UFRGS - 2020 - Questão 18

A figura representa um ímã suspenso verticalmente ao longo do eixo de uma bobina ligada a um galvanômetro.

 A deflexão do ponteiro do galvanômetro para direita/esquerda indica que a corrente elétrica fluindo na espira, vista desde o ponto de suspensão do ímã, tem sentido horário/anti-horário. Em t = O, o ímã é liberado e cai. Considere três instantes de queda, (1), (2) e (3), mostrados abaixo. 

Escolha a alternativa que indica, aproximadamente, a posição do ponteiro do galvanômetro nos instantes mostrados acima.

Resolução:

Segundo a lei de Faraday - Lenz, só há corrente elétrica na espira quando há a variação do fluxo do campo de indução magnética nesta espira.
Esta variação só ocorre enquanto o imã se aproxima ou se afasta da espira, ou seja, enquanto o imã atravessa a espira, o fluxo não varia e portanto não há corrente elétrica induzida.
Assim determinamos que para o instante (2) o ponteiro não é defletido para nenhum lado.
 
No instante (1) da figura o fluxo está aumentando e a espira tende a provocar redução no fluxo, assim, ela cria um polo magnético oposto ao que polo do imã que se aproxima. 

Como o imã se aproxima com o polo magnético norte dirigido para a espira, a espira cria um polo magnético norte dirigido para o imã. Assim, utilizando a regra da mão direita aplicada a espira, ou seja, a corrente é representada pelas pontas dos dedos, enquanto os dedos fazem um movimento circular, o campo de indução magnética aponta para a direção da ponta do polegar.
O norte gerado pela espira está dirigido para cima, o que significa que visto de cima o sentido da corrente é anti-horário e portanto o ponteiro é defletido para a esquerda, levando em conta o texto.

No instante (3) da figura o imã se afasta da espira com o polo sul dirigido para a espira, diminuindo o fluxo do campo de indução magnética. Neste caso a espira provocará um campo que evite a redução no fluxo, o que significa que criará na parte de baixo da espira um polo magnético norte, ou seja, na parte de cima da espira criará um polo magnético sul.
Novamente utilizando a regra da mão direita aplicada à espira, o dedo apontando para  lado da espira na parte de cima, o sentido da corrente criada é horário e o ponteiro deflete para a direita do galvanômetro.

Resumindo:

No instante (1) o polo norte do imã que se aproxima faz a espira criar o polo norte e para isso uma corrente no sentido anti-horário que deflete o galvanômetro para a esquerda.
No instante (2) não há variação do fluxo e por isso não há corrente induzida nem deflexão no galvanômetro.
No instante (3) ocorre o oposto do instante (1), por isso a corrente induzida é horária (vista pelo lado de cima da espira) e o galvanômetro deflete para a direita.

Resposta:

Item (A)

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UFRGS - 2020 - Questão 17

17. Em dada região do espaço, existem campos elétrico (E) e magnético (B), orientados perpendicularmente entre si. A figura abaixo representa a situação. 

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. 

Para que uma carga positiva movendo-se paralelamente ao eixo z atravesse essa região sem sofrer desvio em sua trajetória, o módulo de sua velocidade deve ser igual a ........ e o sentido do seu movimento deve ser ........ .

 (A) |B|/|E|; +z 

(B) |E|x|B|; +z 

(C) |E|/|B|; +z 

(D) |B|x|E|; -z
(E) |E|/|B|; -z

 Resolução:

Uma partícula carregada em uma região onda há campo elétrico ou campo magnético, está submetido a uma foça força gerada por cada uma das interações. Para que a partícula possa manter um sentido de movimento as forças devem obedecer a segunda lei de Newton e se anularem mutuamente.
Assim, como temos uma interação elétrica e uma interação magnética, as forças são dadas pelas seguintes equações

Igualando o módulo das forças elétricas e magnéticas

Assim, o módulo da velocidade é dado pela razão entre os campos elétricos e magnéticos.

Para saber a direção e o sentido, devemos levar em conta o caráter vetorial de cada grandeza física.
Uma carga positiva, ao entrar na região de um campo elétrico sofre a ação da força na mesma direção e sentido do campo, como está representado na figura abaixo 

Para que as forças se anulem mutuamente, a força magnética deve ter mesma direção e sentido oposto ao da força elétrica.

Como a figura inicial do problema indica  o campo magnético que age sobre a partícula está dirigido para cima do plano da página, ou seja, na direção +y, e como vimos anteriormente, a força magnética está dirigida para -x. 

Para determinar a direção e o sentido da velocidade da partícula, utiliza-se a regra do tapa, ou da mão espalmada, onde a força é representada por uma seta saindo da palma da mão (quando a carga é positiva), o campo magnético é representado por uma seta saindo da ponta dos dedos e a velocidade da partícula pela seta que sai da ponta do polegar com a mão espalmada, sendo assim as três grandezas físicas perpendiculares entre si, conforme a figura  a seguir

Associando esta figura com as direções obtidas para o campo magnético e a força magnética do problema como vemos abaixo

Vemos que a velocidade da partícula aponta para fora da página na direção positiva de z.

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Resposta:

Item (C) |E|/|B|; +z

Questão 16 - UFRGS - 2020

No circuito da figura abaixo, todas as fontes de tensão são ideais e de 10 V, e todos os resistores são de 4Ω .  

Quando a chave C for fechada, a potência, em W, dissipada no resistor R, será de

(A) 1. 

(B) 2. 

(C) 3. 

(D) 4. 

(E) 5.

Resolução:

Inicialmente queremos que determinar a potência dissipada no resistor R, como ele está em série com o restante do circuito, devemos encontrar a corrente elétrica que passa por ele e utilizar a relação entre estas três grandezas físicas (potência, resistência e corrente elétrica).

Vamos dar nomes aos componentes do circuito:

Considerando o circuito como uma associação mista de resistores e em série de baterias. Observando o arranjo paralelo à direita do circuito, podemos determinar a resistência equivalente R_A do ramo em paralelo, lembrando que o valor de cada resistor é o mesmo em todo o circuito

Utilizando agora o fato que a soma de cada tensão e força eletromotriz do circuito deve dar zero, podemos determinar a corrente

Observe que as baterias 1 e 3 estão com os polos no mesmo sentido, enquanto a bateria 2 está com a polarização invertida, utilizamos aqui o sentido convencional da corrente, do positivo para o negativo.

Agora, utilizando a corrente encontrada  podemos finalmente determinar a potência dissipada no resistor R:

Resposta: 

Item (D)

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UFRGS - 2020 - Questão 15

Duas cargas negativas e uma carga positiva, as três de mesmo módulo, estão arranjadas, em posições fixas, de três maneiras distintas, conforme representa a figura abaixo.

Assinale a alternativa que ordena corretamente os valores da energia potencial eletrostática armazenada U. 

(A) U(1) > U(2) = U(3) 

(B) U(l) > U(2) > U(3)

(C) U(1) = U(2) = U(3) 

(D) U(1) < U(2) < U(3) 

(E) U(1) < U(2) = U(3)

Resolução:

A energia potencial elétrica gerada entre duas cargas é dada pela equação obtida a seguir:

Em um sistema de cargas a energia potencial eletrostática total é a soma escalar das energias geradas por cada par de carga.

Assim, na situação 1, para cada par, temos 

A energia potencial eletrostática deste arranjo de cargas elétricas

Identicamente para cada um dos arranjos de cargas, temos:

Assim, comparando os valores da energia eletrostática para cada arranjo de cargas elétricas é

Resposta:

Item (B)

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Questão 14 - UFRGS - 2020

Uma máquina de Carnot apresenta um rendimento de 40%, e a temperatura de sua fonte quente é 500 K. A máquina opera a uma potência de 4,2 kW e efetua 10 ciclos por segundo. Qual é a temperatura de sua fonte fria e o trabalho que a máquina realiza em cada ciclo? 

(A) 200 K - 42 J. 

(B) 200 K - 420 J.

(C) 200 K - 42.000 J.

(D) 300 K - 42 J. 

(E) 300 K - 420 J

Resolução:

Primeiramente retirando do texto as informações e as solicitações da questão temos:

E as solicitações desta questão são: o trabalho, ou seja, a energia utilizada pela máquina em cada ciclo e a temperatura da fonte fria que retira a energia do sistema.

Inicialmente temos o seguinte:

Como é fornecida a potência da máquina, a potência é definida por

razão entre trabalho e tempo.

A Potência é em watt determinada por 

Watt é em Joule por segundo, assim

A potencia fornecida pela máquina é o trabalho nos dez ciclo, logo, para cada ciclo o trabalho é realizado em Joules

A cada ciclo o trabalho é de 420 Joules.

R1: 420J por ciclo.

Para determinar a temperatura da fonte fria partimos do rendimento das máquinas térmicas, assim

Como vemos, o rendimento da máquina térmica depende da razão entre as temperaturas da fonte fria e da fonte quente, respectivamente.

R2: Temperatura da fonte fria: 300K

Resposta:

(E) 300K - 420 J

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UFRGS - 2020 - Questão 13

Uma amostra de gás ideal monoatômico encontra-se em um estado inicial 1. O gás sofre três transformações sucessivas até completar um ciclo: passa do estado 1 para o estado 2 através de uma compressão adiabática; depois, passa do estado 2 para o estado 3 através de uma transformação isocórica; e, finalmente, retorna ao estado inicial 1, sofrendo uma expansão isotérmica. 

Qual dos diagramas volume (V) x temperatura absoluta (T) abaixo melhor representa esse ciclo?

Analisando as três transformações separadamente
1-2: Compressão Adiabática - redução do volume sem entrada de calor, então a linha é uma curva decrescente com a concavidade para cima;

2-3:Transformação isocórica - nesta transformação o volume não varia, de 2 para 3 a linha é uma reta horizontal

3-1: Expansão isotérmica - aumento do volume, logo, é uma curva crescente vertical.

Assim, a curva que descreve estas transformações é o gráfico do item (C).

Resposta:

Item (C)

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UFRGS - 2020 - Questão 12

12. No início do mês de julho de 2019, foram registradas temperaturas muito baixas em várias cidades do país. Em Esmeralda, no Rio Grande do Sul, a temperatura atingiu -2 ºC e pingentes de água congelada formaram-se em alguns lugares na cidade. O calor específico do gelo é 2,1 kJ/(kg ºC), e o calor latente de fusão da água é igual a 330 k.J/kg. Sabendo que o calor específico da água é o dobro do calor específico do gelo, calcule a quantidade de calor por unidade de massa necessária para que o gelo a -2 ºC se transforme em água a 10 ºC. · 

(A) 355,2 k.J/kg 

(B) 367,8 k.J/kg 

(C) 376,2 k.J/kg 

(D) 380,4 k.J/kg 

(E) 384,6 k.J/kg

Resolução:

Inicialmente é necessário determinar a quantidade de energia através do processo chamado calor que o pingente de gele recebe e como utiliza esta energia.

Como o gelo está inicialmente a temperatura -2°C:
Estado sólido:
Temperatura segue de -2°C a 0°C - Calor é chamado de calor sensível para o gelo.
Em 0°C muda de estado físico. - Calor latente para mudança de estado sólido para o líquido.
Daí a temperatura sobe de 0° até 10°C. - Calor sensível para o aumento de temperatura no estado líquido.

Assim:

O calor sensível e o calor latente são determinados pelas seguintes equações:

Para o problema temos, em termo de uma massa não específica:

Assim, quantidade total de energia para cada quilograma de água:

Resposta:

Item (C)

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