Prova 3º Ano 2009 - Fisica e dicas para a prova de amanhã!

Seguem abaixo as fotos que tirei da minha prova do ano passado. As resoluções seguem na prova e/ou abaixo das imagens...


Questão 1: é relacionada com campo magnético, então não precisam fazer pra essa prova.
Questão 2: idem.
Questão 3: é a que mais tem a ver com o conteúdo de vocês. Minha sugestão: resolvam pela Lei de Kirshof (ou sabe-se lá como se escreve), fazendo duas malhas separadas - o retângulo da esquerda e o da direita.

Primeiro passo na hora de definir as malhas: dêem um SENTIDO para as correntes, lembrando que a cada nó (bifurcação, divisão), a corrente se divide em duas diferentes ou se une a outra para formar uma nova. No caso da figura, coloquei uma corrente i1 saindo do gerador da esquerda e uma corrente i2 saindo do gerador da direita e se unindo para "descer" pelo fio do meio, formando uma corrente i3.

Notem que eu mesmo instituí quem é gerador ou receptor - as contas são as mesmas, e se o que você escolheu para gerador ou receptor for o contrário, apenas o sinal da corrente sairá trocado!

Dica básica da Lei das Malhas: somem tudo que ADICIONA POTENCIAL (geradores) e subtraiam tudo o que GASTA POTENCIAL (receptores e resistores). Ao final, tudo tem que dar zero. E para calcular corrente em uma malha só, pode-se fazer a lei de Ohm-Pouillet: i = soma das eletromotrizes - soma das contraeletromotrizes / soma das resistências. Sendo assim:

Malha da esquerda: gerador de 12v, resistor de 2 ohms, resistor de 8, resistor de 5 e resistor de 1 (resistência interna do gerador).

U(total) = U(gerador) - U (2 ohms) - U (8 ohms) - U (5 ohms) = 0

[ E - r.i1] - [ r.i1 ] - [r.13 ] - [r.i1] = 0
12 - 1. i1 - 2.i1 - 8.i3 - 5.i1 = 0
12 - 8.i1 - 8. i3 = 0

Malha da direita:

U = U(gerador) - U (2 ohms) - U (8 ohms) - U (5 ohms) = 0
[ E - r.i2] - [ r.i2 ] - [r.13 ] - [r.i2] = 0
12 - 1. i2 - 2.i2 - 8.i3 - 5.i2 = 0
12 - 8.i2 - 8. i3 = 0

Ficamos com 3 incógnitas e 2 equações. Para formar um sistema, precisamos da equações das correntes: se i1 e i2 se juntam para formar i3,

i1 + i2 = i3

Fazendo o sistema com as 3 equações, descobre-se os valores das correntes, que é o pedido na questão.

i1 = i2 = 0,5 A
i3 = 1A

Questão 4: também ligada com a matéria de vocês - associação de capacitores. A capacitância equivalente de uma associação de capacitores, na hora de fazer as contas, é como o contrário da ressistência equivalente. Como assim? Se resistores em série tem suas resistências somadas e em paralelos é a soma dos inversos que dá o resultado, nos capacitores é o contrário: associação em paralelo dá como resultado a soma das capacitâncias e associação em série dá a soma dos inversos.
Vejamos a questão, em que temos uma associação em paralelo de dois capacitores (C2 e C3) associada em série com um terceiro (C1). A questão dá os seguintes dados e pede a energia acumulada na associação.

Vab = 100 V

C1 = 2,5microF
C2 = 7,0 microF
C3 = 3,0 microF

Para calcularmos a energia, podemos usar alguma fórmula derivada de C = Q/U , sendo a mais indicada a Energia = U².C/2 , pois temos a ddp e podemos calcular a capacitância equivalente.

Calculando a C(equivalente) entre C2 e C3 (paralelo), só precisamos somar: C2 + C3 = 10 microF
Entre essa encontrada e C1 (série), podemos fazer o produto pela soma:

10 .2,5 / 10 +2,5 = 2 microF

Agora, só jogar na fórmula de energia:

E = U².C / 2
E = 100² . 2 microF / 2
E = 0,01 Joules

Questão 5 = sobre campo magnético, não importa a vocês no momento.

Questão 6 = sobre magnetismo, também não cai.
Questão 7 = sobre colisões, imagino que caia. Importante sobre colisões e Impulso é Quantidade de Movimento. Na verdade, a variação da quantidade de movimento, ou seja, a diferença do que eu tenho de M.V inicialmente e M.V ao final.

No caso do exercício, uma bola de massa 50g é solta de uma altura igual a 3,2m. Após a colisão com o solo, ela alcança uma altura máxima que é de 56,25% da altura anterior. Se o impacto com o chão teve a duração de 0,02 segundos, pergunta-se:

a) o coeficiente de restituição vale 0, vale 1 ou está entre esses dois valores? Justifique

Para responder, é necessário lembrar que coeficiente de restituição (e) é a grandeza que indica a capacidade dos corpos de se restituirem depois de uma colisão, ou seja, se mantêm seu total de energia mecânica (seja cinética, potencial gravitacional ou ambas). Se (e) = 1, ou seja, 100%, não há perda de energia, pois esta se reestitui 100% após a colisão. Se (e) = 0, há perda total de energia, ou seja, não há restituição. Para calcular (e), é só vermos a razão entre as velocidades de aproximação (antes da colisão) e afastamento (depois da colisão) entre os corpos.

No caso do exercício, entre a bolinha e o chão. Como o chão não se move, só temos que considerar as velocidades da bolinha antes e depois da colisão. Se, após bater no chão, a bola não consegue subir até o mesmo nível anterior, isso significa que a velocidade com que ela sai do chão (afastamento) é inferior à velocidade com que ela bate nele (aproximação). Sendo assim, podemos deduzir que (e) é menor que 1 e menor que 0 (pois a bolinha não alcança a altura inicial mas também não pára no chão).

Olhando pelo lado da perda de energia: antes da colisão, a energia da bolinha era toda cinética, proveniente da queda de uma altura de 3,2 metros. Se a colisão fosse perfeitamente elástica, ou seja, (e) valendo 1, ela necessariamente alcançaria a mesma altura, pois toda sua energia cinética seria preservada e transformada em potencial a 3,2 metros de altura.

Resposta final: houve perda PARCIAL de energia, logo (e) é menor que 1 e maior que 0.

b)Calcule o valor da Força Média feita pelo chão na bola no intervalo de tempo.

Para isso, usamos o teorema do impulso: Impulso = Força x tempo = variação de quantidade de movimento

Temos que encontrar as velocidades da bolinha antes e depois para podermos fazer a variação de Q. para isso, usamos Energia potencial gravitacional = Energia cinética, tanto para antes quanto para depois.

Antes:

mgh = mv²/2
10. 3,2 = v²/2
v = 8

Depois:

mgh = mv²/2
10. (3,2 .56,25%) = v²/2
v = 6

Impulso:

F. t = Qf -Qi
F. 0,02 = 0,05 . 8 - 0,05. 6
F = 5 Newtons

Questão 8: Novamente colisão, mas dessa vez só fazer Qi = Qf. Uma coisa importante para se fazer nessas questões de colisão é desenhar um esboço da situação antes e depois (como na prova), para não errar nos sinais de velocidade, principalmente - é só estabelecer um sentido que seja sempre positivo (para a direita, por exemplo) e manter esse referencial até o final. As contas estão na prova.

Questão 9: trabalho da força elétrica. Só usar a fórmula física geral de trabalho: trabalho = força x deslocamento. Isso só é possível pois os potenciais são iguais nas linhas equipotenciais da figura. Sendo assim, ir para fora da placa na linha curva que ele desenha é o mesmo que ficar na primeira linha (de cima para baixo) dentro da placa. Só contar quantas linhas a carga q é deslocada (4) e colocar na fórmula:

T = Fel . d
T = q. E. d
T = 10 a -14 x 10 a 5 x 4 x 10 a -3
T = 4 x 10 a -12

Outra fórmula que talvez precisem de trabalho é: Trabalho = carga x diferença de potencial (entre os pontos inicial e final do deslocamento). Além dessa, outra importante no campo elétrico uniforme (C.E.U.) é o teorema do Ed=U.


Questão 10: os primeiros ítens são básicos de elétrica - o primeiro é a definição de energia útil (energia útil = energia total - energia dissipada por efeito joule; o segundo é só usar a fórmula de corrente elétrica (i = Q/t).

Os próximos são ítens sobre capacitores, nos quais é só usar as fórmulas de capacitância (C=Q/U) e energia acumulada em capacitores (E = CQ/2 = CU²/2).

Uma dica: para calcular carga e energia fornecidos por capacitores, usem a variação de energia e variação de carga no capacitor antes e depois da descarga de energia. Isso porque um capacitor nunca se descarrega completamente, então para calcular o que ele fornece, é só calcular o quanto ele tinha e subtrair do quanto ele passou a ter depois do choque.


Da matéria de vocês, só faltou a equação de geradores (em elétrica) e plano inclinado/componentes da força resultante (em mecânica).

Sobre a equação de geradores, um esclarecimento de uma pergunta constante: por quê no gerador a tensão total é f.e.m. (força eletromotriz) MENOS r.i e no receptor a tensão total é f.c.e.m (força contraeletromotriz) MAIS r.i ?
A resposta é simples: no gerador, queremos a tensão total PRODUZIDA, ou seja, a tensão total (U) que é FORNECIDA para o circuito. Sendo assim, pegamos tudo o que ele produz (f.e.m.) e subtraimos o que ele gasta (r.i), pois essa parte não é fornecida. Já no receptor, não precisamos saber o que ele fornece ou não para o sistema; pelo contrário, queremos saber o que ele GASTA no total, queremos saber a tensão total CONSUMIDA dentro do receptor, seja a que ele usa para realizar trabalho (f.c.e.m.) ou a que é dissipada por aquecimento, por isso somamos r.i .

Outro pega importante: todo gerador de f.e.m (E) quando invertido no circuito, vira um receptor de f.c.e.m (E') de valor igual à f.e.m. inicial. É só inverter o sinal de E - r.i para E' + r.i !

As fórmulas de potência, rendimento, potência máxima, rendimento máximo recomendo que olhem na apostila, porque é tudo decoreba (especialmente a parte de que o rendimento máximo ocorre quando R = r, quando a corrente é de curto-circuito: i = épsilon/r e vale 50% num circuito fechado).

Plano inclinado é só desenhar direitinho as forças que atuam: Peso (e suas componentes Normal e Tangente), Força Normal, atrito e força externa (se tiver). E prestar atenção para o que ele pede na questão: se ele falar que o movimento é uniforme, força resultante = 0 e dá pra calcular qualquer outra coisa assim; se o movimento não for uniforme, dá pra calcular aceleração através da força resultante e por aí vai.

Componentes da força resultante, é só saber decompor, igualzinho aos vetores.

Ok que falr é fácil, mas se tiverem quaisquer dúvidas, me procurem online.



Desculpem não poder dar aula, mas é que não posso mesmo - ordens médicas. Espero que ajude alguma coisa com resumos e essa provinha, q ficou bem diferente da de vocês. Se quiserem tirar dúvidas de exercícios de física da apostila, só me procurar no msn ou colocar algum comentário que respondo até umas 22:30 (depois ainda estarei aqui, mas não garanto hora pra responder).

Abraços, boas provas e até mais!
Félix