AULA ATIVIDADE TUTOR
Engenharia
AULA
ATIVIDADE
-TUTOR
Curso:
Matemática
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Engenharia
Disciplina: FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA
Teleaula: 04 – Temperatura e Calor
ESTRATÉGIA PARA A SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE FÍSICA
(1) IDENTIFICAR OS CONCEITOS RELEVANTES: Primeiro, defina quais conceitos de Física são
relevantes ao problema. Embora esta etapa envolva nenhum cálculo, às vezes, é a parte mais
desafiadora da solução do problema. Mas não pule esse passo; escolher a abordagem errada no
começo pode tornar o problema mais difícil do que realmente é, ou até induzir a uma resposta
errada.
Neste ponto você deve também identificar a variável-alvo do problema – ou seja, a grandeza cujo
valor se está tentando descobrir. Pode ser a velocidade em que um projétil atinge o solo, a
intensidade do som de uma sirene ou a dimensão da imagem produzida por uma lupa. Algumas vezes,
o objetivo é encontrar uma fórmula matemática em vez de um valor numérico. Outras vezes,
também, o problema terá mais de uma variável-alvo. A variável-alvo é o objetivo do processo de
solução do problema; não a perca de vista enquanto busca a solução.
(2) PREPARAR O PROBLEMA: Com base nos conceitos selecionados na etapa de Identificação,
escolha as equações que usará para resolver o problema e defina como vai usá-las. Se for o caso,
represente graficamente a situação descrita no problema.
(3) EXECUTAR A SOLUÇÃO: Nesse passo, ‘entra a matemática’. Antes de se empolgar com os cálculos,
faça uma lista de todas as grandezas conhecidas e desconhecidas e observe quais são variáveis-alvo.
Então resolva as equações para as desconhecidas.
(4) AVALIAR SUA RESPOSTA: O objetivo da solução de problemas de Física não é só obter um número
ou uma fórmula; é obter uma melhor compreensão. Isso significa que você deve examinar sua
resposta para saber o que ela está dizendo. Não deixe de se perguntar: “Essa resposta faz sentido?”
Se a sua variável-alvo era o raio da Terra e sua resposta foi 6,38 centímetros, algo deu errado no seu
processo de solução do problema. Reavalie o problema e corrija sua solução conforme necessário.
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SIMULAÇÕES DE FENÔMENOS FÍSICOS
Fundado em 2002 pelo Prêmio Nobel Carl Wieman, o projeto PhET Simulações Interativas da
Universidade de Colorado Boulder cria simulações interativas gratuitas de matemática e ciências. As
sims PhET baseiam-se em extensa pesquisa em educação e envolvem os alunos através de um
ambiente intuitivo, estilo jogo, onde os alunos aprendem através da exploração e da descoberta.
Acesse o portal:
Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/category/physics.
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Questão 1:
(1) Qual é maior, um grau Celsius ou um Kelvin?
(2) Um frasco contendo gás hélio está a uma temperatura de 0°C. Se um segundo fraco, idêntico ao
primeiro, contém uma massa igual de hélio duas vezes mais quente (com duas vezes mais energia
interna), qual é sua temperatura em kelvins? E em graus Celsius?
GABARITO
(1) Nenhum deles, pois são iguais.
(2) Um recipiente com hélio duas vezes mais quente tem o dobro da temperatura absoluta, ou
seja, duas vezes 273K. Isso seria 546K, ou 273°C.
Questão 2:
Numa experiência, ao se passar vapor d’água por um tubo metálico oco, verifica-se que a
temperatura do tubo sobe de 25 C para 98 C. Verifica-se, também, que o comprimento do tubo
passa de 800 mm para 801 mm. Com base no que foi dito, qual o coeficiente de dilatação linear do
metal, em C-1?
(a) 1,2 x 10-5.
(b) 1,7 x 10-5.
(c) 2,1 x 10-5.
(d) 2,5 x 10-5.
(e) 2,9 x 10-5.
GABARITO
Dilatação Linear:
∆𝐿 = 𝐿0 𝛼∆𝑇 → 𝛼 =
∆𝐿
801 − 800
=
= 1,7 × 10−5 𝑜 𝐶 −1
𝐿0 ∆𝑇 (800)(98 − 25)
Questão 3:
O tanque de gasolina de certo carro tem capacidade para 60 litros. Esse tanque é completamente
cheio a 10 C e o carro é deixado num estacionamento onde a temperatura é de 30 C.
Considerando desprezível a variação de volume do tanque, encontre a quantidade de gasolina
derramada. O coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina é igual a 1,1 x 10-3 C-1.
(a) 0,58 litros.
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(b) 0,65 litros.
(c) 1,32 litros.
(d) 1,64 litros.
(e) 3,45 litros.
GABARITO
Dilatação volumétrica:
∆𝑉 = 𝑉0 𝛽∆𝑇 → ∆𝑉 = (60)(1,1 × 10−3 )(30 − 10) = 1,32 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
Questão 4:
(1) Em regiões desérticas, quentes durante o dia e frias durante a noite, as paredes das casas
frequentemente são feitas de argila. Por que é importante que as paredes de argila sejam grossas?
(2) Por que se pode colocar a mão brevemente em um forno sem se queimar, mas se queimará se
tocar no metal do interior do forno?
GABARITO
(1) Uma parede com a espessura apropriada mantém a casa aquecida durante a noite por meio
da diminuição do fluxo de calor de dentro para fora, enquanto durante o dia ela mantém frio o
interior da casa com a diminuição do fluxo de calor de fora para dentro. Dizemos que esse tipo
de parede possui “inércia térmica”.
(2) Quando a mão encontra-se no ar dentro do forno quente, a pessoa não se queima,
principalmente porque o ar é um mau condutor de calor – o calor não se desloca com facilidade
entre o ar quente e sua mão. Se tocar nas paredes metálicas interiores do forno, a história será
bem diferente, pois o metal é um excelente condutor e haverá um considerável fluxo de calor
para a mão
Questão 5:
Um reservatório contém certa quantidade de água à temperatura de 30 °C. A essa água são
fornecidas 150 calorias por segundo, continuamente. Se a temperatura da água aumenta para 90 °C
em 4 minutos, calcule a massa de água aquecida. (C água = 1 cal/g°C)
Assinale a alternativa correta.
(a) Aproximadamente 450 g.
(b) Aproximadamente 580 g.
(c) Aproximadamente 600 g.
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(d) Aproximadamente 720 g.
(e) Aproximadamente 860 g.
GABARITO
𝑄 = (150 𝑐𝑎𝑙/𝑠)(4 𝑚𝑖𝑛)(60 𝑠) = 36000 𝑐𝑎𝑙
𝑄 = 𝑚𝐶∆𝑇 → 𝑚 =
𝑄
36000
=
= 600 𝑔
𝐶∆𝑇 (1)(90 − 30)
Questão 6:
A certo sistema termodinâmico foram fornecidas 5,0 calorias de energia sob forma de calor. Ao
mesmo tempo, um trabalho de 13 joules é realizado sobre ele. Nessa transformação, qual a
variação de energia interna do sistema? Dado: 1 caloria = 4,18 J.
(a) Aproximadamente -34 J.
(b) Aproximadamente 34 J.
(c) Aproximadamente -8 J.
(d) Aproximadamente 8 J.
(e) Aproximadamente 10 J.
GABARITO
𝑄 = 5 𝑐𝑎𝑙 = 5(4,18) = 20,90
∆𝐸𝑖𝑛𝑡 = 𝑄 + 𝑊
Como a energia foi recebida temos Q positivo e como o trabalho foi realizado sobre o sistema
temos W positivo.
∆𝐸𝑖𝑛𝑡 = 20,90 + 13 = 33,90 𝐽
Questão 7:
A figura abaixo mostra a variação do volume, em função da temperatura, de um gás ideal que se
encontra submetido a uma pressão constante de 4 N/m2.
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Sabe-se que, durante a transformação do estado A para B, o gás recebeu uma quantidade de calor
igual a 20 joules. Qual foi a variação da energia interna do gás entre estes estados?
(a) 4 J.
(b) 16 J.
(c) 24 J.
(d) 380 J.
(e) 420 J.
GABARITO
∆𝐸𝑖𝑛𝑡 = 𝑄 + 𝑊
𝑄 = 20 𝐽
Trabalho: 𝑊 = −𝑃∆𝑉
𝑊 = −(4)(2 − 1) = −4 𝐽
Logo:
∆𝐸 = 20 + 4 = 16 𝐽
Questão 8:
Considere um sistema composto por um gás ideal que sofre uma transformação representada pelo
gráfico abaixo.
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Analise as afirmativas feitas sobre esses processos e assinale a alternativa correta.
I. Na direção AB temos uma transformação isocórica, não há variação de volume e a pressão varia
na razão direta da temperatura.
II. Na direção BC temos uma transformação isobárica, não há variação de pressão e o volume varia
na razão direta da temperatura.
III. Na direção AC temos uma transformação isotérmica, o volume varia na razão inversa da pressão.
I, II e III estão corretas.
Apenas I está correta.
Apenas II está correta.
Apenas III está correta.
Apenas II, e III estão corretas.
GABARITO
I. Correta. Na direção AB temos uma transformação isocórica. Assim, não há variação de volume
e a pressão varia na razão direta da temperatura (Lei de Charles).
II. Correta. Na direção BC temos uma transformação isobárica.
III. Correta. Assim, não há variação de pressão e o volume varia na razão direta da temperatura
(Lei de Gay‐Lussac).
Questão 9:
Certa quantidade de gás ideal realiza o ciclo ABCDA, representado na figura.
Nessas condições, analise as afirmativas abaixo.
I. No percurso AB, o trabalho realizado pelo gás é igual a 400 J.
II. No percurso BC, o trabalho realizado é nulo.
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III. No percurso CD, ocorre aumento da energia interna.
IV. Utilizando-se esse ciclo em uma máquina, de modo que o gás realize quatro ciclos por segundo,
o trabalho total dessa máquina é igual a 200 J.
Assinale a alternativa correta.
Apenas as afirmativas I, II e III estão corretas.
Apenas as afirmativas I, II e IV estão corretas.
Apenas as afirmativas II, III e IV estão corretas.
Apenas as afirmativas II e III estão corretas.
Apenas as afirmativas II e IV estão corretas.
GABARITO
I. (V) 𝑊 = 𝑃∆𝑉 = (4 × 102 )(1,2 − 0,2) = 4 × 102 𝐽
II. (V) ∆𝑉 = 0  𝑊 = 0
III. (F) 𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑇𝐶 < 𝑇𝐷  𝑈𝐷 < 𝑈𝐶 . Logo, a energia interna diminui ao passar de C para D.
IV. (V) 𝑊 = 𝐴𝑟𝑒𝑡 = (4 × 102 − 2 × 102 )(1,2 − 0,2) = 2 × 102 𝐽
Questão 10:
(1) Qual seria o rendimento ideal de uma máquina térmica se seus reservatórios quente e frio
estivessem na mesma temperatura – digamos, 400K?
(2) Qual seria o rendimento ideal de uma máquina térmica que tem um reservatório quente a 400K
e um reservatório frio que, de algum modo, se encontra no zero absoluto?
GABARITO
𝑇𝑓
𝜉 =1−𝑇
𝑞
(1) Rendimento nulo, portanto nenhum trabalho pode ser realizado por esta máquina térmica,
a menos que exista uma diferença e temperatura entre os dois reservatórios.
(2) Rendimento igual a 1; apenas neste caso idealizado seria possível um rendimento ideal de
100 %.