Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 2.ª Fase - 2011

 

GRUPO I

O espectro da radiação electromagnética, que abrange uma enorme gama de frequências, compreende um pequeno segmento que corresponde a uma sequência de cores – violeta, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho.

Mas há muito mais luz do que aquela que vemos nesse pequeno segmento do espectro. Nas frequências mais altas, para lá do violeta, fica uma parte do espectro chamada ultravioleta: uma espécie de luz, invisível aos nossos olhos, mas perfeitamente real. Para lá do ultravioleta fica a parte de raios X do espectro e para lá dos raios X ficam os raios gama.

Nas frequências mais baixas, do outro lado do vermelho, fica a parte infravermelha do espectro. Foi descoberta colocando um termómetro nessa zona do espectro: a temperatura subiu, o que significava que havia radiação a incidir no termómetro. Nas frequências ainda mais baixas, fica a vasta região espectral das ondas de rádio.

Dos raios gama às ondas de rádio, todos são tipos respeitáveis de luz. Mas, em virtude das limitações dos nossos olhos, temos uma espécie de preconceito a favor daquele pequeno segmento de arco-íris a que chamamos espectro da luz visível.

Carl Sagan, Cosmos, Gradiva, 1984 (adaptado)

1. Apresente um esquema que traduza a sequência dos vários tipos de radiação no espectro electromagnético, com base na informação dada no texto.

     

2. O espectro da luz visível pode ser obtido fazendo incidir radiação solar num prisma de vidro.
Admita que o índice de refracção, n, do vidro de que é constituído um prisma é 1,51 para uma radiação 
vermelha e 1,53 para uma radiação violeta.

Conclua, justificando, qual destas radiações se propaga com maior velocidade no interior do prisma.

     

3. Considere um feixe laser, muito fino, que se propaga no ar e que incide numa das faces de um prisma de vidro.

Em qual das figuras seguintes está representada parte de um trajecto possível desse feixe no interior do prisma?

     

4. Os colectores solares térmicos são dispositivos que permitem aproveitar o efeito térmico da radiação que nos chega do Sol.

Pretende-se instalar um sistema solar térmico com colectores orientados de modo que neles incida, por cada metro quadrado (m2), radiação de energia média diária de 1,0 × 107 J. O sistema, com um rendimento médio de 35%, destina-se a aquecer 300 kg de água.

Calcule a área de colectores que deve ser instalada, caso se pretenda que o aumento médio diário da temperatura da água seja 40 oC.

Apresente todas as etapas de resolução.

c (capacidade térmica mássica da água) = 4,18 × 103 J kg-1 oC-1

     

5. Admitindo que as estrelas se comportam como corpos negros, o comprimento de onda da radiação de máxima intensidade emitida por uma estrela será tanto maior quanto

(A) maior for a temperatura a que esta se encontra. 

(B) menor for a temperatura a que esta se encontra. 

(C) maior for a área da sua superfície.

(D) menor for a área da sua superfície.

     

GRUPO II

 

1. Na Figura 1, está representado o espectro da estrela Rigel na região do visível.

1.1.  Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes.

O espectro representado na Figura 1 resulta da sobreposição de um espectro de ____________ contínuo e de um conjunto de riscas negras resultantes da ____________ de radiação pelas espécies presentes na atmosfera da estrela.

(A) absorção ... absorção 

(B) emissão ... emissão 

(C) absorção ... emissão 

(D) emissão ... absorção

     

1.2.  O espectro da estrela Rigel apresenta uma risca negra bem definida a um comprimento de onda de 486 nm.

Qual das expressões seguintes permite calcular a frequência, f, em hertz (Hz), da radiação que, no vácuo, tem aquele comprimento de onda?

     

1.3. O espectro de emissão do hélio atómico na região do visível apresenta, entre outras, uma risca a 587 nm e uma risca a 667 nm .

Conclua, justificando a partir da informação fornecida, se é provável que o hélio esteja presente na atmosfera da estrela Rigel.

     

2. O espectro de emissão do átomo de hidrogénio apresenta uma risca vermelha originada por uma transição electrónica que envolve a emissão de radiação de energia igual a 3,03 × 10-19 J.

(A) n = 3 e ∆E = + 3.03 x 10-19 J

(B) n = 2 e ∆E = + 3.03 x 10-19 J

(C) n = 2 e ∆E = - 3.03 x 10-19 J

(D) n = 3 e ∆E = - 3.03 x 10-19 J

     

GRUPO III

O oxigénio, O2 (g), é um dos componentes principais da atmosfera terrestre.

1. Considere o período da Tabela Periódica onde se encontra o elemento oxigénio.

Qual é o elemento desse período cujos átomos apresentam maior raio atómico?

     

2. Represente a molécula O2 , utilizando a notação de Lewis.

     

3. Na termosfera, pode ocorrer a ionização de O2 (g) por absorção de, pelo menos, 1,18 × 103 kJ mol-1.

Para que ocorra a ionização de uma molécula de O2 (g), deverá ser absorvida, pelo menos, uma energia, em joule (J), igual a

     

4. A tabela seguinte apresenta a composição de uma amostra de ar.

Gás

Quantidade / mol

N2

0,174

O2

0,047

Outros gases

0,002

Qual das expressões seguintes permite calcular a fracção molar de O2 (g),  x O2, nessa amostra?

     

5. A reacção de combustão do butano, C4H10 (g) (M = 58,14 g mol-1), no ar, pode ser traduzida por 

                    2C4H10(g) + 13O2(g) → 8CO2(g) + 10H2O(g)

Calcule o volume de O2 (g) necessário para que ocorra a combustão completa de 23,26 g de butano, em condições normais de pressão e de temperatura (PTN).

Apresente todas as etapas de resolução.

     

6. Considere um som harmónico que se propaga no ar. 

Se esse som se propagar na água, terá

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

(B) a mesma frequência e o mesmo período.

(C) o mesmo período e o mesmo comprimento de onda.

(D) o mesmo período e a mesma velocidade de propagação.

     

GRUPO IV

 

1. O produto iónico da água, Kw , é a constante de equilíbrio definida para a reacção de auto-ionização da água que pode ser traduzida por

O gráfico da Figura 2 representa o produto iónico da água, Kw, em função da temperatura. 

1.1.  Determine o pH de uma amostra pura de água à temperatura de 40 oC. Apresente todas as etapas de resolução.

     

1.2.  Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes.

O pH de uma amostra pura de água ____________ à medida que a temperatura aumenta, ____________ alteração do carácter neutro da água.

(A) aumenta ... havendo

(B) diminui ... não havendo 

(C) diminui ... havendo

(D) aumenta ... não havendo

     

1.3. Conclua, justificando, se a reacção de auto-ionização da água é endotérmica ou exotérmica.

     

2. A água é uma espécie química anfotérica (ou anfiprótica), porque, em reacções de ácido-base,

(A) se comporta sempre como um ácido.

(B) se comporta sempre como uma base.

(C) se pode comportar como um ácido ou como uma base. 

(D) nunca se comporta como um ácido nem como uma base.

     

3. Numa solução aquosa ácida, a 25 oC, verifica-se a relação

     

4. Atendendo apenas à estequiometria do composto, a molécula H2O poderia assumir uma geometria linear. No entanto, aquela molécula apresenta uma geometria angular.

Explique por que é que a geometria da molécula de água é angular.

     

GRUPO V

 

Para investigar como varia a energia cinética de um corpo com a distância percorrida sobre um plano inclinado, um grupo de alunos montou uma prancha flexível, de modo que uma parte formasse uma rampa com uma certa inclinação em relação à horizontal, como está representado na Figura 3. 

Os alunos abandonaram um carrinho, de massa 457,0 g , em diversos pontos da rampa, medindo, em cada caso, a distância, d, percorrida até ao final da rampa e o valor da velocidade, v, com que o carrinho aí chegava.

1. Em três ensaios, realizados nas mesmas condições, os alunos mediram, com um sensor, os valores da velocidade, v , que se encontram registados na tabela seguinte.


Obtenha o resultado da medição da velocidade.

Exprima esse resultado em função do valor mais provável e da incerteza absoluta. Apresente todas as etapas de resolução.

     

2. Admita que era pedido aos alunos que determinassem o valor da velocidade, v , do carrinho no final da rampa, não com um sensor, mas tendo que utilizar obrigatoriamente um cronómetro e uma fita métrica.

Descreva uma metodologia adequada à tarefa pedida aos alunos, explicitando os passos necessários àquela determinação.

     

3. Na Figura 4, está representado o gráfico da energia cinética do carrinho no final da rampa, para diversos valores da distância percorrida, d.

O valor da velocidade, v , em metro por segundo (m s-1), com que o carrinho chegará ao final da rampa, se, sobre esta, percorrer 2,00 m, pode ser calculado pela expressão

     

4. Os alunos repetiram a experiência, colocando uma sobrecarga sobre o carrinho.

Em qual das figuras seguintes se encontram correctamente esboçados os gráficos da energia cinética do carrinho (sem e com sobrecarga) no final da rampa, em função da distância percorrida?

     

GRUPO VI

 

Considere um carrinho que se move segundo uma trajectória rectilínea, coincidente com o eixo Ox de um referencial unidimensional.

Na Figura 5, encontra-se representado o gráfico da componente escalar, segundo esse eixo, da velocidade, v , do carrinho em função do tempo, t , obtido em laboratório com um sistema de aquisição de dados.

1. Houve inversão do sentido do movimento do carrinho no intervalo de tempo

(A) [1,6 ; 2,0] s 

(B) [3,4 ; 3,8] s 

(C) [4,8 ; 5,2] s 

(D) [5,6 ; 6,0] s

     

2. Calcule a distância percorrida pelo carrinho no intervalo de tempo [0,0 ; 1,4] s. Apresente todas as etapas de resolução.

     

3. Em qual dos seguintes esquemas se encontram correctamente representados os vectores velocidade, v, e aceleração, a, no instante t = 3,4 s ?

     

FIM

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