Exemplos de Problemas de Física Resolvidos
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Cálculo do Volume de um Bloco de Gelo
1000V = 917V + 45 → 1000V – 917V = 45 → V = 0,542 m3
Cálculo da Pressão Hidrostática
ΔP = ρgh → ΔP = 1000 kg/m3 × 9,8 m/s2 × 0,04 m = 392 Pa
Cálculo do Volume e Peso de uma Âncora
E = ρ_líquido × V_âncora × g → 200 = 1024 × V_âncora × 9,8 → V_âncora = 1,99 × 10-2 m3
P_âncora = m × g = ρ_âncora × V_âncora × g → P_âncora = 7870 × 1,99 × 10-2 × 9,8 → P_âncora = 1534,8 N
Cálculo da Força a Partir da Pressão
F = P × A → F = 1,33 × 104 × 3 × 10-4 = 3,99 N → F ≈ 4 N
Cálculo da Altura de uma Coluna de Álcool
h_álcool = P / (ρ × g) → h_álcool = 1,06 × 104 Pa / (920 kg/m3 × 9,8 m/s2) → h_álcool = 1,18 m
Conversão e Ordenação de Temperaturas
Para as temperaturas 20 K, 20°F e 20°C:
- TC = (TF – 32) / 1,8 = (20 – 32) / 1,8 = -6,67°C
- TC = TK – 273 = 20 – 273 = -253°C
Ordem crescente: 20 K (-253°C), 20°F (-6,67°C), 20°C.
Cálculo do Calor Absorvido pelo Ferro
ΔQFe = m × c × ΔT → ΔQFe = 0,30 kg × 470 J/kg.K × (210 – 20) K → ΔQFe = 2,68 × 104 J = 6,4 kcal
Cálculo do Calor Total Absorvido
ΔQ = ΔQAl + ΔQFe = 2,80 × 105 J + 2,68 × 104 J → ΔQ = 3,068 × 105 J = 73,3 kcal
Cálculo da Massa de Gelo Derretido
Q = m × L → 250 × 103 J = m × 334 × 103 J/kg → m = 0,75 kg
Cálculo da Pressão Final de um Gás
P1V1 = P2V2 → 3,4 atm × 0,11 m3 = P2 × 0,39 m3 → P2 = 0,96 atm = 9,696 × 104 Pa
Trabalho e Energia Interna de um Gás
A) Trabalho total: W_total = W1 + W2 = 0 + 5 × 105 (0,12 – 0,20) = –4,0 × 104 J
B) Variação da energia interna: ΔU = 800 J + (–1200 J) – (–4,0 × 104 J) = 800 J – 1200 J + 4,0 × 104 J = 3,96 × 104 J
Análise de uma Máquina Térmica
A) Calor rejeitado: QF = QQ × (TF / TQ) = 45 × 103 J × (300 / 520) = 2,596 × 104 J
B) Trabalho realizado: W = |QQ| - |QF| = 45 × 103 J - 2,596 × 104 J = 1,904 × 104 J
C) Eficiência: e = W / QQ = 1,904 × 104 J / (45 × 103 J) = 0,4231 = 42,31%
Análise de um Processo Termodinâmico
A) Volume final: PAVA = PBVB → 2 atm × 1 L = 1 atm × VB → VB = 2 L
B) Calor trocado: ΔU = Q – W → 0 = Q – 140 J → Q = 140 J
C) Temperatura final: PV = nRT → 2 atm × 1 L = 1 × 0,082 (atm.L/mol.K) × T → T = 24,39 K
Análise do Funcionamento de uma Geladeira
A) Calor removido: Q = m × c × ΔT = 1,8 kg × 4190 J/kg.K × (-25°C) = -1,89 × 105 J
B) Calor liberado: |QQ| = |QF| + |W| = 1,89 × 105 J + 7,88 × 104 J = 2,68 × 105 J
Cálculo da Constante Elástica e Força
A) Constante elástica: k = m × ω2 = 0,12 × (31,4)2 = 118,3 N/m
B) Força máxima: |F| = |kx| = 118,3 N/m × 0,085 m = 10,06 N
Frequência de um Oscilador Massa-Mola
ω = √(k/m) = √(40/2) = 4,47 rad/s
ω = 2πf → 4,47 = 2πf → f = 4,47 / (2 × 3,14) = 0,71 Hz
Comprimento de um Relógio de Pêndulo
L = (T2 × g) / (2π)2 = (0,52 × 9,8) / (2 × 3,14)2 = 6,2 × 10-2 m = 6,2 cm
Cálculo de Frequência e Velocidade Angular
f = 1/T = 1/60 s = 1,67 × 10-2 Hz
ω = 2πf = 0,105 rad/s
Cálculo da Aceleração Máxima em MHS
ω = 2πf = 2 × 3,14 rad/s × 6,6 Hz = 41,45 rad/s
a_max = ω2 × A = (41,45)2 × 0,022 = 37,8 m/s2