Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 1.ª Fase - 2010

1. Leia o seguinte texto.

A 2 de Agosto de 1971, o astronauta David Scott, comandante da missão Apollo 15, realizou na Lua (onde a atmosfera é praticamente inexistente) uma pequena experiência com um martelo geológico (de massa 1,32 kg) e uma pena de falcão (de massa 0,03 kg). No filme que registou essa experiência, é possível ouvir as palavras de Scott:

«Se estamos aqui hoje, devemo-lo, entre outros, a Galileu, que fez uma descoberta muito importante acerca da queda dos corpos em campos gravíticos. Considero que não há melhor lugar para confirmar as suas descobertas do que a Lua. Vou, por isso, deixar cair o martelo, que tenho na mão direita, e a pena, que tenho na mão esquerda, e espero que cheguem ao chão ao mesmo tempo.»

Nas imagens registadas, vê-se Scott a segurar no martelo e na pena, aproximadamente, à mesma altura, e a largá-los em simultâneo. Os dois objectos caem lado a lado e chegam ao chão praticamente ao mesmo tempo. Scott exclama: «Isto mostra que Galileu tinha razão!»

http://history.nasa.gov/alsj/a15/a15.clsout3.html#1670255 (adaptado)

1.1. Identifique o facto, referido no texto, que levou Scotta considerar que a Lua era um lugar privilegiado para testar a hipótese de Galileu sobre o movimento de corpos em queda livre.

Nos itens 1.2. a 1.5., seleccione a única opção que, em cada caso, permite obter uma afirmação correcta.

        

1.2.  Galileu previu que, na queda livre de um objecto, o tempo de queda...

(A) depende da forma e da massa do objecto.

(B) depende da forma do objecto, mas é independente da sua massa. 

(C) é independente da forma do objecto, mas depende da sua massa. 

(D) é independente da forma e da massa do objecto.

        

1.3.  O martelo e a pena caem lado a lado e chegam ao chão praticamente ao mesmo tempo, porque, estando sujeitos a forças gravíticas...

(A) diferentes, caem com acelerações iguais.

(B) iguais, caem com acelerações iguais.

(C) iguais, caem com acelerações diferentes.

(D) diferentes, caem com acelerações diferentes.

        

1.4.  Durante a queda da pena manteve-se constante, para o sistema pena + Lua, a...

(A) energia cinética.

(B) soma das energias cinética e potencial gravítica.

(C) energia potencial gravítica.

(D) diferença entre as energias cinética e potencial gravítica.

        

1.5. Os astronautas da missão Apollo 15 implantaram sensores que permitiram medir, num dado local, os valores de condutividade térmica da camada mais superficial da Lua (camada A) e de uma camada mais profunda (camada B). Esses valores encontram-se registados na tabela seguinte. 

Comparando porções das camadas A e B, de igual área e submetidas à mesma diferença de temperatura, mas, sendo a espessura da camada B dupla da espessura da camada A, é de prever que a taxa temporal de transmissão de energia como calor seja cerca de...

(A) 2 vezes superior na camada B. 

(B) 4 vezes superior na camada B. 

(C) 8 vezes superior na camada B. 

(D) 16 vezes superior na camada B.

        

1.6. A distância Terra – Lua foi determinada, com grande rigor, por reflexão de ondas electromagnéticas em reflectores colocados na superfície da Lua.

Considere um feixe laser, muito fino, que incide sobre uma superfície plana segundo um ângulo de incidência de 20o, sendo reflectido por essa superfície.

Seleccione a única opção que representa correctamente a situação descrita. 

        

2. Para aumentar a área de superfície lunar susceptível de ser explorada, os astronautas da Apollo 15 usaram um veículo conhecido como jipe lunar.

Considere que, nos itens 2.1. a 2.4., o jipe pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

2.1. Na Figura 1, encontra-se representado o gráfico da distância percorrida pelo jipe, em função do tempo, num dado percurso. 

Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta. O gráfico permite concluir que, no intervalo de tempo...

(A) [0, t1], o jipe descreveu uma trajectória curvilínea. 

(B) [t1, t2], o jipe inverteu o sentido do movimento. 

(C) [t2, t3], o jipe esteve parado.

(D) [t3, t4], o jipe se afastou do ponto de partida.

        

2.2. Admita que o jipe sobe, com velocidade constante, uma pequena rampa.

Seleccione a única opção em que a resultante das forças aplicadas no jipe, FR , está indicada correctamente. 

        

2.3. Indique, justificando, o valor do trabalho realizado pela força gravítica aplicada no jipe quando este se desloca sobre uma superfície horizontal.

        

2.4.  O jipe estava equipado com um motor eléctrico cuja potência útil, responsável pelo movimento do seu centro de massa, era 7,4 × 102 W.

Admita que a Figura 2 representa uma imagem estroboscópica do movimento desse jipe, entre os pontos A e B de uma superfície horizontal, em que as sucessivas posições estão registadas a intervalos de tempo de 10 s. 

Calcule o trabalho realizado pelas forças dissipativas, entre as posições A e B. Apresente todas as etapas de resolução.

        

2.5.  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.

        

3. Os ímanes têm, hoje em dia, diversas aplicações tecnológicas.

3.1. A Figura 3 representa linhas de campo magnético criadas por um íman em barra e por um íman em U. 

Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta. O módulo do campo magnético é...

(A) maior em P4 do que em P3

(B) igualem P4 eem P3.

(C) maior em P2 do que em P1

(D) igualem P2 e em P1.

        

3.2. Seleccione a única opção que apresenta correctamente a orientação de uma bússola, cujo pólo norte está assinalado a azul, colocada na proximidade do íman representado nos esquemas seguintes. 

        

3.3.  O ersted observou que uma agulha magnética, quando colocada na proximidade de um fio percorrido por uma corrente eléctrica, sofria um pequeno desvio.

Refira o que se pode concluir deste resultado.

        

3.4.  Os ímanes são um dos constituintes dos microfones de indução, dispositivos que permitem converter um sinal sonoro num sinal eléctrico.

Na Figura 4, está representado um gráfico que traduz a periodicidade temporal do movimento vibratório de uma partícula do ar situada a uma certa distância de uma fonte sonora. 

Determine o comprimento de onda do sinal sonoro, no ar, admitindo que, no intervalo de tempo considerado, a velocidade do som, nesse meio, era 342 m s1.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

4. O azoto (N) é um elemento químico essencial à vida, uma vez que entra na constituição de muitas moléculas biologicamente importantes. O azoto molecular (N2) é um gás à temperatura e pressão ambientes, sendo o componente largamente maioritário da atmosfera terrestre.

4.1.  Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta. No átomo de azoto no estado fundamental, existem...

(A) cinco electrões de valência, distribuídos por duas orbitais. 

(B) três electrões de valência, distribuídos por quatro orbitais.

(C) cinco electrões de valência, distribuídos por quatro orbitais. 

(D) três electrões de valência, distribuídos por uma orbital.

        

4.2.  Justifique a afirmação seguinte, com base nas posições relativas dos elementos azoto (N) e fósforo (P), na Tabela Periódica.

A energia de ionização do azoto é superior à energia de ionização do fósforo.

        

4.3.  Considere que a energia média de ligação N–N é igual a 193kJmol–1 e que, na molécula de azoto (N2), a ligação que se estabelece entre os átomos é uma ligação covalente tripla.

Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta.

A quebra das ligações triplas em 1 mol de moléculas de azoto, no estado gasoso, envolve a ____________ de uma energia ____________ a 193 kJ.

(A) libertação ... inferior 

(B) libertação ... superior 

(C) absorção ... superior 

(D) absorção ... inferior

        

4.4.  Represente a molécula de azoto (N2), utilizando a notação de Lewis.

        

4.5.  O gráfico da Figura 5 representa o volume, V, de diferentes amostras de azoto (N2), em função da quantidade de gás, n , existente nessas amostras, à pressão de 752 mm Hg e à temperatura de 55 oC. 

Que significado físico tem o declive da recta representada?

        

5. Um dos compostos cuja emissão para a atmosfera acarreta prejuízos graves à saúde dos seres vivos é o óxido de azoto, NO(g), também designado por óxido nítrico, que contribui para a formação da chuva ácida e para a destruição da camada de ozono.

Este composto pode ser formado, a altas temperaturas, a partir da reacção entre o azoto e o oxigénio atmosféricos, de acordo com a seguinte equação química:

Na tabela seguinte, estão registados os valores da constante de equilíbrio, Kc, desta reacção, para diferentes valores de temperatura. 

5.1.  Considere que o sistema químico se encontra em equilíbrio à temperatura de 2000 K e que as concentrações de equilíbrio das espécies N2(g) e O2(g) são, respectivamente, iguais a 0,040 mol dm3 e a 0,010 mol dm3.

Escreva a expressão que traduz a constante de equilíbrio da reacção de formação do NO(g). Calcule a concentração de equilíbrio da espécie NO(g), à temperatura referida.
Apresente todas as etapas de resolução.

        

5.2.  Faça uma estimativa do valor da constante de equilíbrio da reacção de formação do NO(g), à temperatura de 2400 K, a partir dos valores da tabela acima.

Utilize a máquina de calcular gráfica, assumindo uma variação linear entre as grandezas consideradas. Apresente o valor estimado com três algarismos significativos.

        

5.3. Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta.

Quando se provoca um aumento da temperatura do sistema em equilíbrio, a pressão constante, a reacção ____________ é favorecida, o que permite concluir que a reacção de formação da espécie NO(g) é ____________.

(A) inversa ... exotérmica 

(B) directa ... endotérmica 

(C) inversa ... endotérmica 

(D) directa ... exotérmica

        

5.4. As reacções entre o óxido de azoto, NO(g), e o ozono, O3(g), podem ser traduzidas por um mecanismo reaccional (em cadeia), no qual ocorrem, sucessivamente, a destruição de uma molécula de O3(g) e a regeneração de uma molécula de NO(g).

Seleccione a única opção que refere as fórmulas químicas que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter um esquema correcto do mecanismo reaccional considerado.

O3(g) + NO(g) NO2(g) + _____ 

NO2(g) + O(g) _____ + O2(g)+

(A) O(g) ... N2(g) 

(B) O(g) ... NO(g) 

(C) O2(g) ... NO(g) 

(D) O2(g) ... N2(g)

        

5.5. À semelhança do que a contece como NO(g), também a emissão de CFC para a atmosfera contribui para uma diminuição acentuada da concentração de ozono estratosférico.

Refira duas das características dos CFC responsáveis por esse efeito.

        

6. A concentração de uma solução de um ácido pode ser determinada, experimentalmente, através de uma titulação com uma solução padrão de hidróxido de sódio, NaOH(aq).

6.1. Admita que, para efectuar uma titulação de uma solução de um ácido, se começou por encher uma bureta de 50 mL com uma solução padrão de NaOH, aferindo-se o nível de líquido com o zero da escala.

Na Figura 6 está representado o nível de titulante na bureta num determinado ponto da titulação. 

Seleccione a única opção que apresenta o resultado da medição do volume de titulante gasto até àquele ponto da titulação.

(A) (18,60 ± 0,05) cm

(B) (17,40 ± 0,05) cm

(C) (17,4 ± 0,1) cm

(D) (18,6 ± 0,1) cm3

        

6.2. A Figura 7 representa a curva de titulação de 25,00 cm3 de uma solução aquosa de ácido sulfúrico, H2SO4(aq), com uma solução padrão de NaOH, de concentração 0,10 mol dm3, podendo a reacção que ocorre ser representada por:

H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) → 2 H2O(l) + Na2SO4(aq) 

6.2.1.  Determine a concentração da solução de ácido sulfúrico, partindo do volume de titulante adicionado até ao ponto de equivalência da titulação.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

6.2.2.  Na tabela seguinte, referem-se as zonas de viragem de dois indicadores ácido-base. 

Justifique o facto de aqueles indicadores serem adequados à detecção do ponto de equivalência da titulação considerada.

        

FIM

 

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