FÍSICA - Coordenadoria de Processos .p representa a massa do pósitron que é igual ... A segunda

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FSICA

1O positrnio um tomo formado por um eltron e sua antipartcula, o psitron, que possui uma carga eltricaoposta e massa igual do eltron. O positrnio semelhante ao tomo de hidrognio, que possui um eltron eum prton. A energia do nvel fundamental desses tomos pode ser obtida a partir da equao

= 13, 6

1 +me

mp

e V

em que me a massa do eltron e mp a massa do psitron, no caso do positrnio, ou a massa do prton, nocaso do tomo de hidrognio.

A partir dessas informaes, responda aos itens a seguir.

a) Sabendo que a massa do prton muito maior do que a massa do eltron, estime a energia do nvel funda-mental do tomo de hidrognio.

b) Calcule a energia do nvel fundamental do positrnio.

QUESTO 1 EXPECTATIVA DE RESPOSTA

Contedo programtico: Eletricidade e Magnetismo. Fsica, Cosmos e Vida: Ideias sobre o universo, sua origeme evoluo: modelos de matria, transformaes dos materiais e radioatividade; espectro de energia emitida pormateriais.

Resposta esperada:

a) No caso do tomo de hidrognio, a massa do prton dada por mp = 938, 3 MeVc2 e a massa do eltron dada porme = 0, 511 MeVc2 , obtendo a razo

1 +memp

= 1 +0, 511938, 3

1

fornecendo a estimativa de 13, 6 e V para a energia do nvel fundamental do tomo de hidrognio.

b) Para o tomo de positrnio, mp representa a massa do psitron que igual massa do eltron. Desta forma,

= 13, 61 +

memp

e V = 13, 61 +

meme

e V = 13, 61 + 1

e V = 6, 8 e V

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2O efeito Casimir uma pequena fora atrativa que atua entre duas placas metlicas idnticas descarregadas edispostas paralelamente, como mostra a figura a seguir.

Essa fora tem sua origem nas flutuaes do vcuo quntico do campo eletromagntico. A fora atrativa entreas duas placas, cada uma com rea A, separadas por uma distncia d, pode ser calculada pela equao

F =hc

480d4A

em que h a constante de Planck e c a velocidade da luz.

Considerando = 3, 14, c = 3, 0 108 ms

e h = 6, 63 1034 Js, responda aos itens a seguir.

a) Calcule a fora de Casimir entre as placas, cada uma com 1 m2 de rea, separadas por uma distnciad = 1 m.

b) Calcule a massa de um corpo no campo gravitacional terrestre, considerando g = 10 ms2

, submetido a umafora dessa intensidade.

QUESTO 2 EXPECTATIVA DE RESPOSTA

Contedo programtico: Mecnica. Eletromagnetismo. Fsica, Cosmos e Vida.

Resposta esperada:

a) Substituindo diretamente os valores fornecidos, tem-se

F =3, 14 (6, 63 1034 Js) (3, 0 108 ms )

480 (106m)4 1 m2

F =3, 14 6, 63 3, 0 102

480J

m

F 1, 3 103N

b) A segunda Lei de Newton para um corpo com massa m submetido a uma fora de 1, 3 103 N , em um campogravitacional,

mg = 1, 3 103 Nm 10 ms2 = 1, 3 10

3 N

m = 1, 3 104 kgm = 0, 13 gque uma massa bastante pequena.

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3Um pedreiro precisa transportar material para o primeiro piso de uma construo. Para realizar essa tarefa, eleutiliza um sistema do tipo elevador mostrado na figura a seguir.

O peso mximo que pode ser levantado pelo sistema limitado pelo peso do pedreiro e no pelo suporte oupela corda. O pedreiro pesa 800 N.

A partir dessas informaes, responda aos itens a seguir.

a) Construa um diagrama de foras para o sistema e, considerando g = 10 ms2

, calcule o peso mximo quepoderia ser levantado pelo pedreiro.

b) Considerando o elevador com peso mximo, calcule o mdulo do torque no ponto A.

QUESTO 3 EXPECTATIVA DE RESPOSTA

Contedo programtico: Leis de Newton. Equilbrio esttico: foras em equilbrio, torques em equilbrio.

Resposta esperada:

Considere os quadros 1, 2 e 3 na figura a seguir.

a) Seja o esquema de foras apresentados nas figuras a seguir.

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A fora mxima que o pedreiro ir exercer aTmax

2. O mximo de peso que o pedreiro poder levantar ser igual

ao seu prprio peso, ou seja:Tmax

2= P = m g Tmax = 2m g Tmax = 2 80 kg 10

m

s2= 1600 N

b) Seja o esquema do quadro 3 dado a seguir.

A fora que age no suporte Ftotal =Tmax

2+ Tmax =

3 Tmax2

Ento, o torque gerado no suporte por essa fora : = r Ftotal sen(90), visto que a fora e o brao dealavanca fazem um ngulo de 90 entre si.

= 1 m 3 Tmax2

1 = 3 1600 N2

= 2400 N m

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4Em uma chaleira, so colocados 2 litros de gua para ferver. A chaleira, que tem um dispositivo que apitaquando a gua atinge o ponto de ebulio, comea a apitar aps 5 minutos.

Sabendo que o calor especfico da gua 1 calg C

e que a densidade especfica da gua 1000 kgm3

, respondaaos itens a seguir.

a) O fogo forneceu 150000 cal para a gua at a chaleira comear a apitar.Assumindo que todo o calor cedido pelo fogo foi absorvido pela gua, calcule a temperatura inicial da gua.

b) Calcule a taxa de variao da temperatura da gua no tempo

(T

t

).

QUESTO 4 EXPECTATIVA DE RESPOSTA

Contedo programtico: Termodinmica: trabalho e calor, temperatura.

Resposta esperada:

a) Q = m c TA temperatura final da gua quando a chaleira comea a apitar de 100 C.A quantidade de caloria fornecida Q = 150000 cal.A massa de gua na chaleira m = V = 1000 kgm3 0, 002 m

3 = 2 kgQual T0?

Q = 2 kg 1 calg C (100 T0)C

150000 cal = 2000 g 1 calg C (100 T0)C

100 T0 =1500002000

T0 = 100 75 = 25T0 = 25 C

b) Como a massa e o calor especfico no variam, a variao da quantidade de calor no tempo gera a variao datemperatura no tempo, ou seja,Qt

= m c Tt

Desse modo:

Tt

=1

m c Q

tTt

=1

2000 g 1 calg C 150000 cal

5 min

Tt

= 15Cmin

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