UFPR 2016 Física - Questões

Um fazendeiro pretende aproveitar a existência de uma queda d’água em sua propriedade para gerar energia elétrica. Ele desenvolveu um sistema em que um gerador foi instalado na base dessa queda d’água, cuja altura é igual a 45 metros e cuja vazão é de 1000 litros por segundo. Considere a hipótese simplificadora em que a velocidade da água no início da queda é nula, que são desprezíveis todas as formas de perda de energia, que a aceleração gravitacional é $10\ \text{m/s}^2$ e que a densidade da água é $1\ \text{g/cm}^3$. Com base nesse enunciado, determine:

1. a) A potência do gerador, expressa em watts, se ele aproveitar toda a energia da queda d’água.

2. b) A energia total disponível após 2 horas de funcionamento do sistema, em $kWh$.

Em uma tubulação com diâmetro interno de $2,0\ \text{cm}$, está fluindo água, com velocidade constante e igual a $0,8\ \text{m/s}$. Em determinada região, o tubo sofre um estreitamento, de maneira que o seu diâmetro passa a ser de $1,0\ \text{cm}$. Após ter passado pelo estreitamento, a água é derramada em um recipiente.

1. a) Qual é a velocidade da água no tubo com $1,0\ \text{cm}$ de diâmetro?
   

2. b) Qual é a vazão no tubo com $1,0\ \text{cm}$ de diâmetro, em $\text{m/s}$?
   

3. c) Se é necessário 1 minuto para que o recipiente fique completamente cheio, qual é o volume desse recipiente?
   

Um ferreiro aquece uma ferradura de ferro (calor sensível igual a $0,12\ \text{cal/g}\cdot ^\circ\text{C})$ com massa de $0,2\ \text{kg}$ e, em seguida, a resfria num recipiente com 1 litro de água (densidade da água igual a $1\ \text{g/cm}^3$), inicialmente com temperatura igual a $30\ ^\circ\text{C}$. Após a ferradura entrar em equilíbrio térmico com a água, verifica-se que o conjunto atinge $36\ ^\circ\text{C}$. Desprezando- se as perdas de calor, qual era a temperatura da ferradura imediatamente antes de o ferreiro a colocar na água?

Um modo tecnologicamente interessante de produzir corrente elétrica envolve o uso do efeito fotoelétrico. Ao expor um dado material, normalmente metálico, à radiação eletromagnética, é possível arrancar alguns de seus elétrons, por meio da absorção de fótons dessa radiação. Esses fotoelétrons podem ser coletados e podem gerar, então, uma corrente fotoelétrica. Considere que um determinado material, cuja função trabalho vale $8,25\ \text{eV},$ é exposto a uma radiação eletromagnética. Sabendo que:

$$W_0=h\cdot f-E_c$$

E que a constante de Planck é $6,6\cdot {10}^{-34}\ J\cdot s$, determine a frequência mínima da radiação incidente necessária para produzir efeito fotoelétrico.

Um sistema amplamente utilizado para determinar a velocidade de veículos - muitas vezes, chamado erroneamente de “radar” - possui dois sensores constituídos por laços de fios condutores embutidos no asfalto. Cada um dos laços corresponde a uma bobina. Quando o veículo passa pelo primeiro laço, a indutância da bobina é alterada e é detectada a passagem do veículo por essa bobina. Nesse momento, é acionada a contagem de tempo, que é interrompida quando da passagem do veículo pela segunda bobina.

Com base nesse sistema, considere a seguinte situação: em uma determinada via, cuja velocidade limite é $60\ \text{km/h}$, a distância entre as bobinas é de $3,0\ \text{m}$. Ao passar um veículo por esse “radar”, foi registrado um intervalo de tempo de passagem entre as duas bobinas de $200\ \text{m/s}$. Assinale a alternativa que apresenta a velocidade determinada pelo sistema quando da passagem do veículo.