ensino secundário - examesfisicaquimica.org

PONTO 21 515 Págs.
ENSINO SECUNDÁRIO
12." Ano de Escolaridade
- via de ensino (1
.O
e 5." cursos)
Cursos de Carácter Geral e Cursos Tecnológicos (Decreto-Lei n . O 286189, de 29 de Agosto)
Duraçiio da prova: l h e 3Omin
2.' FASE
1996
PROVA ESCRITA DE F~SICA
Todos os cálculos devem ser apresentados de modo claro e sucinto.
Note: l0
- as figuras não estão desenhadas a escala;
2'
- o enunciado da prova termina com a palavra FIM.
sin 14,S0= cos 75,S0 = 0,25
cos 14,5O = sin 75,5O = 0,97
cos 53O = sin 37O = 0,6
g = 10 m s-*
sin 53O = cos 37O = 0,8
R = 8,31 J mol-' K-'
1. Considere as seguintes proposições e indique se cada uma delas é verdadeira ou falsa,
justificando.
1.1. Quando um electrão entra num campo eléctrico uniforme, com velocidade V,
perpendicular as linhas de campo, seguira uma trajectória rectilinea, desde que se
despreze a força gravitica.
1.2. Quando, numa partícula material, só actuam forças consewativas, a sua energia
cinética é sempre constante.
1.3. Num pêndulo cónico, a velocidade angular diminui com o aumento da massa do
pêndulo.
1.4. Quando chocam duas esferas, de igual massa, que se comportam como partículas e
que se deslocam sem atrito com velocidades simétricas, a velocidade do centro de
massa do sistema constituído pelas esferas é nula, não se alterando durante o
choque.
V.S.F.F.
2 1511
2. A figura 1 representa uma esfera homogénea de masa 5,O r AO-' kg, que se comporta como uma partícula, e roda no plano horizontal, presa a um fio inextensível e de massa desprezavel de 4,O x 10-' m de comprimento, que suporta uma tensão máxima de
2.0 x 10 N.
Copie a figura para a sua prova. Represente as forças que actuam sobre a
esfera, tendo em atenção a intensidade relativa de cada uma das forças,
usando para ambas a mesma escala.
X
-...
...... ....
Fig. 1
2.2. Determine o ângulo a que o fio faz com a vertical, quando a tensão atinge o seu
valor máximo.
0
2.3. Determine o momento angular da esfera em relação ao ponto 0, quando a
velocidade angular é 1,O x 10 rad s-'.
3. Uma esfera homogénea de massa 2,O
10-' kg encontra-se suspensa na vertical de uma
mola elástica de massa desprezável, produzindo-lhe um alongamento de 1,O x AO-' m.
Posteriormente, a mola é esticada, ficando com um alongamento de 1,4 x 10-' m.
Quando abandonada, a mola passa a executar um movimento harmónico simples, de
período 2,O x 10-' n S.
x
3.1.Escreva a equação da elongação do movimento da esfera, considerando que o iní
da contagem dos tempos coincide com a primeira passagem da esfera pela posiç
de elongação máxima positiva.
7r
3.2.Calcule a aceleração da esfera no instante t = - s, em função do ângulo
30
3.3.Calcule a energia mecânica da esfera.
.
4. Considere a figura 2, onde está representada uma esfera maciça e homogénea, que se
comporta como partícula, feita de um material ae massa volúmica p = 1,O x lo3 kg m-3 .
A esfera encontra-se presa, por um fio inextensível e de massa desprezável, ao fundo de
um recipiente que contém um Iíquido de massa volúmica p = 2,O x lo3 kg m-', onde a
esfera está totalmente mergulhada.
O fio está sujeito a uma tensão de 4,Ox 10 N.
Fig. 2
4.1. Copie a figura para a sua prova e represente as forças que actuam sobre a esfera.
4.2. Determine o volume da esfera.
4.3. Supondo que o fio se parte, calcule a velocidade com que a esfera atinge a
superfície livre do Iíquido.
Na figura 3 estão representados dois recipientes A e B de paredes indeformáveis, ligados
por um tubo, de volume desprezável e munido de uma torneira hermética inicialmente
fechada. O recipiente A contém hidrogénio Mr(H2) = 2 a pressão de 2 x 10' Pa e a uma
determinada temperatura T. O recipiente B contem hélio Ar(He) = 4 a pressão de
1 x 10' Pa e a mesma temperatura T.
Fig. 3
Abrindo-se a torneira, a pressão final da mistura homogénea dos gases do sistema é
1 3 x 10' Pa, mantendo-se a temperatura T constante.
5.1. Determine a razão entre os volumes dos dois recipientes.
(Se não determinou esta razão, considere-a, para a resolução da pergunta seguinte
igual a 1).
5.2. Determine a razão entre a massa de hidrogénio e a massa de hélio inicialmente
contidas nos recipientes A e B.
5.3. Determine a variação da temperatura do sistema para que a pressão duplique.
V.S.F.F.
'
6. Observe a figura 4. Uma esfera E homogénea de massa 4,O x 10 kg, que se comporta
como partícula, está electrizada com uma carga de 0,3 C e encontra-se em repouso no
ponto A sobre uma superficie horizontal, isolante.
Ao ser actuada por uma força
F i,,constante, durante 2,2 x 10 s, percorreu a
distância de 5,O x 10 rn,entre os pontos A e 5,e continua o seu movimento no plano
horizontal, até iniciar a subida do plano inclinado, que faz um ângulo de 53' com a
horizontal.
A esfera, ao atingir o cimo do plano inclinado no ponto C, a uma altura de 3,1 x 10-' m,
passa a comportar-se como projéctil e ao alcançar a altura máxima, h, entra num campo
magnético 8 e mantem nesse campo um movimento uniforme de trajectória rectilínea e
horizontal.
'
c=
'
Fig. 4
Considere a superfície horizontal como nível de energia potencial zero e que a esfera tem
durante todo o seu movimento a mesma carga eléctrica.
Despreze os atritos.
e.
6.1. Calcule o trabalho realizado pela força
I
;d
6.2. Calcule a variação da quantidade de movimento da esfera, entre os pontos 8 e C.
6.3. Calcule a altura, h, medida a partir do plano horizontal, a que a esfera entra no
campo magnético.
6.4. Caracterize o vector campo magnético
8.
FIM
\
8 pontos
8 pontos
8 pontos
8 pontos
2. (32 pcntos)
2.1.
2.2.
2.3.
8 pontos
6 pontos
18 pontos
3. (36 pontos)
3.1.
3.2.
3.3.
17 pontos
10 pontos
9 pontos
4. (30 pontos)
4.1.
4.2.
4.3.
9 pontos
9 pontos
12 pontos
5. (25 pontos)
5.1.
5.2.
5.3.
12 pontos
6 pontos
7 pontos
6. (45 pontas)
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
10 pontos
18 pontos
8 pontos
9 pontos
PONTO 21 5/C/6 Págs.
ENSINO SECUNDÁRIO
12." Ano de Escolaridade
- via de ensino (1
.O
e 5." cursos)
Cursos de Carácter Geral e Cursos Tecnológicos (Decreto-Lei n." 286189, de 29 de Agosto)
Duraqáo da prova: i h e 30min
2.' FASE
1996
A sequência de resolução apresentada para cada questão, nas páginas seguintes, deve ser
interpretada como correspondendo a uma das resoluções possíveis. Deverá ser atribuída a
mesma cotação se, em alternativa, for apresentada outra resolução igualmente correcta.
Se a resolução de uma alínea apresenta erro exclusivamente imputável a resolução de
uma alínea anterior, deverá atribuir-se, à alínea em questão, a cotação integral.
AS cotações parcelares só deverão ser tomadas em consideração, quando a resolução não
estiver totalmente correcta.
A ausência de unidades ou a indicação de unidades incorrectas, relativamente as
grandezas em questão, terá a penalização de um ponto.
Não deverá haver penalização, como é óbvio, caso o aluno indique unidades equivalentes
no Sistema Internacional, as da resolução proposta.
V.S.F.F.
2 15/C/1
1.
(32 pontos)
1.1. ..................................................................................................
F, = O
=,
F, = Fel.....................................
Q <O
3
o electrão move-se para a placa
8 pontos
2 pontos
de maior potencial eléctrico em tragectória
parabólica. ..................................................
4 pontos
Falsa ...........................................................
2 pontos
1.2. .................................................................................................
- O =3 AE, = O ..............................
Fnc,,, 2 pontos
= AEc + AEp ..........................................
2 pontos
AEc = O se e só se AEp = O ........................
2 pontos
Falsa ...........................................................
2 pontos
A€,
Ty = m g
e
T, = F, ...........................
2
8 pontos
2 pontos
Tsine = m o I( sino .....................................
1 ponto
Tcose = m g ................................................
1 ponto
7
2 pontos
Falsa ........................................................
2 pontos
1.4. ..................................................................................................
Pi = ml vi, + m2 vi2 = O ............................... 2 pontos
pr = Pi = 0 ...................................................
2 pontos
~
2 pontos
4
C
= psist= 0 .............................................
M
Verdadeira ..................................................
2.
8 pontos
2 pontos
(32 pontos)
2.1. ................................................................................................
-
Representação de T- ..................................
Representação de F, ..................................
A TRANSPORTAR
8 pontos
4 pontos
4 pontos
.................
40 pontos
TRANSPORTE ................
2.2. .................................................................................................
Tcosa = m g ................................................
2 pontos
Cálculo de a (a = 75,5O ou cosa = 0,25) ...
4 pontos
2.3. ...............................................................................................
.
(. =
-
-
rxp
.....................................................
/ = m rZ ........................................................
2
2
40 pontos
6 pontos
18 pontos
2 pontos
2 pontos
Cálculode/
(/=7,5x10
k g m ) .........
4pontos
Cálculo de B
Cálculo de 3
( B = 7 3 x 10.' J s) ............
(? = 7,5 x 10-' 6, (J s)) .....
4 pontos
4 pontos
3. (36pontos)
3.1. .................................................................................................
y = A sin (w t + w) ....................................... 2 pontos
Cálculo de A
(A = 4,O x 1 0 - ~m) ..............
4 pontos
Calculo de w
(w = 1,O
10 rad s-') ..........
4 pontos
Cálculo de
( w = -)
..............................
4 pontos
ZT
2
y = 4,O x 1 0 - ~sin(1,O
x
7T
x
10 t + -)
2
(SI) .......
3 pontos
3.2. ...............................................................................................
ZT
-2
a = - 4 , 0 s i n ( l O t + -)
(ms )..................
2
Cálculo de a
(a = - 2,O m sT2 ou
5n
a = - 4,O sin - m s-') .................
17 pontos
10 pontos
7 pontos
3 pontos
6
3.3. ...............................................................................................
. E m =1- m A2 w2 ...........................................
2
2
Cálculo de Em (El, = 1,6 x 10 J) ............
A TRANSPORTAR
9 pontos
5 pontos
4 pontos
................
100 pontos
V.S.F.F.
2 1 5/C/3
TRANSPORTE .................
4.
100 pontos
(30 pontos)
4.1. ..................................................................................................
Representação de T- .....................................
Representação de F, ....................................
3 pontos
Representação de 1 .....................................
3 pontos
3 pontos
4.2. ..................................................................................................
- T + F g + / =O ..............................................
3 pontos
I =,,,,,V,
2 pontos
x
pi, x
g .........................................
Cálculo de V (V = 4,O
x
10 m3) .................
9 pontos
9 pontos
4 pontos
L
4.3. ..................................................................................................
F,= F g + I ....................................................
2 pontos
F, = m à ........................ :...............................
Calculo de a (a = 1,O x 10 rn s - ~ .................
)
2 pontos
v = v o + a t .................................................
1 ponto
..............
Iponto
-
2 pontos
Cálculo de t (t = 3,O x 10-' s) .......................
2 pontos
Cálculo de v ( v = 3,O m s-l) .........................
2 pontos
5. (25 pontos)
5.1. ...................................................................................................
2 pontos
p V = n R T ....................................................
~XIO~V,,~
Cálculo de nHz=
..........................
RT
3 pontos
I 1o5vne
3 pontos
Cálculo de ,n, =
4
RT
2
Cálculo de - (e, '
........... ...............
= 1) ...........................
12 pontos
12 pontos
4 pontos
Vne
A TRANSPORTAR .................
142 pontos
\
TRANSPORTE
...............
5.2. ...............................................................................................
"H2
"H2
Cálculo de -
(-
"H.
Calculo de
= 2) ..........................
2 pontos
= 11 ..........................
4 pontos
m ~ 2
m ~ 2
(---
5.3. ...............................................................................................
-Pl- - T, ......................................................... 2 pontos
P2
T*
6.
6 pontos
"ne
-
Tz
T,
Cálculo de -
(-
= 2) ................................
2 pontos
Cálculo de AT
(AT = TI ) .............................
3 pontos
7;
142pontos
7;
7 pontos
(45 pontos)
6.1. ...................................................................................................
1
h =v o t + - a ? .............................................
1 ponto
2
( a = 2 , l x 10 m C2).................
1 ponto
F = m a ...........................................................
1 ponto
Cálculo de F (F = 8,3 N) .............................
Wp = F x Ax x cosa ........................................
1 ponto
Cálculo de a
Calculo de WF (WF= 4,1 J ) ........................
3 pontos
3 pontos
6.2. ....................................................................................
E,= ECg= E c c + E P C....................................
................
= W, ...................................................
Cálculo de E, (E, = 4,1 J ) ...........................
2 pontos
AEc,A-,,
Cálculo de V,
Cálculo de Y ,
1
10 pontos
18 pontos
3 pontos
2 pontos
(17,= 4,5Ü, (m s- )) ..............
i ponto
(V, = 2.3 Üx + 3.0 Üy (m s-'))
5 pontos
AP = m AV ......................................................
2 pontos
Cálculo de AP
(AP=- 9 . 0 x 10-'Cx+ 1.2 Üy (kg m s-')) .......
3 pontos
A TRANSPORTAR ................
183 pontos
V.S.F.F.
2 1S/C/5
TRANSPORTE
...............
6.3. .................................................................................................
v y = V , - g t ....................................................
2 pontos
1
Cálculo de t (t = 3,O x 10 s) .......................
183 pontos
8 pontos
2 pontos
1 ponto
Cálculo de y
(y = 7,7 x 10 1 m) ....................
3 pontos
9 pontos
c,
= 4.0 u, (N) ...............................................
F,=qVxB
...................................................
2 pntos
2 pontos
Cálculo de
6 ( 6 = -5,817, (T)) ....................
3 pontos
TOTAL ................
200 pontos
u