Prova Escrita de Física e Química A

11ºAno : Teste Intermédio - 12.02.2014

GRUPO I

A água é uma substância vital para qualquer organismo vivo. Mas é também uma substância extraordinária, pois as propriedades que a caracterizam apresentam valores, em geral, muito diferentes dos que seriam de esperar. Consideremos, por exemplo, o calor de vaporização da água. Verifica-se que é relativamente elevado, o que é bom, porque, assim, a água constitui um meio eficiente de arrefecimento do nosso corpo, por evaporação, quando transpiramos. Mas quão elevado é o calor de vaporização da água? Se aquecermos uma determinada massa de água, inicialmente a 0 ºC, poderá demorar, por exemplo, 5 minutos a atingir o ponto de ebulição. Se continuarmos a fornecer energia, à mesma taxa temporal, a essa mesma massa de água, demorará cerca de 20 minutos até que toda a água se vaporize completamente. Isto significa que vaporizar uma determinada massa de água consome cerca de quatro vezes mais energia do que aquecer a mesma massa de água de 0 ºC até 100 ºC, para o que apenas(!) são necessários 420 kJ por quilograma de água.

L. J. F. Hermans, Europhysics News, 43 (2), 13 (2012) (traduzido e adaptado)

1. Indique, com dois algarismos significativos, o calor (ou variação de entalpia) de vaporização da água, a partir da informação dada no texto.

  

 

2. Utilizou-se uma resistência de aquecimento, com uma potência de 250W, para aquecer uma amostra de água de massa 500 g, inicialmente a 20 ºC. Verificou-se que, ao fim de 5,0 min de aquecimento, a temperatura da amostra era 41 ºC.

Determine o rendimento do processo de aquecimento da amostra de água.

Utilize o valor da capacidade térmica mássica da água que pode ser determinado a partir da informação dada no texto.

Apresente todas as etapas de resolução.

  

 

3. A densidade do vapor de água, à temperatura de 100 ºC e à pressão de 1 atm, é 0,590 g dm-3.

Determine o volume ocupado por 3,01 × 1024 moléculas de H2O, contidas numa amostra pura de vapor de água, nas condições de pressão e de temperatura referidas.

Apresente todas as etapas de resolução.

  

 

4. Qual é a geometria da molécula de água?

  

 

5. Numa molécula de água,

(A) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes.

(B) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes.

(C) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, dois eletrões ligantes.

(D) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, dois eletrões ligantes.

  

 

GRUPO II

A Figura 1 (que não está à escala) ilustra uma experiência realizada numa aula de Física, na qual um carrinho é abandonado sobre uma calha inclinada, montada sobre uma mesa de tampo horizontal.

O carrinho, abandonado na posição A, percorre a distância sobre a calha até à posição B, movendo-se depois, sobre o tampo da mesa, até à posição C.

Considere desprezáveis todas as forças dissipativas e admita que o carrinho pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

1. No percurso AB, o trabalho realizado pelo peso do carrinho é __________, e a variação da energia mecânica do sistema carrinho + Terra é __________.

(A) positivo … nula

(B) positivo … positiva

(C) nulo … nula

(D) nulo … positiva

  

 

2. Explique porque é que a resultante das forças que atuam no carrinho não é nula no percurso AB.

Comece por identificar as forças que atuam no carrinho nesse percurso.

  

 

3. Qual é o esboço do gráfico que pode representar o módulo da aceleração do carrinho, a, em função do tempo, t, decorrido desde o instante em que este inicia o movimento até ao instante em que atinge a posição C?

  

 

4. Na ausência de um anteparo, o carrinho pode cair ao chegar à posição C, situada a 80 cm do solo.

Determine a componente escalar, segundo o eixo Oy, da velocidade do carrinho, vy, quando este, caindo da posição C, se encontra a 30 cm do solo.

Recorra exclusivamente às equações do movimento, y (t ) e vy (t ).

Apresente todas as etapas de resolução.

  

 

5. A mesa usada na experiência tem um tampo de madeira e pernas metálicas.

Se colocarmos uma mão na madeira e a outra no metal, sentiremos mais frio na mão que está a tocar no metal.

Isso acontece porque

(A) o metal se encontra a uma temperatura inferior à da madeira.

(B) a capacidade térmica mássica do metal é superior à da madeira.

(C) a madeira tem uma densidade inferior à do metal.

(D) a condutividade térmica do metal é superior à da madeira.

  

GRUPO III

A Figura 2 ilustra uma experiência habitualmente realizada no estudo da Lei de Faraday. A figura representa um carrinho de plástico, sobre o qual se colocou uma espira metálica retangular, E. O carrinho move-se, com velocidade constante, entre as posições P e Q, atravessando uma zona do espaço, delimitada a tracejado, onde foi criado um campo magnético uniforme, B, de direção perpendicular ao plano da espira. Fora dessa zona, o campo magnético é desprezável.

1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar o fluxo magnético, Фm, que atravessa a superfície delimitada pela espira, em função do tempo, t, à medida que o carrinho se move entre as posições P e Q?

  

 

2. Existe força eletromotriz induzida na espira quando

(A) a espira está completamente imersa no campo magnético, B.

(B) a espira está completamente fora do campo magnético, B.

(C) o fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira é constante.

(D) o fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira é variável.

  

GRUPO IV

1. Na Figura 3, está representado o perfil de um troço de uma ponte, que se admite formar um arco de circunferência num plano vertical. As posições P e Q estão situadas num mesmo plano horizontal.

Sobre essa ponte, desloca-se um automóvel com velocidade de módulo constante.

Considere que o automóvel pode ser representado pelo seu centro de massa.

A figura não se encontra à escala.

1.1. Em qual das figuras seguintes se encontra corretamente representada a resultante das forças, FR, que atuam sobre o automóvel?

  

 

1.2. Admita que, entre as posições P e Q, o automóvel percorre 300m com velocidade de módulo 54 km h-1.

Qual das seguintes expressões permite calcular o tempo, em segundos (s), que o automóvel demora a percorrer o troço entre as posições P e Q?

  

 

1.3. Justifique a afirmação seguinte.

A energia mecânica do sistema automóvel + Terra é igual nas posições P e Q.

  

 

1.4. Admita que, sobre a ponte, se desloca também um camião de massa 12 vezes superior à massa do automóvel, com velocidade de módulo igual a metade do módulo da velocidade do automóvel.

Qual das seguintes expressões relaciona corretamente a energia cinética do camião, Ec,camião , com a energia cinética do automóvel, Ec,automóvel, enquanto se deslocam sobre a ponte?

(A) Ec,camião = 24 Ec,automóvel

(B) Ec,camião = 12 Ec,automóvel

(C) Ec,camião = 6 Ec,automóvel

(D) Ec,camião = 3 Ec,automóvel

  

 

2. Um automóvel de massa 1,0 × 103 kg, inicialmente parado numa estrada horizontal, acelera durante 10 s, sendo a potência fornecida pelo motor 72 cv.

Calcule o módulo da velocidade que o automóvel pode atingir 10 s depois de arrancar, se 15% da energia fornecida pelo motor, nesse intervalo de tempo, for transformada em energia cinética.

Apresente todas as etapas de resolução.

1 cv = 750W

  

 

GRUPO V

Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos usou um osciloscópio, um gerador de sinais, um altifalante, um microfone e uma fita métrica. Os alunos colocaram o microfone e o altifalante um em frente do outro, a distâncias, d, sucessivamente maiores e mediram o tempo, t, que um sinal sonoro demorava a percorrer cada uma dessas distâncias. O valor tabelado da velocidade de propagação do som no ar, nas condições em que foi realizada a experiência, é 345 ms-1.

1. Para realizarem a experiência, os alunos ligaram

(A) o microfone ao gerador de sinais e o altifalante ao osciloscópio.

(B) o microfone ao osciloscópio e o altifalante ao gerador de sinais.

(C) o microfone e o altifalante unicamente ao gerador de sinais.

(D) o microfone e o altifalante unicamente ao osciloscópio.

  

 

2. Com os valores de distância, d, e de tempo, t, medidos experimentalmente, os alunos traçaram um gráfico no qual o inverso do declive da reta obtida foi identificado com o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar.

Os alunos terão, assim, traçado um gráfico de

(A) d em função de t.

(B) d em função de 1/t.

(C) t em função de d.

(D) t em função de 1/d.

  

 

3. O valor experimental da velocidade de propagação do som no ar, obtido pelos alunos, foi 319 m s-1.

Qual é o erro relativo, em percentagem, desse valor?

(A) 7,5%

(B) 8,2%

(C) 26%

(D) 92%

  

 

4. O índice de refração do ar é 1,00.

Comparando, em termos das respetivas ordens de grandeza, a velocidade de propagação da luz no ar com a velocidade de propagação do som no ar, conclui-se que a velocidade de propagação da luz é

(A) 108 vezes superior.

(B) 107 vezes superior.

(C) 106 vezes superior.

(D) 105 vezes superior.

  

 

FIM

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