Prova Escrita de Física e Química A

11ºAno : Teste Intermédio - 11.02.2010

1. Leia o seguinte texto.

Um dos principais argumentos usados para desvalorizar a energia fotovoltaica é que ela nunca será suficiente para satisfazer as necessidades humanas.

Se fizermos alguns cálculos, concluiremos que a radiação que nos chega do Sol tem uma intensidade, ao nível da órbita da Terra, de 1367 W m–2, a chamada constante solar. Mas, se descermos à superfície da Terra, há dia e há noite, há atmosfera, há nuvens e os raios solares vão variando a sua inclinação ao longo do dia, situação que é diferente de região para região.

Portugal situa-se numa posição muito favorável: é o país da Europa continental com maior intensidade média de radiação solar – 1500 kW h m–2 ano–1. Tomando este valor e uma eficiência de conversão de 15%, possível com a tecnologia actual, chegamos a uma área necessária de cerca de 200 km2 – aproximadamente 20 m2 por pessoa.

Pondo as coisas desta forma, seria até concebível cobrir toda a nossa necessidade de energia eléctrica com painéis solares fotovoltaicos! No entanto, a viabilidade da penetração da energia fotovoltaica, em larga escala, no mercado da energia, depende da evolução das tecnologias e da produção em massa, que permitam reduzir o seu preço.

A. Vallera, Energia Solar Fotovoltaica, Gazeta de Física, 1-2, 2006 (adaptado)

1.1. Qual é a aplicação da energia da radiação solar a que se refere o texto?

1.2. Seleccione a única opção que permite calcular correctamente a intensidade média da radiação solar, em Portugal, expressa em W m–2.

1.3. A intensidade da radiação solar ao nível da órbita da Terra é de 1367 W m–2, a chamada constante solar.

Indique como varia a intensidade da radiação solar até à superfície da Terra, referindo dois factores, dos apresentados no texto, que justificam essa variação.

1.4. Os colectores solares permitem aproveitar a radiação solar para aquecer um fluido que circula no interior de tubos metálicos. Para uma maior eficiência, esses tubos estão em contacto com uma placa colectora, como representado na Figura 1.

Apresente a razão pela qual a placa colectora é, normalmente, metálica e a razão pela qual é de cor negra.

1.5. Um fabricante de componentes de colectores solares testou dois materiais diferentes – cobre e aço inoxidável. Forneceu a mesma quantidade de energia a uma placa de cobre e a uma placa de aço inoxidável, de igual massa e de espessura idêntica, colocadas sobre suportes isoladores. Verificou que a placa de cobre sofreu uma elevação de temperatura superior à da placa de aço.

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

Esse teste permitiu concluir que a ___________ do cobre é __________ à do aço.

(A) condutividade térmica … superior

(B) condutividade térmica … inferior

(C) capacidade térmica mássica … inferior

(D) capacidade térmica mássica … superior

2. Nas aulas laboratoriais de Física é comum usar planos inclinados no estudo de transferências e transformações de energia em sistemas mecânicos.

Na Figura 2 encontra-se representada uma calha, inclinada, na qual estão marcados dois pontos, A e B, que distam 1,65 m. Junto ao ponto B foi colocada uma célula fotoeléctrica, ligada a um sistema de aquisição de dados, de modo a medir a velocidade com que um carrinho passa nesse ponto.

Admita que um carrinho, de massa 500 g, foi largado do ponto A da calha, tendo passado no ponto B com uma velocidade de módulo 0,980 m s–1.

2.1. Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta.

No trajecto AB considerado, o trabalho realizado pelo peso do carrinho é…

(A) positivo e a energia potencial gravítica do sistema carrinho + Terra aumenta.

(B) positivo e a energia potencial gravítica do sistema carrinho + Terra diminui.

(C) negativo e a energia potencial gravítica do sistema carrinho + Terra aumenta.

(D) negativo e a energia potencial gravítica do sistema carrinho + Terra diminui.

  

2.2. Calcule a intensidade da resultante das forças que actuam no carrinho durante o percurso AB.

Apresente todas as etapas de resolução.

2.3. Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta.

No ponto B, o valor da velocidade medido experimentalmente foi inferior ao valor calculado aplicando a lei da conservação da energia mecânica, pelo que, entre os pontos A e B, terá havido…

(A) diminuição da energia cinética do carrinho.

(B) diminuição da energia mecânica do sistema carrinho + Terra.

(C) conservação da energia cinética do carrinho.

(D) conservação da energia mecânica do sistema carrinho + Terra.

3. Para estudar a relação entre a velocidade de lançamento horizontal de um projéctil e o seu alcance, um grupo de alunos montou, sobre um suporte adequado, uma calha polida, que terminava num troço horizontal, situado a uma altura de 2,05 m em relação ao solo, tal como esquematizado na Figura 3 (a figura não se encontra à escala).

3.1. Os alunos abandonaram uma esfera, de massa m, no ponto A e verificaram que ela atingia o solo no ponto C.

Mediram, então, a distância entre os pontos O e C, em três ensaios consecutivos, tendo obtido os valores que se encontram registados na Tabela 1.

Determine o valor da velocidade da esfera à saída da calha (ponto B), considerando o referencial bidimensional representado na Figura 3.

Recorra exclusivamente às equações y (t ) e x(t ) que traduzem o movimento da esfera.

Apresente todas as etapas de resolução.

3.2. Seguidamente, os alunos repetiram o procedimento anterior, mas abandonando a esfera de diferentes pontos da calha. Obtiveram o conjunto de valores de alcance e de velocidade de lançamento registados na Tabela 2.

Com base nos valores constantes na tabela anterior e utilizando a calculadora gráfica, os alunos traçaram o gráfico do alcance em função da velocidade de lançamento.

Escreva a equação da recta obtida pelos alunos que melhor se ajusta ao conjunto de pontos experimentais.

3.3. Considere que uma esfera, de massa m1, abandonada no ponto A, passa em B com uma velocidade de módulo v1.

Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta.

Se for desprezável a resistência do ar e o atrito entre as esferas e a calha, uma esfera de massa 2m1, abandonada no ponto A, passará em B com uma velocidade de módulo…

(A) v1

(B) 2 v1

(C) 1/2 v1

(D) 4 v1

4. Os satélites artificiais da Terra podem ter órbitas praticamente circulares ou órbitas elípticas, consoante a aplicação a que se destinam.

4.1. A Figura 4 representa um satélite, em órbita à volta da Terra, com movimento circular uniforme.

Copie a Figura 4 para a sua folha de respostas.

Trace os vectores que representam a velocidade do satélite e a força que o mantém em órbita à volta da Terra.

4.2. O telescópio espacial Hubble descreve órbitas praticamente circulares, de raio 7,0 × 106 m, levando cerca de 5,76 × 103 s a completar uma volta em torno da Terra.

Seleccione a única opção que permite calcular, em m s–1, o módulo da velocidade desse satélite.

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

Se a distância de um satélite ao centro da Terra _________ , a intensidade da força que a Terra exerce sobre ele _________ .

(A) se reduzisse a metade ... quadruplicaria

(B) duplicasse ... quadruplicaria

(C) duplicasse ... duplicaria

(D) se reduzisse a metade ... duplicaria

4.4. O primeiro satélite artificial da Terra, o Sputnik 1, enviava sinais electromagnéticos, de frequências 20 MHz e 40 MHz, que foram detectados por radioamadores de diversos países.

Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta.

No vácuo, esses dois sinais teriam…

(A) o mesmo comprimento de onda e a mesma velocidade de propagação.

(B) comprimentos de onda diferentes e a mesma velocidade de propagação.

(C) o mesmo comprimento de onda e velocidades de propagação diferentes.

(D) comprimentos de onda e velocidades de propagação diferentes.

5. Quando um feixe luminoso incide na superfície de separação de dois meios transparentes, ocorrem, entre outros, fenómenos de reflexão e de refracção.

A Figura 5 representa um feixe luminoso, muito fino, que incide na superfície de separação de dois meios, I e II.

Seleccione a única opção que identifica correctamente os meios I e II, tendo em conta os valores de índice de refracção, n, listados na Tabela 3.

(A) I – óleo ; II – água.

(B) I – óleo ; II – ar.

(C) I – ar ; II – vidro.

(D) I – ar ; II – óleo.

6. Deve-se a M. Faraday a descoberta da indução electromagnética, que permite a produção de corrente eléctrica em muitos dispositivos.

6.1. Algumas bicicletas dispõem de faróis cujas lâmpadas estão ligadas a um dínamo, semelhante ao representado na Figura 6.

Quando a roda da bicicleta está em movimento, o eixo do dínamo gira, provocando a rotação do íman, e a lâmpada acende. Porém, quando a roda está parada, a lâmpada não acende.

Explique, com base na lei de Faraday, o aparecimento de uma corrente eléctrica no circuito apenas quando a roda está em movimento.

6.2. O gráfico da Figura 7 representa o fluxo magnético que atravessa uma espira metálica, em função do tempo.

Seleccione a única opção que apresenta a resposta correcta.

Em qual dos intervalos de tempo seguintes o módulo da força electromotriz induzida na espira é maior?

(A) [0; t1]

(B) [t2; t3]

(C) [t4; t5]

(D) [t6; t7]

6.3. O gráfico da Figura 8 representa um sinal eléctrico, recebido num osciloscópio, em que a base de tempo foi regulada para 5 ms/div e o amplificador vertical para 5 V/div.

Escreva a expressão que traduz a relação entre a diferença de potencial, U, e o tempo, t , para esse sinal, sabendo que essa expressão é da forma U = Umáx. sin(ω t ), em que Umáx. é a amplitude dosinal.

Apresente todas as etapas de resolução.

FIM

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