Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 2.ª Fase - 2014

GRUPO I

Eis-nos diante desse divertimento popular chamado montanha-russa. Um carrinho, levado ao ponto mais alto de uma linha de carris e aí abandonado à força da gravidade, cai, subindo e descendo depois pela linha fantasticamente curva, dando aos que vão dentro dele todas as sensações violentas das súbitas mudanças de velocidade... Partindo sempre do ponto mais alto, situado, por exemplo, a cem metros do chão, em parte nenhuma do percurso alcança ponto mais alto do que aquele.

Vamos supor que alguém descobriu como eliminar totalmente as forças dissipativas e quer aplicar a sua descoberta à construção de uma montanha-russa. Nessa construção, deve seguir uma regra muito simples: não deve haver pontos situados a uma altura superior à do ponto de partida, embora a linha de carris possa ter qualquer comprimento. Se o carrinho puder mover-se livremente até ao final da linha de carris, poderá, no seu percurso, atingir várias vezes cem metros de altura, mas nunca poderá ultrapassar esse valor.

Nas montanhas-russas reais, não será assim: depois de abandonado, o carrinho nunca atingirá a altura do ponto de partida, devido à ação das forças dissipativas.

A. Einstein, L. Infeld, A Evolução da Física, Lisboa, Livros do Brasil, pp. 43-45 (adaptado)

1. No texto, são referidas «todas as sensações violentas das súbitas mudanças de velocidade». Qual é o nome da grandeza a que se refere a expressão em itálico?

   

2. Um carrinho, abandonado no ponto mais alto da linha de carris de uma montanha-russa em que as forças dissipativas tenham sido totalmente eliminadas, passa no ponto mais baixo dessa linha, situado ao nível do chão, com uma velocidade cujo módulo é

(A) diretamente proporcional à energia mecânica inicial do sistema carrinho + Terra

(B) diretamente proporcional à altura do ponto de partida.

(C) independente da massa do carrinho.

(D) independente do módulo da aceleração gravítica local. 

3. O trabalho realizado pelo peso do carrinho, entre o ponto de partida e o final da linha de carris,

(A) é independente do comprimento da linha de carris.

(B) depende do número de vezes que o carrinho atinge o ponto mais alto. 

(C) é independente da massa do carrinho.

(D) depende da intensidade das forças dissipativas que atuem no carrinho.

4. Explique porque é que, nas montanhas-russas reais, «depois de abandonado, o carrinho nunca atingirá a altura do ponto de partida».

GRUPO II

1. A Figura 1 representa um plano inclinado, no topo do qual se abandonou uma bola. A bola desce o plano com aceleração constante.

Considere que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). 

Na tabela seguinte, estão registados os tempos, t, que a bola demorou a percorrer distâncias, d, sucessivamente maiores, sobre esse plano, assim como os quadrados desses tempos, t 2

Calcule o módulo da aceleração da bola, no movimento considerado, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto dos valores de d e de t 2 registados na tabela.

Apresente todas as etapas de resolução. 

2. Numa outra situação, uma bola é abandonada de uma certa altura em relação ao solo, caindo verticalmente em condições nas quais a resistência do ar pode ser considerada desprezável.

Considere que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

2.1. Considere um referencial unidimensional Oy, vertical, com origem no solo e sentido positivo de baixo para cima.

Qual é o esboço do gráfico que pode representar a componente escalar da velocidade da bola, vy , em relação ao referencial considerado, em função do tempo, t, desde o instante em que é abandonada até chegar ao solo? 

 

 

 

 

 

 

2.2. A bola cai e ressalta no solo.

Nos esquemas seguintes, o vetor ad representa a aceleração da bola num ponto da descida situado a uma determinada altura em relação ao solo.

Em qual dos esquemas seguintes o vetor as representa a aceleração da bola no ponto da subida situado à mesma altura? 

GRUPO III

Com o objetivo de estabelecer o balanço energético de um sistema gelo + água líquida, um grupo de alunos realizou uma experiência, na qual adicionou 30,0 g de gelo fragmentado, à temperatura de 0,0 oC, a 260,0 g de água líquida, a 20,0 oC.

Os alunos consultaram tabelas de constantes físicas e registaram os seguintes valores:

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

ΔHfusão gelo (variação de entalpia (ou calor) de fusão do gelo) = 3,34 × 105 J kg-1

1. Identifique a fonte e o recetor, quando se inicia o processo de transferência de energia que ocorre no interior do sistema considerado.

2. Qual das expressões seguintes permite calcular a energia, em joules (J), necessária para fundir completamente o gelo?

3. Com base nos resultados obtidos experimentalmente, os alunos estabeleceram o balanço energético do sistema.

3.1.  Em que lei se baseia o estabelecimento do balanço energético do sistema?

3.2.  Os alunos calcularam a energia recebida pelo gelo, desde que este foi adicionado à água líquida até toda a mistura ter ficado à mesma temperatura de 11,0 oC, tendo obtido 1,140 × 104 J.

Calcularam também a energia cedida pela água líquida, inicialmente a 20,0 oC, no mesmo intervalo de tempo. 

Com base nos resultados obtidos, concluíram que, naquele intervalo de tempo, tinha ocorrido transferência de energia entre o sistema considerado e o exterior.

Conclua, justificando, em que sentido terá ocorrido aquela transferência de energia. Apresente todas as etapas de resolução. 

GRUPO IV

A medição do índice de refração de soluções aquosas pode ser usada na determinação da concentração do soluto. 

Esta técnica de análise quantitativa requer o traçado de curvas de calibração, que relacionam os índices de refração, n, de soluções desse soluto com as respetivas concentrações, c.

A Figura 2 representa uma curva de calibração, obtida a partir de várias soluções aquosas de ácido acético de diferentes concentrações. 

Os índices de refração das soluções, para uma determinada radiação monocromática, foram medidos à temperatura de 20 oC. 

1. Das várias soluções aquosas de ácido acético a partir das quais se obteve a curva de calibração representada na Figura 2, considere as soluções de concentração 0,50 mol dm-3 e 1,34 mol dm-3 .

Sobre cada uma dessas soluções, a 20 oC, fez-se incidir um feixe, muito fino, da radiação monocromática referida, segundo um mesmo ângulo.

A velocidade de propagação dessa radiação será maior na solução de concentração

(A) 1,34 mol dm-3 , e o ângulo de refração será menor na mesma solução. 

(B) 1,34 mol dm-3 , e o ângulo de refração será maior na mesma solução. 

(C) 0,50 mol dm-3 , e o ângulo de refração será menor na mesma solução. 

(D) 0,50 mol dm-3 , e o ângulo de refração será maior na mesma solução. 

2. A Figura 3 representa uma tina contendo uma solução aquosa de ácido acético de concentração 1,20 mol dm-3, à temperatura de 20 oC, sobre a qual incide um feixe, muito fino, da radiação monocromática referida, segundo a direção representada.

Determine o ângulo de refração que se deverá observar. 

Apresente todas as etapas de resolução. 

nar (índice de refração do ar) = 1,000 

3. Quando a luz se propaga numa solução de ácido acético e incide na superfície de separação entre a solução e o ar, segundo um ângulo superior ao ângulo crítico, ocorre reflexão total da luz. 

O ângulo crítico depende do

(A) ângulo de incidência.

(B) ângulo de refração.

(C) índice de refração da solução. 

(D) volume da solução.

4. As soluções aquosas de ácido acético a partir das quais se obteve a curva de calibração representada na Figura 2 foram preparadas a partir de uma solução inicial de concentração 4,50 mol dm-3.

Qual é o fator de diluição a considerar na preparação da solução de ácido acético de concentração 0,50 mol dm-3 ?

(A) 9 

(B) 5 

(C) 4 

(D) 2

5. A densidade de uma solução de ácido acético de concentração 0,50 mol dm-3 é 1,0025 × 103 g dm-3, a 20 oC.

Qual das expressões seguintes permite calcular a quantidade de ácido acético que existe em 100 g da solução? 

GRUPO V

O ácido acético, CH3COOH(aq), é um ácido monoprótico fraco, cuja ionização em água pode ser traduzida por 

1. Nesta reação, podem ser identificados dois pares conjugados de ácido-base, segundo a teoria de Brönsted-Lowry.

O que é uma base conjugada de um ácido de Brönsted-Lowry?

2. Considere uma solução aquosa de ácido acético de concentração 0,100 mol dm-3, à qual foi sendo adicionada uma solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH(aq).

A tabela seguinte apresenta os valores de pH, a 25 oC, da solução inicial e das soluções resultantes das adições efetuadas, em função do volume total de NaOH(aq) adicionado. 

2.1. Determine a percentagem de ácido acético não ionizado na solução inicial. Apresente todas as etapas de resolução.

2.2. Quando o volume total de NaOH(aq) adicionado é 40,00 cm3, verifica-se que a concentração hidrogeniónica, em relação ao valor inicial, diminui cerca de

(A) duas vezes.

(B) três vezes.

(C) trezentas vezes. 

(D) mil vezes.

2.3. O ácido acético é um ácido fraco e, assim, a sua ionização em água ocorrerá em pequena extensão. Conclua, justificando com base no Princípio de Le Châtelier, se a ionização deste ácido em água é favorecida pela adição de NaOH(aq). 

GRUPO VI

1. O ácido acético (M = 60,06gmol-1) pode formar-se a partir do etanal, CH3CHO (M = 44,06gmol-1), segundo uma reação que pode ser traduzida por

 1.1. Na reação considerada, o número de oxidação do manganês (Mn)

(A)  aumenta, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como redutor.

(B)  aumenta, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como oxidante.

(C)  diminui, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como redutor.

(D)  diminui, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como oxidante.

1.2. Considere uma amostra impura de CH3CHO, de massa 1,0 × 103 g, que contém 64% (em massa) de CH3CHO.

Qual das expressões seguintes permite calcular a massa, em gramas (g), de CH3COOH que se poderia formar a partir da reação de todo o CH3CHO existente na referida amostra? 

1.3. Admita agora que, noutras condições, o rendimento da reação considerada é 85%.

Determine a massa de CH3CHO que tem de reagir para que se possa obter, na prática, 15 g de CH3COOH.

Apresente todas as etapas de resolução. 

2. A molécula de CH3COOH pode ser representada através da notação de Lewis por 

A molécula de CH3COOH apresenta, no total,

(A) 24 eletrões de valência. 

(B) 16 eletrões de valência. 

(C) 12 eletrões de valência. 

(D) 8 eletrões de valência.

3. Quantos átomos de hidrogénio existem em 5,0 moles de moléculas de ácido acético, CH3COOH?

(A) 2,4×1025 

(B) 3,0×1024 

(C) 2,4×1024 

(D) 1,2×1025

GRUPO VII

1. «Por oposição a estado fundamental, que é o estado natural dos átomos, existem estados que correspondem à excitação dos átomos por fornecimento de energia.»

J. L. da Silva, P. F. da Silva, A Importância de Ser Eletrão, Lisboa, Gradiva, p. 99, 2009 

1.1. O que se designa por estado fundamental de um átomo?

1.2. Considere um átomo do elemento que pertence ao 2.o período e ao grupo 15 da tabela periódica. 

Quantos valores diferenciados de energia apresentam os eletrões de valência desse átomo no estado fundamental?

(A) Dois. 

(B) Três. 

(C) Quatro. 

(D) Cinco.

1.3. Considere um átomo do elemento cujo número atómico é 8.
Qual das configurações eletrónicas seguintes pode corresponder a esse átomo num estado excitado?

(A) 1s2 2s1 2px3 2py1 2p1

(B) 1s2 2s1 2px2 2py2 2p1

(C) 1s2 2s2 2px1 2py2 2p1

(D) 1s1 2s3 2px2 2py1 2p1z

2. «Existem vários átomos cujas configurações eletrónicas de valência são semelhantes, diferindo apenas no facto de envolverem diferentes números quânticos principais.»

J. L. da Silva, P. F. da Silva, A Importância de Ser Eletrão, Lisboa, Gradiva, p. 101, 2009 

Esta afirmação refere-se a átomos de elementos de um mesmo _______________ da tabela periódica, que apresentam um número _______________ de eletrões de valência.

(A) período ... igual

(B) grupo ... diferente 

(C) período ... diferente 

(D) grupo ... igual

3. Explique porque é que a energia de ionização dos átomos dos elementos representativos da tabela periódica diminui ao longo de um mesmo grupo (à medida que o número atómico aumenta).

FIM 

 

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