Vest 2005

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FÍSICA - Grupos H e I - GABARITO
1a QUESTÃO: (2,0 pontos)

Avaliador

Revisor

Um sistema básico de aquecimento de água por energia solar está esquematizado na figura abaixo.
A água flui do reservatório térmico para as tubulações de cobre existentes no interior das placas coletoras e,
após captar a energia solar, volta ao reservatório pelo outro trecho do encanamento. A caixa de águafria
alimenta o reservatório, mantendo-o sempre cheio.

CAIXA D’ÁGUA

RESERVATÓRIO TÉRMICO

TUBULAÇÃO
DE COBRE
PLACAS
COLETORES

Suponha que em um determinado instante o reservatório tenha em seu interior 200 litros de água,
em equilíbrio térmico.
Dados:




massa específica da água ρ = 1,0 kg / litro
calor específico da água c = 1,0 cal /g 0C
1,0 cal = 4,2 J

a)Determine a quantidade de calor absorvida por esse volume de água para que sua temperatura aumente
20o C, supondo que não haja renovação da água do reservatório.

b) Estime o tempo necessário para este aquecimento, em horas. Para isto, considere que a potência
solar incidente nas placas coletoras seja de 4,2 kW e que, devido a perdas, apenas 40% dessa
potência seja utilizada no aquecimento da água.Cálculos e resposta:
5

a) mágua = ρ x V = 1,0 kg/L x 200 L = 200 kg = 200 x 103 g = 2,0 x 10 g
Q = mágua c ∆T = 2,0 x 105 g x 1,0 cal/goC x 20 oC = 4,0 x 106 cal

3
2
b) Potência útil = 40% x 4,2 kW = 40 x 4,2 x 10 W = 4,2 x 4,0 x 10 W
100
Q
Q
⇒ ∆t =
P=
P
∆t

Q = 4,0 x 106 cal x 4,2 J/cal = 4,2 x 4,0 x 106 J
6

∆t =

4,2 x 4,0 x 10 J
2

= 1,0 x 104 s

4, 2 x 4,0 x10 W3

FÍSICA - Grupos H e I - GABARITO
Cálculos e respostas:
1 h = 3,6 x 103 s
4

⇒ ∆t =

1,0 x 10 s
3

3,6 x10 s/h

=

10
= 2,77h (ou 2,8 h ou 2,7 h)
3,6

4

FÍSICA - Grupos H e I - GABARITO
2a QUESTÃO: (2,0 pontos)

Avaliador

Revisor

Um cilindro metálico com 4,0 kg de massa é suspenso por uma mola, ocorrendo

Figura I

o equilíbrio quando esta se alonga 8,0cm, como ilustra a figura I.
O cilindro agora é mergulhado em um recipiente com água, ocorrendo uma nova
situação de equilíbrio, como ilustra a figura II.
Dados:




massa específica da água ρH2O = 1,0 kg / litro
aceleração da gravidade g = 10 m/s2
massa específica do material do cilindro ρcilindro = 8,0 kg/ litro

Figura II

a) Represente, na figura que se encontra no espaçoreservado para respostas, todas
as forças que agem sobre o cilindro e escreva o nome do agente causador
de cada uma delas.

70 cm

b) Calcule a distensão da mola nessa nova situação de equilíbrio, mostrada na
figura II.
c) Em um certo instante, o cilindro se desprende da mola e cai, a partir da situação de equilíbrio da figura II.
Despreze a viscosidade da água e determine o tempo que a base docilindro leva para percorrer os 70 cm
que a separam do fundo do recipiente.
Cálculos e respostas:
a)
T

T: Força elástica, causada pela (distensão da) mola
E: Empuxo, causado pela (pressão da) água
P: Peso, causado pela (atração gravitacional da) Terra

E

P

b) situação I : kdI = mg
situação II : kdII = mg - ρH
kdII
kdI
ρ=
cil

=

(m-ρH2O V)g

m
V

(

mg


⇒2O

Vg

m-ρH2O V
dII
=
dI
m

m=ρ V
cil

)

ρcil - ρH2O V
ρcil - ρH2O 8,0 kg/L −1,0 kg/L
dII
=
=
=
= 7, 0 / 8, 0
ρcilV
ρcil
dI
8,0 kg/L
7,0

7,0

dII = 8,0 x dI = 8,0 x 8,0 = 7,0 cm

5

FÍSICA - Grupos H e I - GABARITO
Cálculos e respostas:
c) Fresultante = mg -ρH

(m − ρH O
2



a = g 1 −



d=
=

1
2

m

ρ cil

Vg

)g = mg(1 −

ρH O2

ρ cil

) = ma

ρH O 
2
ρ cil

35
 1,0  7
2
 = 10x  1 −
 = x 10 = m/s
8,0  8
4



=
at ⇒ t =
2

2O

2d
a

=
=

2 x 70 x 10
35 / 4

−2

=
=

8 x 70 x 10
35

t = 0, 40 s

6

−2

= 16 x 10
=

−2

−1

=
= 4,0 x 10 s

= 0,40 s

FÍSICA - Grupos H e I - GABARITO
3a QUESTÃO: (2,0 pontos)

Avaliador

Revisor

Um objeto...
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