Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 1.ª Fase - 2016

 

Grupo I

1. Uma bola move-se segundo uma trajetória retilínea.

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

Admita que a componente escalar da posição, x, da bola em relação a um determinado referencial unidimensional Ox varia com o tempo, t, de acordo com a equação

x = 2.4 - 2.0 t + 0.60 t2 (SI)

1.1. A que distância se encontra a bola da origem do referencial Ox considerado, no instante t = 0,0 s?

        

1.2. A componente escalar, segundo o referencial Ox considerado, da velocidade, vx, da bola varia com o tempo, t, de acordo com a equação

(A) vx = - 2,0 + 1,2 t

(B) vx = 2,4 - 2,0 t

(C) vx = - 2,0 + 0,60 t

(D) vx = 2,4 - 4,0 t

        

 

1.3. Determine a distância percorrida pela bola no intervalo de tempo [0,0 ; 3,0] s, utilizando as potencialidades gráficas da calculadora.

Na sua resposta:

• apresente um esboço do gráfico da componente escalar da posição, x, da bola em função do tempo, t, desde o instante t = 0,0 s até, pelo menos, ao instante t = 3,0 s;

• indique, no esboço apresentado, os valores de x necessários ao cálculo daquela distância;

• apresente o valor da distância percorrida pela bola no intervalo de tempo considerado.

        

2. Uma bola, atada a uma corda, descreve trajetórias circulares num mesmo plano horizontal.

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

2.1. Qual dos esboços de gráfico seguintes pode representar a intensidade da resultante das forças que atuam na bola, F, em função do módulo da aceleração, a, da bola?

                             

        

 

2.2. Na Figura 1, está representada uma imagem estroboscópica de um movimento da bola, no qual a trajetória descrita pela bola é uma circunferência de raio 30 cm. Nessa imagem estroboscópica, as posições da bola foram registadas a intervalos de tempo de 4,0 x 10-2 s.

Determine o módulo da aceleração da bola no movimento considerado.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

GRUPO II

 

1. Uma bobina, cujos terminais estão ligados a um osciloscópio, roda numa zona do espaço onde existe um campo magnético uniforme.

A Figura 2 representa o sinal registado no ecrã do osciloscópio quando este tem a base de tempo regulada para 5 ms / div e a escala vertical regulada para 2 V / div.

Qual das expressões seguintes pode traduzir a tensão, U, desse sinal em função do tempo, t ?

(A) U = 6,0 sin ( 80πt) (SI)

(B) U = 6,0 sin ( 1,2 x 102πt) (SI)

(C) U = 12,0 sin ( 80πt) (SI)

(D) U = 12,0 sin ( 1,2 x 102πt) (SI)

        

2. Uma outra bobina, formada por 500 espiras quadradas de lado , 8,0 x 10-2 m, está em repouso numa zona do espaço onde existe um campo magnético uniforme, B, perpendicular aos planos das espiras.

Admita que, num dado intervalo de tempo, a intensidade do campo magnético, B, varia com o tempo, t, de acordo com o gráfico representado na Figura 3.

Determine o módulo da força eletromotriz induzida nos terminais da bobina, no intervalo de tempo [0,0 ; 2,0] s.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

GRUPO III

 

Quando um corpo desliza ao longo de um plano inclinado, ocorre, geralmente, dissipação de parte da energia mecânica do sistema corpo + Terra.

Numa aula laboratorial de Física, pretendia-se investigar se a energia dissipada e a intensidade da resultante das forças de atrito que atuam num corpo que desliza ao longo de um plano inclinado dependem da distância percorrida pelo corpo e dos materiais das superfícies em contacto.

Na Figura 4, está representada uma montagem semelhante à utilizada nessa aula laboratorial.

Nos ensaios efetuados, foi utilizado um paralelepípedo de madeira cujas faces laterais, de igual área, se encontravam revestidas por materiais diferentes. Em cada conjunto de ensaios, o paralelepípedo, deslizando sobre a calha sempre apoiado numa mesma face, foi abandonado em diversas posições, percorrendo assim distâncias diferentes até passar pela célula fotoelétrica.

O cronómetro digital ligado à célula fotoelétrica permitiu medir o intervalo de tempo que a tira de cartolina fixada no paralelepípedo demorava a passar em frente dessa célula.

No tratamento e na interpretação dos resultados experimentais obtidos, considerou-se desprezável a resistência do ar.

1. Para medir a largura,  ∆x, da tira de cartolina utilizou-se uma régua com uma escala cuja menor divisão é 1 mm.

Qual é a incerteza associada à escala dessa régua?

        

2. Num dos ensaios realizados, o paralelepípedo, de massa, 90,48g, foi abandonado numa determinada posição sobre a calha, tendo percorrido 0,870 m até a tira de cartolina passar em frente da célula fotoelétrica. Nesse deslocamento, a altura a que o paralelepípedo se encontrava em relação a um mesmo nível de referência diminuiu 0,420 m.

No ensaio realizado, a tira de cartolina, de largura ∆x = 1,50 cm, demorou, 1,08 x 10-2 s a passar em frente da célula fotoelétrica.

Calcule a intensidade da resultante das forças de atrito que atuaram no paralelepípedo, naquele ensaio. Admita que essa resultante se manteve constante.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

3. Em qual dos esquemas seguintes está representado um diagrama das forças que atuam no paralelepípedo quando este, depois de abandonado, desliza sobre a calha?

                             

        

4. Num dos conjuntos de ensaios realizados, o paralelepípedo deslizou sobre a calha apoiado numa face revestida por um material X e, noutro conjunto de ensaios, deslizou sobre a calha apoiado numa face revestida por um material Y.

Os resultados obtidos permitiram representar graficamente, num mesmo sistema de eixos, a energia dissipada, Ed, em função da distância percorrida, d, para cada um dos conjuntos de ensaios realizados.

A partir dos gráficos obtidos foi possível concluir que a intensidade da resultante das forças de atrito que atuaram no paralelepípedo foi maior quando este deslizou apoiado na face revestida pelo material X.

Qual das opções seguintes poderá representar os esboços dos gráficos obtidos?

        

 

GRUPO IV

 

1. Uma lata contendo uma amostra de um refrigerante sem gás foi exposta à luz solar.

Na Figura 5, está representado o gráfico da temperatura, ɵ, da amostra em função do tempo, t, de exposição da lata à luz solar, no intervalo de tempo em que os dados foram registados.

1.1. Considere que a capacidade térmica mássica do refrigerante é 4,2 x 103 J kg-1 ºC-1 e que a massa da amostra é 0,34 kg.

Qual foi a variação da energia interna da amostra, no intervalo de tempo [0;76] min?

        

 

1.2. Admita que a potência da radiação incidente na superfície da lata se manteve constante no intervalo de tempo em que os dados foram registados.

No intervalo de tempo [0 ; 76] min, terá ocorrido uma diminuição

(A) da taxa temporal de absorção de energia pela superfície da lata.

(B) da taxa temporal de emissão de energia pela superfície da lata.

(C) da diferença entre as taxas temporais de absorção e de emissão de energia pela superfície da lata.

(D) da soma das taxas temporais de absorção e de emissão de energia pela superfície da lata.

        

2. Considere a amostra do refrigerante, de massa 0,34 kg e à temperatura de 27 ºC, e uma outra amostra do mesmo refrigerante, de massa 0,20 kg e à temperatura de 5 ºC.

Admita que estas amostras foram misturadas num recipiente termicamente isolado e que a transferência de energia entre a mistura e o recipiente foi desprezável.

Qual das expressões seguintes permite calcular a temperatura, ɵe, à qual a mistura atingiu o equilíbrio térmico?

(A) ( 0,34 + 0,20 ) x ( ɵe - 27 ) = ( 0,34 + 0,20 ) x ( ɵe - 5 )

(B) 0,34 x ( ɵe - 27 ) = 0,20 x ( ɵe - 5 )

(C) ( 0,34 + 0,20 ) x ( ɵe - 27 ) = - ( 0,34 + 0,20 ) x ( ɵe - 5 )

(D) 0,34 x ( ɵe - 27 ) = - 0,20 x ( ɵe - 5 )

        

3. As latas de refrigerantes podem ser feitas de aço ou de uma liga de alumínio.

Na tabela seguinte, estão registados os valores de duas propriedades físicas do alumínio e de um determinado aço.

Uma chapa de alumínio e uma chapa do aço considerado, de igual área, foram submetidas a uma mesma diferença de temperatura entre as respetivas faces.

Para que a potência transferida através das chapas seja a mesma, a espessura da chapa de alumínio deverá ser cerca de

(A) 1,8 vezes menor do que a espessura da chapa de aço.

(B) 1,8 vezes maior do que a espessura da chapa de aço.

(C) 4,6 vezes maior do que a espessura da chapa de aço.

(D) 4,6 vezes menor do que a espessura da chapa de aço.

        

 

GRUPO V

 

As águas gaseificadas para consumo contêm dióxido de carbono, CO2, dissolvido.

A Figura 6 mostra a evolução ao longo do tempo, t, do pH, a 25 °C, de uma amostra de uma água gaseificada que foi posta em contacto com o ar.

Os dados foram registados durante um determinado intervalo de tempo, que teve início num instante muito próximo daquele em que a amostra, inicialmente fechada, foi posta em contacto com o ar.

1. Na amostra da água gaseificada, a 25 °C, a concentração inicial de iões H3O+ (aq ) é _____ a 1,00 x 10-7 mol dm-3 e é _____________ à concentração de iões OH- (aq).

(A) inferior ... igual

(B) superior ... superior

(C) inferior ... superior

(D) superior ... igual

        

2. Qual foi a variação da concentração de iões H3O+ (aq ) na amostra da água gaseificada nos primeiros 5,0 min do intervalo de tempo em que os dados foram registados?

Apresente o resultado com dois algarismos significativos.

        

3. O dióxido de carbono reage com a água, dando origem ao ácido carbónico, H2CO3 (aq).

Esta reação pode ser traduzida por

O ácido carbónico, H2CO3 (aq), é um ácido diprótico fraco cuja reação de ionização global em água pode ser traduzida por

3.1. Quais das seguintes espécies constituem um par ácido-base conjugado?

(A) H2O (l) e CO32- (aq)

(B) H2CO3 (aq ) e H3O+ (aq)

(C) H3O+ (aq) e H2O (l)

(D) H2CO3 (aq) e CO32- (aq)

        

 

3.2. Durante o intervalo de tempo em que os dados foram registados, libertou-se CO2 (g).

Justifique, com base no Princípio de Le Châtelier, o aumento do pH da amostra da água gaseificada nesse intervalo de tempo.

Tenha em consideração as reações (1) e (2) acima representadas.

        

4. A concentração de iões Ca2+ (aq ) na amostra da água gaseificada é 2,54 x 10-3 mol dm-3, e o produto de solubilidade do carbonato de cálcio, CaCO3, é 4,5 x 10-9, a 25 °C.

Qual é a concentração mínima de iões carbonato, CO32- (aq), na amostra da água gaseificada, a 25 °C, a partir da qual poderá ocorrer a precipitação de CaCO3?

(A) 1,8 x 10-6 mol dm-3

(B) 6,7 x 10-5 mol dm-3

(C) 1,3 x 10-3 mol dm-3

(D) 2,5 x 10-3 mol dm-3

        

 

GRUPO VI

 

O dióxido de carbono, CO2, reage com o hidrogénio, H2, formando-se monóxido de carbono, CO, e vapor de água. A reação em fase gasosa pode ser traduzida pela equação química

1. Nesta reação, a variação do número de oxidação do hidrogénio (H) é

(A) -1

(B) +1

(C) +2

(D) -2

           

2. Num reator com a capacidade de 10,00 L, foi introduzida, à temperatura de 700 °C, uma mistura gasosa inicialmente constituída por 0,300 mol de CO (g) e por 0,300 mol de H2O (g).

2.1. Qual é a quantidade total de átomos existente na mistura gasosa?

(A) 1,50 mol

(B) 1,20 mol

(C) 0,900 mol

(D) 0,600 mol

        

 

2.2. Calcule a densidade da mistura gasosa no reator.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

2.3. Quando o sistema químico atingiu um estado de equilíbrio à temperatura de 700 °C, existia no reator uma quantidade de CO (g) igual a 42,3% da quantidade inicial deste gás.

Determine a constante de equilíbrio, Kc, a 700 °C, da reação traduzida pela equação química acima apresentada, a partir das concentrações de equilíbrio de cada uma das espécies envolvidas na reação.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

GRUPO VII

 

1. Em qual das opções seguintes está representada na notação de Lewis a molécula de dióxido de carbono?

 

        

2. Qual é o ângulo de ligação, em graus, na molécula de CO2?

        

3. Uma das orbitais de valência do átomo de carbono no estado fundamental pode ser caracterizada pelo conjunto de números quânticos

(A) (2, 2, 1)

(B) (2, 1, 0)

(C) (1, 0, 0)

(D) (1, 1, 0)

        

4. A energia de ionização do oxigénio é 1,31 x 103 kJ mol-1.

A energia mínima necessária para remover um eletrão de um átomo de oxigénio no estado fundamental, isolado e em fase gasosa é

(A) 2,18 x 10-24 J, sendo o eletrão removido de uma qualquer orbital de valência.

(B) 2,18 x 10-24 J, sendo o eletrão removido de uma orbital 2p.

(C) 2,18 x 10-18 J, sendo o eletrão removido de uma qualquer orbital de valência.

(D) 2,18 x 10-18 J, sendo o eletrão removido de uma orbital 2p.

        

5. Explique porque é que o raio atómico do oxigénio é menor do que o raio atómico do carbono.

Tenha em consideração as configurações eletrónicas destes átomos no estado fundamental.

        

 

FIM

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