segunda-feira, 9 de agosto de 2010

Questões de Física - Respostas

1º) Considere que uma pequena boca de fogao a gás fornece uma potência de 250 cal/s. Supondo-se que toda a energia térmica fornecida é transmitida para 200g de água, inicialmente a 30 graus, calcule o tempo, em segundos, necessario para que a água comece a ferver.

Nessa questão devemos prestar atenção a 3 pontos importantes:

1 - Dados 
Pot = 250cal/s ==> esse dado não é a toa e não é para ser disprezado, já que indica quanto de Q (calor) fornece por segundo, assim você já sabe que irá usá-lo no fim para definir a conta

2 - Dados de calorimetria
200g de água, 30º ==> quando isso está na conta você deve recorrer à uma das formulas da calorimetria com os dados que você tem. No caso: Temperatura, massa, calor específico (porque é universal 1cal/gºC). Isso nos remete a fórmula: Q = m.c.T

3 - Dados extras 
Para ter certeza de que um dado vai ser usado na conta, "link" ele com outras informações, ex:

Pot = 250cal/s ==> trecho, "toda a energia térmica é transmitida para 200g de água...." ou seja, ela faz parte da conta

Ferver ==> temperatura de fervura d'água: 100ºC, pois é quando está ebulindo, borbulhando.

Agora na conta:

Q = m.c.T
Q = 200.1.(100-30)
Q = 200.70
Q = 14000cal

Isso é o número total de calorias necessárias para aquecer a àgua a 100ºC, agora vamos pegar quanto o fogão fornece para ele p/segundo para saber o tempo que vai levar até somar 250+250+250+....=14000cal

t = 14000cal/250cal/s
t = 56s

R - 56s 

2º) Um calorímetro com capacidade térmica 5cal/ºC contém 200g de àgua a 20ºC. Ao colocar um bloco metálico de 500g a temperatura de 100ºC no interior do calorímetro, o sistema atinge o equivalente a 60ºC. Qual o calor específico do metal?

Vamos usar o mesmo método de armação da primeira questão:

1 - Dados
5cal/ºC - Capacidade do Calorímetro
200g H2O à 20ºC
500g Metal à 100ºC
Tfinal do sistema: 60ºC

2 - Dados da calorimetria
Como nessa questão temos um calorímetro e 2 componentes já podemos pensar na fórmula da soma das quantidades de calor.

Qtotal = soma dos Q que interagem no sistema
0 = soma dos Q que interagem no sistema


3 - Dados extras
Calorímetro - Linkado com todas as informações, usável.
H20 - "
Metal - "

O que temos em comum? Tf = 60º (equilíbrio)
O que queremos achar? calor específico do metal

Qcal + Qh20 + Qm = 0
C.T + m.c.T + m.c.T = 0
5.40 + 200.40.1 + 500.cm.(-40) = 0 --> cortam-se os 40
-500cm = -205
cm = 0,04
cm = 4.10^-2

R -  4.10^-2cal/gºC

3º) Um lago tem uma camada superficial de gelo com espessura de 4,0 cm a uma temperatura
de - 16 °C. Determine em quanto tempo o lago irá descongelar sabendo que a potência média por
unidade de área da radiação solar incidente sobre a superfície da Terra é 320 W/m²


Agora faça por você a interpretação dos dados, vou explicar a conta em sí:

V = A.h
V = 1m².0,04m
V = 0,04m³

Porque eu tirei logo o volume? porque eu sabia que iria ter somatório de Q, então iria pedir massa, um dado que não disponho.

d = m/V
1 = m/40
m = 40kg

Agora, tanto faz a ordem, tiramos o Q do gelo e o Q da àgua, mas porque separados? Vamos somar, para ficar mais simples numa unica conta não dá.

Qgelo = m.c.T
Qgelo = 40000.0,5.16
Qgelo = 20000.16
Qgelo = 320000cal

Qgelo (Latente) = L.m
Qgelo(L) = 80.40000
Qgelo(L) = 3200000

Calorias totais = Qgelo + Qgelo(L)
Ct = 3520000cal

Observe que a unidade está em calorias, assim precisamos passar para Joule assim não dá para usar a potência, pois ela está em W/m² é uma das unidades aceitas. Potência pode ser dada de várias formas, aqui está 3 exemplos:

1 - Nm^-2 ou N/m²
2 - Jm^-3 ou J/m³
3 - Wsm^-3 ou Watts p/segundo / m³

Agora a parte mais fácil, transformar em Joule. 

1 cal - 4J
3520000 - X

Agora dividimos pelo número de Watts transmitidos sob a àrea 

X = 14080000 / 320 = 44000s

Porque deu segundos? 
R - Observe (com as unidades):

1 joule = 1 N × m (1 newton-metro) = 1 W × s (watts-segundo)

então;

X = 14080000Ws / 320W = 44000s

assim só sobram os segundos

mas ainda devemos transformar mais 2 vezes: 



44000s / 60 = 733,333min

733,333min / 60 =~ 12,2h

R - =~ 12,2h

4º) Quantas calorias são transmitidas por metro quadrado de um cobertor de 2,5 cm de espessura durante uma hora, estando a pele a 33ºC e o ambiente a 0ºC? O coeficiente de condutibilidade térmica (k) do cobertor é de 8.10^-5cal/s.cm.ºC.


Esse nem requer explicação, só basta jogar na fórmula do fluxo de calor. Se você observar que a pergunta contém o k, a espessura, e as temperaturas

Fluxo = k.A.T / E
Fluxo / A = k.T/E
Fluxo/A = 8.10^-5.(0-33)/2,5
Fluxo/A = 105,6.10^-5
Fluxo/1m² = 105,6.10^-5
Fluxo/10000cm² = 105,6.10^-5
Fluxo = 105,6.10^-1
Fluxo = 10,56cal/s

1h = 3600s

10,56 x 3600 = 38016cal

R - 38016cal

5º)  A uma profundidade de 40 cm, dentro de um líquido colocado num tanque exposto ao ar, há uma fonte pequena. Qual o diâmetro de um disco opaco capaz de impedir a emergência d equalquer luz para o ar. O indice de refração do líquido é raiz de 2.

O mais fácil


Como ele diz que o disco é opaco a luz terá um ângulo maximo, que é a borda deste. Assim, temos que calcular qual é o ângulo que ela faz antes de ser refletida usando a lei do seno do ângulo limite:



senL = nar / nl, ou simplesmente: senL = indice de refração do menor / indice de refração maior
senL = 1/raiz2
senL = raiz2/raiz2.raiz2
senL = raiz2/2 = 45º

tg45º = co/h
1 = co/40
co = 40cm

D = 2.co
D = 2.40
D = 80cm

R - 80cm

2 comentários:

  1. Olá, referente a questão 5, que fórmula foi usada para chegar a TANGENTE de 45º?

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