Três mols de um certo gás ideal, cujo calor molar a pressão constante vale , está no interior do cilindro da figura abaixo. O gás recebe calor de uma fonte térmica (não indicada na figura) de tal maneira que a sua temperatura aumenta de . Ao absorver calor verifica-se que o pistão, adiabático e de massa desprezível, se eleva de metros. Sobre o pistão temos o bloco de massa .
a) Calcule a variação da energia interna (em joules) do gás.
b) No final da expansão do gás, o bloco em repouso sobre a superfície horizontal , de atrito desprezível, é atingido pelo bloco de massa e velocidade igual a . Calcule a velocidade de recuo do bloco , sabendo-se que o coeficiente de restituição vale .
c) Após a colisão, o bloco entra em movimento e desce a rampa , perdendo de energia devido ao atrito entre as superfícies em contato. Em seguida, com velocidade constante, percorre o trecho horizontal e, no ponto , colide com a mola de constante elástica e a ela acopla-se executando um M.H.S. Calcule a amplitude e a frequência do M.H.S.
d) Um fio de comprimento e de massa igual a , está preso na extremidade da mola e também ao teto. Suponha que o conjunto mola + fio + bloco , em M.H.S, não sofra deslocamento vertical devido à rigidez da mola. Sabendo-se que a onda estacionária no fio segue o padrão da figura abaixo, calcule o módulo da tração (em newtons) no fio.