. OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia Elétrica RESPOSTA (A) 9. (ENEM 1998) Segue abaixo um trecho de uma matéria da revista Superinteressante, que descreve hábitos de um morador de Barcelona (Espanha), relacionando-os com o consumo de energia e efeitos sobre o ambiente. I. Apenas no banho matinal, por exemplo, um cidadão utiliza cerca de 50 litros de água, que depois terá que ser tratada. Além disso, a água é aquecida consumindo 1,5 quilowatt-hora (cerca de 1,3 milhões de calorias), e para gerar essa energia foi preciso perturbar o ambiente de alguma maneira... Também com relação ao trecho I, supondo a existência de um chuveiro elétrico, pode-se afirmar que: A) a energia usada para aquecer o chuveiro é de origem química, transformando-se em energia elétrica. B) a energia elétrica é transformada no chuveiro em energia mecânica e, posteriormente, em energia térmica. C) o aquecimento da água deve-se à resistência do chuveiro, onde a energia elétrica é transformada em energia térmica. D) a energia térmica consumida nesse banho é posteriormente transformada em energia elétrica. E) como a geração da energia perturba o ambiente, pode-se concluir que sua fonte é algum derivado do petróleo. SOLUÇÃO: Um chuveiro elétrico pode ser analisado como sendo um resistor. Desta maneira, ao se estabelecer uma corrente elétrica em seus terminais, a energia elétrica é transformada em térmica fenômeno conhecido como efeito Joule, que é transferida para a água. De acordo com esses dados, as alternativas A, B e D podem ser facilmente eliminadas. Quanto à alternativa E, não há qualquer argumento, no trecho I do texto, que permita concluir que a fonte de energia seja o petróleo. Logo, a alternativa correta é a C. RESPOSTA (C) NB: Existe uma distinção não muito clara na alternativa C entre resistor (dispositivo elétrico) e resistência elétrica (propriedade do dispositivo). É a presença do resistor, onde se estabelece uma corrente elétrica, que detemina o aquecimento da água no chuveiro. OBJETO DO CONHECIMENTO: Influência da pressão nas mudanças de estado 10. (ENEM-1998) A tabela a seguir registra a pressão atmosférica em diferentes altitudes, e o gráfico relaciona a pressão de vapor da água em função da temperatura.

8 Um líquido, num frasco aberto, entra em ebulição a partir do momento em que a sua pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica. Assinale a opção correta, considerando a tabela, o gráfico e os dados apresentados, sobre as seguintes cidades: A temperatura de ebulição será: A) maior em Campos do Jordão. B) menor em Natal. C) menor no Pico da Neblina. D) igual em Campos do Jordão e Natal. E) não dependerá da altitude. SOLUÇÃO: A menor temperatura de ebulição é aquela correspondente à menor pressão de vapor, correspondente à maior altitude. RESPOSTA (C) GABARITO 1. D 2. A 3. A 4. A 5. C 6. E 7. C 8. A 9. C 10. C