Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1211) Em um dia pela manhã, uma esfera de cortiça flutua na água contida em um recipiente. Estando ambas a temperatura ambiente (20 ºC), o volume da parte da esfera submersa na água é V. Ao meio-dia, estando ambas a nova temperatura ambiente (30 ºC), a esfera continua a flutuar na água, sendo o volume da parte submersa V`.
Os volumes V e V` da parte da esfera submersa na água são tais que:
- A) V` > V, pois a densidade da água sofreu um decréscimo
- B) V` = V, pois o empuxo sobre a esfera não se alterou
- C) V` = V, pois o decréscimo na densidade da água é compensado pelo acréscimo no volume da esfera
- D) V` < V, pois a densidade da cortiça sofreu um decréscimo e, consequentemente, seu peso ficou menor
- E) V` > V, pois a densidade da cortiça sofreu um decréscimo maior do que a densidade da água
A resposta certa é a letra A) V` > V, pois a densidade da água sofreu um decréscimo.
Vamos analisar o que aconteceu no problema. Inicialmente, a esfera de cortiça flutuava na água contida em um recipiente, ambas à temperatura ambiente de 20°C. Isso significa que a densidade da água era maior que a densidade da cortiça, pois a esfera estava flutuando.
Quando a temperatura ambiente aumentou para 30°C, a densidade da água diminuiu devido à expansão térmica. No entanto, a densidade da cortiça também sofreu uma expansão térmica, mas menor que a da água.
Como a densidade da água diminuiu mais que a densidade da cortiça, o volume da parte submersa da esfera (V`) aumentou. Isso ocorreu porque a esfera precisou se submeter mais à água para manter o equilíbrio de forças, pois a densidade da água era menor.
Portanto, a resposta certa é a letra A) V` > V, pois a densidade da água sofreu um decréscimo maior que a densidade da cortiça.
1212) Analise as afirmativas abaixo:
1ª afirmativa: Na linguagem coloquial, é comum dizer que um corpo está “quente” para indicar que sua temperatura é elevada. No entanto, os corpos não possuem “calor”, embora suas moléculas tenham energia.
2ª afirmativa: Chamamos de calor a energia que se transfere de um corpo para outro em virtude, exclusivamente, da diferença entre suas temperaturas. Portanto, calor é energia em trânsito.
Considerando o conteúdo das duas afirmativas e a existência ou não de uma relação entre elas, pode-se afirmar que:
- A) As duas são corretas e a segunda justifica a primeira.
- B) As duas são corretas, mas a segunda não justifica a primeira.
- C) Apenas a primeira á correta.
- D) Apenas a segunda é correta.
- E) Ambas são incorretas.
A resposta correta é a letra A) As duas são corretas e a segunda justifica a primeira.
A primeira afirmação é verdadeira, pois, no dia-a-dia, é comum dizer que um corpo está "quente" quando sua temperatura é elevada. No entanto, é importante notar que os corpos não possuem "calor", mas suas moléculas têm energia.
A segunda afirmação também é verdadeira, pois o calor é a energia que se transfere de um corpo para outro em virtude da diferença entre suas temperaturas. Portanto, o calor é energia em trânsito.
A relação entre as duas afirmações é que a segunda justifica a primeira, pois a temperatura elevada de um corpo é resultado da energia que suas moléculas possuem, e essa energia é o que chamamos de calor. Dessa forma, quando dizemos que um corpo está "quente", estamos nos referindo à sua temperatura elevada, que é resultado da energia que suas moléculas possuem.
Portanto, ambas as afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira, o que torna a letra A) a resposta correta.
1213) Um recipiente cilíndrico, condutor, de seção uniforme de área igual a 40 cm2, é provido de um êmbolo de massa desprezível perfeitamente ajustado às paredes e que pode deslizar em seu interior com atrito desprezível. Entre o êmbolo e a base do cilindro há um gás ideal. Inicialmente, estando o êmbolo a 50 cm da base, como mostra a figura 1, o gás está em equilíbrio termodinâmico a temperatura ambiente a uma pressão igual à pressão atmosférica (1,0.105 Pa), pois a massa do êmbolo é desprezível. Colocam-se sobre o êmbolo vários blocos de 0,50 kg. Quando se restabelece o equilíbrio termodinâmico, com o gás a temperatura ambiente, o êmbolo desceu 10 cm em relação a sua posição inicial, como mostra a figura 2.
Considere g = 10 m/s2. O número de blocos de 0,50 kg colocados sobre o êmbolo foi:
- A) 5
- B) 10
- C) 15
- D) 20
- E) 2
Resposta
A alternativa correta é a letra D) 20.
Explicação
Para resolver essa questão, precisamos aplicar o conceito de equilíbrio termodinâmico e a lei de Pascal. Inicialmente, o gás está em equilíbrio termodinâmico a uma temperatura ambiente e pressão atmosférica de 1,0.105 Pa. Quando os blocos de 0,50 kg são colocados sobre o êmbolo, o sistema alcança um novo equilíbrio termodinâmico.
Como a massa do êmbolo é desprezível, a pressão exercida sobre o gás é igual à pressão atmosférica mais a pressão exercida pela massa dos blocos. A lei de Pascal nos diz que a pressão exercida sobre o gás é igual em todos os pontos do sistema.
Quando o sistema alcança o novo equilíbrio termodinâmico, o êmbolo desceu 10 cm em relação à sua posição inicial. Isso significa que a pressão exercida sobre o gás aumentou, pois a área da seção transversal do cilindro é constante.
Para calcular o número de blocos necessários para que o êmbolo desça 10 cm, precisamos calcular a variação de pressão necessária para que isso ocorra. Como a área da seção transversal do cilindro é de 40 cm², a variação de pressão necessária é de:
$$Delta P = frac{m cdot g}{A} = frac{0,50 text{ kg} cdot 10 text{ m/s²}}{40 text{ cm²}} = 0,125 text{ Pa}$$
Como a pressão inicial é de 1,0.105 Pa, a pressão final é de:
$$P_f = P_i + Delta P = 1,0.105 text{ Pa} + 0,125 text{ Pa} = 1,125 text{ Pa}$$
Para que a pressão final seja igual à pressão atmosférica, é necessário que o número de blocos seja de:
$$n = frac{Delta P}{m cdot g} = frac{0,125 text{ Pa}}{0,50 text{ kg} cdot 10 text{ m/s²}} = 20$$
Portanto, a alternativa correta é a letra D) 20.
1214) Você já deve ter ouvido falar que o chocolate tem uma quantidade enorme de calorias e que para gastar essas calorias, uma pessoa tem que fazer muito exercício físico. Sobre esse assunto marque a alternativa INCORRETA:
- A) A caloria é uma quantidade de calor necessária para elevar 1º C (entre 14,5 ºC e 15,5 ºC) a temperatura de 1 grama de água sob pressão normal.
- B) A caloria é uma unidade usada para medir a quantidade de energia que os alimentos fornecem ao nosso organismo.
- C) Uma caloria equivale a 4,18 joules, e 1 J equivale a 0,24 caloria.
- D) A quantidade de calorias que uma pessoa gasta ao longo do dia independe do nível de atividades físicas, da idade, do peso e sexo do indivíduo.
A alternativa correta é a letra D) A quantidade de calorias que uma pessoa gasta ao longo do dia depende do nível de atividades físicas, da idade, do peso e sexo do indivíduo.
Essa afirmação é INCORRETA. A quantidade de calorias que uma pessoa gasta ao longo do dia é influenciada por vários fatores, como o nível de atividades físicas, a idade, o peso e o sexo do indivíduo. Por exemplo, uma pessoa que pratica exercícios regularmente irá gastar mais calorias do que alguém que tem um estilo de vida sedentário. Além disso, a idade, o peso e o sexo também afetam a taxa metabólica basal, que é a quantidade de calorias que o corpo gasta em repouso.
Portanto, a alternativa D) é a resposta INCORRETA, pois afirma que a quantidade de calorias gasta ao longo do dia é independente desses fatores.
É importante lembrar que a quantidade de calorias que uma pessoa gasta ao longo do dia é um fator importante para manter uma dieta saudável e evitar problemas de saúde, como obesidade e diabetes. É fundamental ter um estilo de vida equilibrado, com uma dieta adequada e prática regular de exercícios físicos.
1215) O sol e o calor não deram trégua para quem passou o primeiro dia do ano de 2015 no Rio de Janeiro. A sensação térmica chegou aos 47 °C em Guaratiba, na Zona Oeste do Rio de Janeiro, segundo o Centro de Operações. Já a temperatura máxima foi de 40 °C na Vila Militar, também na Zona Oeste, de acordo com o Instituto Nacional de Meteorologia (Inmet). À noite o tempo fica aberto e a tendência é de que a temperatura continue alta no dia 2 de janeiro, com máxima prevista de 41 °C e mais pancadas de chuva à tarde e à noite.
Internet: <http://g1.globo.com>. Acesso em 2/1/2015.
Com base nas informações contidas no texto e nos conceitos relacionados às escalas termométricas, assinale a alternativa correta.
- A) A sensação térmica de 47 ºC corresponde a uma temperatura de 116,6 graus na escala Fahrenheit.
- B) A temperatura de 40 ºC, na Vila Militar, corresponde a uma temperatura de 100 graus na escala Fahrenheit.
- C) A temperatura máxima de 41 ºC, no dia 2 de janeiro, corresponde a uma temperatura de, aproximadamente, 232 graus na escala Kelvin.
- D) 40 º é a temperatura que marca o mesmo valor tanto em um termômetro Celsius como em um termômetro Fahrenheit.
- E) Na escala Fahrenheit, o ponto de vapor da água é um valor fixo que corresponde ao mesmo valor do ponto de vapor da água na escala Celsius.
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
Aqui precisamos investigar cada alternativa para resolver a questão.
a) ERRADO - Uma sensação térmica de 47 ºC corresponde a uma sensação térmica de 116,6 graus na escala Fahrenheit. A banca misturou os conceitos de temperatura e sensação térmica.
b) ERRADO - Para achar o valor correspondente em Fahrenheit, basta substituir o valor da temperatura em graus Celsius na equação abaixo:
frac{C}{5} = {F - 32 over 9}
O valor que corresponde a 40 ºC é uma temperatura de 104 ºF.
c) ERRADO - Para achar o valor correspondente em Kelvin, temos que usar a seguinte equação:
K = C + 273
A temperatura máxima de 41 ºC corresponde a uma temperatura de 314 graus na escala Kelvin.
d) ERRADO - Como vimos na alternativa B, o valor que corresponde a 40 ºC é uma temperatura de 104 ºF.
e) ERRADO - Na escala Fahrenheit, o ponto de vapor da água é 212 ºF, valor que difere do ponto de vapor da água de 100 graus na escala Celsius.
Logo, não há alternativa correta.
1216) Julgue o item subsequente, a respeito da variação do tamanho ou volume de um material em consequência de mudança da temperatura.
Se uma barra metálica estreita, à temperatura de 20 ºC, tem um tamanho de 200,0 cm e, a 26 ºC, tem tamanho de 200,4 cm, quando estiver sob temperatura de 23 ºC, terá um tamanho de 200,1 cm.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra B) Errado
A dilatação (variação do comprimento) é diretamente proporcional a variação de temperatura, logo, se ao variar 6ºC (20º a 26º) o comprimento aumentou 0,4 cm (200,0 a 200,4), uma variação de 3ºC (20º a 23º - metade do anterior) aumentará 0,2 cm (200,0 a 200,2 – metade do anterior).
O tamanho a 23ºC será 200,2 cm.
Resposta: Errado
1217) No estudo do comportamento dos gases, há uma conhecida equação de estado de um gás ideal, expressa pela relação PV = nRT, em que P é a pressão do gás, V é o volume ocupado pelo gás, n é o número de mols do gás, T é a temperatura absoluta do gás, medida em Kelvin (K); e R, com valor igual a 0,082 mathrm{ , atm cdot L/(mol cdot K)}, é a constante universal dos gases.
Tendo como referência as informações acima, e sabendo que zero Kelvin corresponde a -273,15 ^circ C, julgue o item a seguir.
Se 2 mols de um gás rarefeito, que se comporta como um gás ideal, ocupa um espaço de 30 litros e está sob uma pressão de 2,0 atm, então a sua temperatura é superior a 100 ^circ C.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra B) Errado
Substituindo os valores fornecidos na equação de estado de um gás ideal, temos:
PV = nRT
2 cdot 30 = 2 cdot 0,082 cdot T
T = 365,8 mbox{ K} = 92,7 mbox{ ºC}
Conversão de unidades (K → ºC):
T_C = T - 273,15
T_C = 365,8 - 273,15
T = 365,8 mbox{ K} = 92,7 mbox{ ºC}
Portanto, a temperatura é menor que 100ºC.
Resposta: Errado
1218) Quando varia a quantidade de calor cedida a um corpo, a sua temperatura aumenta gradativamente, desde que esteja em uma mesma fase física da matéria. No processo de mudança de fase, a temperatura permanece constante, e o calor cedido é utilizado para a mudança de fase. O gráfico a seguir representa a curva de aquecimento de determinado material, em que os intervalos A, B, C, D e E destacam as diversas fases e os processos de transformação.
A partir das informações apresentadas acima e considerando que as quantidades das grandezas sejam proporcionais à representação no gráfico, julgue o item subsecutivo.
Os intervalos A, C e E do gráfico ilustram, respectivamente, as fases sólida, líquida e gasosa.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra A) Certo
Em B e D as temperaturas permaneceram constantes, logo, nestes trechos tivemos mudança de estado. A temperatura de fusão é menor que a temperatura de vaporização, logo, em B tivemos a fusão, consequentemente em A temos o estado sólido e em C o estado líquido. No trecho D tivemos a vaporização, consequentemente em E temos o estado gasoso.
- A → fase sólida
- B → sólido + líquido (mudança de fase)
- C → fase líquida
- D → líquido + gás (mudança de fase)
- E → fase gasosa
O item está CERTO
1219) Texto e figura para o item
A figura acima ilustra um trilho de ar comprimido, constituído de duas placas de alumínio encaixadas de modo a formar uma estrutura de seção reta triangular. No interior da estrutura, passa uma corrente de ar comprimido que sai por 100 orifícios, de raios iguais a 0,001 m, localizados nos dois lados das placas que formam o trilho. O ar entra na estrutura, a partir de uma abertura circular de raio 1 cm, a uma velocidade igual a 1 m/s. Um carrinho de massa M, que pode deslizar sobre os trilhos, está preso a uma pequena esfera de massa m, por meio de um fio rígido e inextensível de massa desprezível e que passa por uma roldana de massa também desprezível. O trilho está inclinado de um ângulo θ em relação à horizontal. O coeficiente de atrito cinético do carro com as placas metálicas do trilho é igual a μb, na ausência de ar comprimido, e igual a μa, após a inserção de ar comprimido na estrutura.
Com base nessas informações, julgue o item.
A variação de temperatura (ΔT) que o carrinho irá experimentar no processo de subida por uma distância D, paralela à superfície do plano, será ΔT = M⋅g⋅μa ⋅cosθ/ca, em que ca é o calor específico do carrinho, e g, a aceleração da gravidade.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra A) Certo
Nesta questão a resposta indicada pelo professor não está de acordo com a banca, por esse motivo logo após a resolução é feita uma análise dimensional da expressão indicada no enunciado para constatar se existe uma homogeneidade dimensional.
Inicialmente, utilizando a expressão da quantidade de calor sensível, vamos encontrar uma expressão para a variação de temperatura:
Q=M cdot c_a cdot Delta T
fbox{ $ Delta T = dfrac{Q}{M cdot c_a} $ }
Portanto a variação de temperatura do carrinho está relacionado a quantidade de energia recebida de acordo com a expressão acima. A fonte desta energia térmica (Q) fornecida ao carrinho será o trabalho (tau) da força de atrito sobre o carrinho. Calculando o trabalho da força de atrito, temos:
tau = F_{at}cdot D cdot cos alpha
onde alpha é o ângulo entre a força e o deslocamento. Como a força de atrito é contrária ao deslocamento, o ângulo alpha é igual a 180º, logo:
tau = F_{at}cdot D cdot cos 180^º ;; implies ;; fbox{ $ tau = - F_{at}cdot D $ }
Agora é necessário encontrar a força de atrito para substituir na expressão acima. Escrevendo a expressão da força de atrito, temos:
F_{at}=mu_a cdot F_N
Como temos um plano inclinado, a força normal (F_N) exercida pelo plano sobre o carrinho, é representada pela expressão:
F_N=M cdot g cdot cos theta
Substituindo a expressão acima na expressão da F_{at} , temos:
begin{aligned} F_{at}&=mu_a cdot F_N \ \ F_{at}&=mu_a cdot M cdot g cdot cos theta end{aligned}
Agora substituindo toda essa expressão na expressão do trabalho (tau) temos:
begin{aligned} tau&=-F_{at} cdot D \ \ tau &= - mu_a cdot M cdot g cdot cos theta cdot D end{aligned}
O sinal negativo do trabalho indica que ele é contrário ao movimento, diminuindo a velocidade do carrinho. Para substituir na expressão da variação de temperatura (Delta T) , iremos utilizar o módulo do trabalho (tau) já que esta energia é fornecida ao carrinho, e estará aumentando a sua temperatura.
Q=|tau|
Delta T = dfrac{Q}{M cdot c_a}= dfrac{mu_a cdot M cdot g cdot cos theta cdot D }{M cdot c_a}
Delta T = dfrac{mu_a cdot cancel{M} cdot g cdot cos theta cdot D }{cancel{M}cdot c_a}
color{blue}{ fbox { $ Delta T = dfrac{mu_a cdot g cdot cos theta cdot D }{c_a} $ }}
Esta é a expressão correta para a variação de temperatura sofrida pelo carrinho, diferente da expressa no enunciado. Portanto o item está errado.
GABARITO INDICADO PELO PROFESSOR: ERRADO
GABARITO DA BANCA: CERTO
Análise Dimensional
Vamos efetuar a análise dimensional da equação apresentada pelo enunciado:
Delta T=dfrac{M cdot g cdot mu_a cdot cos theta}{c_a}
Para isso vamos relacionar as dimensões de cada uma das grandezas envolvidas na expressão anterior:
- text{Temperatura: } theta
- text{Massa: } M
- text{Comprimento: } L
- text {Tempo: } T
- text{Aceleração da gravidade: } [g]=dfrac{[Delta V]}{[Delta t]}=dfrac{{L}/{T}}{T}=dfrac{L}{T^2}=Lcdot T^{-2}
- text{Calor específico: }[c_a]=dfrac{[Q]}{[M] cdot [Delta T]}
Para encontrarmos a equação dimensional do calor específico precisamos inicialmente encontrar a equação dimensional da grandeza [Q]. Devemos lembrar que essa grandeza é uma energia e sua unidade pode ser calorias ou, no SI, o Joule. Para encontrarmos a expressão dimensional do Joule, podemos utilizar a fórmula do trabalho:
tau=F cdot D cdot cos alpha
Sabendo que:
F=M cdot a
tau=M cdot a cdot D cdot cos alpha
[tau]=[M] cdot [a] cdot [D] cdot cancel{cos alpha}
O termo do cosseno foi cancelado pois é adimensional. Como (a) é aceleração, podemos utilizar a expressão encontrada para a aceleração da gravidade (g), o termo (D) possui unidade de comprimento. Substituindo:
[tau]=M cdot Lcdot T^{-2} cdot L= M cdot L^2 cdot T^{-2}
Como o trabalho (tau) possui a mesma unidade que a quantidade de calor (Q), podemos igualar suas expressões dimensionais:
[Q]=[tau] \ \ \ \ [Q]= M cdot L^2 cdot T^{-2}
Retornando à expressão do calor específico:
[c_a]=dfrac{[Q]}{[M] cdot [Delta T]}=dfrac{ M cdot L^2 cdot T^{-2}}{M cdot theta}=dfrac{ cancel{M} cdot L^2 cdot T^{-2}}{cancel{M} cdot theta}
fbox{ $ [c_a]= L^2 cdot T^{-2} cdot theta^{-1} $ }
Agora com todos os termos expressos em suas dimensões, podemos substituir na expressão da temperatura fornecida no enunciado:
Delta T = dfrac{M⋅g⋅mu_a ⋅cos θ}{c_a}
[Delta T] = dfrac{[M] cdot [g] cdot cancel{mu_a cdot costheta} }{[c_a]}
Os termos do coeficiente de atrito e o cosseno foram cancelados pois são adimensionais. Substituindo as expressões encontradas de (g) e (C_a) , temos:
[Delta T] = dfrac{M cdot Lcdot T^{-2}}{ L^2 cdot T^{-2} cdot theta^{-1}}= dfrac{M cdot bcancel{L}cdot cancel{T^{-2}}}{ L^bcancel{2} cdot cancel{T^{-2}} cdot theta^{-1}}= dfrac{M}{ L cdot theta^{-1}} ;; implies
color{red}{fbox { $ [Delta T] =M cdot L^{-1}cdot theta $ }}
O correto seria essa expressão nos fornecer uma unidade de temperatura, no caso color{blue}{fbox{ $ [Delta T]=theta $ }} , e não é isso que ocorre. Portanto a equação apresentada no enunciado não fornece uma resposta com unidade correta de temperatura, o que torna o item errado.
1220) No cotidiano, há a ocorrência de diversos fenômenos térmicos, os quais estão associados aos conceitos de calor, temperatura, energia, entre outros. Com relação aos princípios relacionados à termodinâmica e suas aplicações, julgue o item a seguir.
De acordo com a 1.ª lei da termodinâmica, o calor fornecido a um sistema é utilizado para aumentar a energia interna do sistema e realizar trabalho.
- A) Certo
- B) Errado
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
A justificativa da banca para anulação foi:
"A redação prejudicou o julgamento objetivo do item, motivo por que se opta pela alteração de seu gabarito."
Acredito que o problema do item seja: "aumentar a energia interna do sistema e realizar trabalho", pois existe a possibilidade do calor apenas aumentar a energia ou apenas realizar trabalho, logo, o erro encontra-se na conjunção aditiva e, pois esta nos passa a ideia de que as duas coisas ocorrerão o que não é sempre uma verdade.
Questão anulada