quarta-feira, 1 de maio de 2013

Voando com os pássaros

Julio Cezar Ribeiro de Souza, pioneirismo esquecido. Pesquisador paraense que se inspirou em aves para desenvolver dirigibilidade aérea sofreu plágio e foi esquecido pela História



Em 1880 as tentativas do homem em conquistar o ar dividiam-se em duas grandes correntes: a aviação e o balonismo. A aviação não tinha êxito devido principalmente à falta de motores potentes o suficiente para que os primeiros modelos alçassem vôo. Já no balonismo, a ascensão não era impedimento. A dificuldade estava na dirigibilidade. Cerca de 170 anos após o brasileiro Bartolomeu Lourenço de Gusmão ter realizado a primeira ascensão de um balão com ar quente, outro brasileiro deu aos aeróstatos a sonhada dirigibilidade. O cientista paraense Julio Cezar Ribeiro de Souza uniu características do balonismo e da aviação e assim criou um sistema de navegação aérea original, baseado no vôo dos pássaros planadores, preconizando a estrutura fusiforme dissimétrica dos balões. Essa forma se expressa num formato mais volumoso da proa e afilado da popa. Este desenho viria a ser o dos consagrados zepelins que cruzaram o Atlântico e deram a volta ao mundo na primeira metade do século 20.


Julio Cezar Ribeiro de Souza nasceu na Vila de São José do Acará, no atual estado do Pará, em 13 de junho de 1843, e ficou órfão de pai ainda criança. Em Belém do Pará fez estudos primário e secundário antes de transferir-se para o Rio de Janeiro, então capital do Império e aí completou o curso preparatório da Escola Militar. Em 1866 seguiu para Montevidéu, onde se integrou às forças militares brasileiras na Guerra do Paraguai. Foi durante a guerra, em 1867, que houve o primeiro uso militar de balões de observação na América do Sul. Em 1868, quando ocupava o posto de segundo-cadete do 3o Batalhão de Artilharia a pé, teve seu pedido de escusa do serviço militar recusado pelo comando militar brasileiro. Em seguida, foi deslocado para o Paraguai, de onde retornou ao final de 1869. 

A partir de 1870 ele se ocupa do jornalismo e magistério, além de cargos como funcionário público. Apesar de seu talento como jornalista e poeta e para línguas, foi sem dúvida a navegação aérea a maior das contribuições de Julio Cezar Ribeiro de Souza. Segundo seus relatos, datam de 1874 os primeiros estudos sistemáticos do vôo dos pássaros em busca de uma teoria para viabilizar a navegação aérea. Mas foi só em 1880 que saíram publicados os resultados dessas pesquisas. Em 29 de julho desse ano escreveu uma carta ao presidente da Província do Pará revelando ter encontrado o ponto de apoio dos corpos mais leves que o ar e solicitando uma audiência reservada para, na sua presença e na dos homens da ciência da Província, expor sua teoria. Ainda nesta carta registrou que, caso ficasse reconhecido o mérito de sua descoberta, esperava que fossem solicitados ao governo do Império os meios para que se pudesse mandar construir na Europa um balão segundo seu modelo e que lhe fossem garantidos os privilégios da invenção.

Com a audiência, as opiniões se dividiram, o que o levou a fazer, ainda em Belém, demonstrações públicas com protótipos de balões para comprovar suas teorias. Julio Cezar Ribeiro de Souza já havia utilizado balões pequenos, com até 2 metros de comprimento. Para a demonstração constrói um balão de 6 metros de comprimento e 2 metros de maior diâmetro, experimentando-o na presença de poucas pessoas, no dia 30 de agosto de 1880. Em seguida preparou um balão ainda maior, com papel coberto de gelatina, que deveria ser preenchido com hidrogênio, produzido no gasômetro da cidade. A experiência não ocorreu no dia marcado porque não foi possível a produção do gás. O inventor paraense logo se convenceu de que, mesmo que conseguisse produzir o hidrogênio, o material de que dispunha para fabricar balões era inadequado.

Julio Cezar Ribeiro de Souza
Em nota publicada em jornal local, esclarece à população a impossibilidade de realizar uma experiência definitiva de seu invento no Pará, anunciando que deveria brevemente embarcar para a capital do Império. No Rio de Janeiro, dirige um ofício ao Instituto Politécnico Brasileiro, pedindo uma sessão pública para expor sua teoria, o que ocorre em 15 de março de 1881, quando é feita a leitura de sua Memória sobre a Navegação Aérea, documento que se encontra atualmente no Arquivo Nacional. A comissão designada para analisar seu trabalho emite parecer favorável, que passa a ser discutido nas reuniões do Instituto. A Assembléia Provincial do Pará aprova a concessão de uma subvenção no valor de 20 contos de réis para a construção de um balão de acordo com seu sistema, condicionada à aprovação do parecer da comissão, o que ocorre em seguida, juntamente com a concessão da patente brasileira de seu sistema de navegação aérea, aplicável à navegação submarina.

Julio Cezar Ribeiro de Souza viaja para França em setembro de 1881 para providenciar a construção de seu balão. Em Paris contrata os serviços da Casa Lachambre para este fim e procura patentear sua invenção em algumas das principais capitais européias. A patente francesa foi a primeira a ser obtida, em 25 de outubro daquele ano. Dois dias depois faz a leitura de uma versão em francês de sua Memória sobre a Navegação Aérea diante da Sociedade Francesa de Navegação Aérea (SFNA).


Pronto o balão Victoria, em homenagem a sua esposa, com dez metros de comprimento e dois metros de maior diâmetro, realiza experiências em Paris nos dias 8 e 12 de novembro, obtendo êxito, conforme noticiado pela imprensa parisiense. No primeiro dia dessas experiências, Julio Cezar foi recebido como membro associado da SFNA. Em seguida, retorna a Belém, deixando encomendada na Casa Lachambre a construção de um grande dirigível, capaz de realizar vôos tripulados. Curiosamente, Alberto Santos Dumont, cerca de 16 anos mais tarde, contrataria os serviços dessa mesma Casa para a construção dos seus primeiros balões.

De volta ao Pará, Julio Cezar repete, na manhã do Natal de 1881, as experiências realizadas na França, cujo êxito é noticiado com entusiasmo pela imprensa local. No início de 1882 viaja para o Rio de Janeiro onde também faz demonstração pública no dia 29 de março, na Escola Militar, de que tinha sido aluno, em presença do imperador Dom Pedro II e de grande número de pessoas.
Pelo fato de o Victoria ser um balão de testes, sem capacidade para deslocar o peso de um homem, devia ser conduzido do solo, por meio de manobras que consistiam em largar as extensas cordas que o prendiam, a fim de que se percebesse que não era levado pelo vento como um balão comum, mas, ao contrário, navegava na direção de sua proa, mesmo que oposta à corrente de ar. As pessoas que assistiram à experiência, provavelmente por não entenderem que pouco além disso poderia ser feito com um balão com aquelas dimensões, ou por não terem sido devidamente alertadas para o tipo de experimento que seria realizado, ficaram desapontadas.

Muitas pessoas presentes à experiência no Rio de Janeiro não entendiam que, antes de construir um balão dirigível de grandes dimensões, demandando enorme quantidade de recursos, era necessária a realização de experiências com um protótipo de dimensões reduzidas. O objetivo de Julio Cezar, plenamente alcançado na França, segundo atestaram especialistas na área, não foi compreendido pelas pessoas que assistiram à demonstração na Escola Militar. E isso dificultou a obtenção dos recursos para a conclusão do dirigível encomendado em Paris.

A experiência no Rio deflagrou um intenso debate sobre as idéias de Julio Cezar, tanto no Instituto Politécnico como na imprensa carioca, o que se estendeu por alguns meses até a aprovação por unanimidade no Instituto de uma moção em favor da viabilidade teórica do processo, em 23 de junho de 1882. Obtida a autorização, o inventor retorna a Paris em dezembro desse ano e contrata definitivamente os serviços da Casa Lachambre para a construção do seu grande balão. Pressionado pelos custos de estada em Paris, volta a Belém para aguardar a conclusão do dirigível. Após o recebimento de um telegrama do construtor, retorna à França, mas sem recursos para encher o balão com hidrogênio e consciente das dificuldades em fazer a experiência no Brasil, devido à falta de pessoal capacitado, solicita à prefeitura de Paris permissão para realizar uma exposição paga de seu balão, o que lhe é negado. Aparentemente sem alternativa, retorna com o balão e seus acessórios para Belém. 

Em julho de 1883, na capital paraense, Julio Cezar Ribeiro de Souza tenta obter 16 contos de réis para a produção dos quase três milhões de litros de hidrogênio necessários ao enchimento do balão. Com esse objetivo, recebe autorização do bispo do Pará para expor seu dirigível no interior da catedral de Belém, e realiza conferências no Teatro da Paz. Os recursos só são obtidos quase um ano depois de seu retorno, fornecidos pela província do Amazonas, e a tentativa de ascensão do balão, que foi denominado Santa Maria de Belém, com 52 metros de comprimento e 10,4 metros de maior diâmetro, foi marcada para a manhã do dia 12 de julho de 1884, em Belém. A exemplo do que ocorrera na primeira exposição pública, em 4 de outubro de 1880, dificuldades relacionadas à produção de hidrogênio impediram a ascensão do balão. A explicação para isso foram perfurações nas mangueiras de condução do gás por derramamento acidental de ácido e por danificação de uma das baterias auxiliares.

Em seguida Julio Cezar recebe a notícia de que, em 9 de agosto de 1884, os capitães franceses Charles Renard e Arthur C. Krebs, no dirigível militar La France, com aproximadamente as mesmas medidas (52,4 metros de comprimento e 8,4 metros de maior diâmetro) que o Santa Maria de Belém, haviam realizado pela primeira vez na história um percurso fechado a bordo de um balão, retornando ao ponto de partida após percorrerem aproximadamente 7.600 metros durante 23 minutos. O La France possuía a estrutura fusiforme dissimétrica preconizada por Julio Cezar, sem que seus projetistas tivessem feito qualquer referência às teorias do inventor brasileiro, apesar de estas terem sido patenteadas na França quase três anos antes daquela data.

Esse acontecimento faz com que Julio Cezar Ribeiro de Souza escreva um longo protesto intitulado A Direção dos Balões, publicado na imprensa paraense, em português e posteriormente em francês, e encaminhe ao Instituto Politécnico Brasileiro um requerimento solicitando a prioridade do sistema de balões fusiformes dissimétricos, cujo parecer favorável é aprovado pelo Instituto em 2 setembro de 1885. Após esta aprovação, a Assembléia Provincial do Pará concede um novo auxílio no valor de 25 contos de réis a Julio Cezar. Ele retorna à Europa disposto a provar a primazia de seu invento. Após uma breve passagem por Londres, chega a Paris no início de maio de 1886, propondo-se debater publicamente o assunto com Renard e Krebs. Uma vez que os capitães franceses não aceitam o debate, Julio Cezar, de posse de um novo balão de testes do seu sistema, denominado Cruzeiro, realiza experiências em 11 e 16 de junho daquele ano, na presença da representação brasileira em Paris, após o que retorna a Belém.


O Plágio dos Militares Franceses

No Pará, dedicou-se a escrever um livro em francês intitulado Fiat Lux, segundo suas próprias palavras: "(...) expondo com a máxima minúcia a teoria de navegação aérea e o meu sistema nela fundado, e provando à sociedade, não só que o sistema tantas vezes experimentado na França, com pleno êxito pelos capitães franceses Renard e Krebs, é apenas um plágio, e plágio caricato do meu, como, apesar dos mistérios que o põem fora do alcance de um exame minucioso, já o declarou o Instituto Brasileiro, e, antes deste, publicações científicas da Europa (...)". Julio Cezar passou a publicar em partes, na imprensa paraense, a partir do início de junho de 1887, uma tradução deste livro para o português. A série foi interrompida em agosto seguinte, quando já enfermo, falecendo em 14 de outubro, vítima de beribéri, enfermidade relacionada à deficiência de vitamina B1. Nesse momento, ocupava o cargo de chefe de seção da secretaria do governo da Província do Pará.

As dificuldades em fazer reconhecer a primazia de um brasileiro na conquista do ar não atingem isoladamente este paraense notável. Os irmãos franceses Joseph Michel e Etienne Montgolfier são considerados por muitos como os pioneiros na ascensão de balões de ar quente, apesar de o padre santista Bartolomeu Lourenço de Gusmão ter realizado em Lisboa as primeiras ascensões públicas do gênero mais de setenta anos antes, no início de agosto de 1709. Mesmo o mineiro Alberto Santos Dumont, que também aplicou as idéias de Julio Cezar em seus balões, teve a primazia de suas realizações questionada diante dos irmãos Orville e Wilbur Wright. Embora seja inconteste que foi Santos Dumont quem projetou e pilotou o primeiro engenho "mais pesado que o ar" a erguer-se do solo por meio de um motor próprio, realizando um vôo ao longo de 60 metros, em 23 de outubro de 1906.
Julio Cezar Ribeiro de Souza foi o homem que, após vários anos de minuciosas observações e exaustivos estudos do vôo dos pássaros, estabeleceu as bases da aeronáutica e aerodinâmica modernas, ao propor, em 1880, fundamentado em uma teoria de navegação aérea, o tipo fusiforme dissimétrico ou assimétrico dos balões, tendo realizado as primeiras experiências que comprovaram suas teorias em Paris, em novembro de 1881. 

Poucos meses antes de sua morte, Julio Cezar deixou registrada na imprensa paraense a seguinte frase que expressa sua desilusão: "O mundo inteiro está completamente mistificado pelos felizes plagiários do meu invento, para quem, num país de economias, chovem os milhões para balões colossais do meu sistema, quando eu só tive migalhas no país dos grandes esbanjamentos, onde a ciência está completamente mistificada".

Os principais textos escritos por Julio Cezar Ribeiro de Souza, adaptados para o português atual, podem ser encontrados no livro Memórias Sobre a Navegação Aérea, recém-publicado pela Editora da Universidade Federal do Pará, com o patrocínio do Ministério das Comunicações por meio da Empresa Brasileira de Correios e Telégrafos, organizado pelos professores José M. F. Bassalo, Paulo T. S. Alencar, Luís C. B. Crspino e Clodoaldo F. R. Beckmann. O livro traz também textos de Fernando M. do Amaral e de Luís C. B. Crispino.

  

SITE: http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/voando_com_os_passaros.html

terça-feira, 23 de abril de 2013

Exercícios Resolvidos - Calorimetria - Trocas de calor


01. Dentro de um recipiente termicamente isolado, são misturados 200 g de alumínio cujo calor específico é 0,2 cal/g.°C, à temperatura inicial de 100 °C, com 100 g de água, cujo calor específico é 1 cal/g.°C, à temperatura inicial de 30 °C. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico.

Resolução: Como o sistema é isolado termicamente, as trocas de calor envolvem apenas a água e o alumínio, portanto, vale a equação:


Qágua + QAl = 0,
mág · cág · (Tf – Tiag) + mAl · cAl · (Tf – Tial) = 0,
100 · 1,0 · (Tf – 30) + 200 · 0,2 · (Tf – 100) = 0,

100 · (Tf – 30) + 40 · (Tf – 100) = 0,
100Tf – 3000 + 40Tf – 4000 = 0,
 140 Tf – 7000 = 0,  
140 Tf = 7000,

Resolvendo,
Tf  = 50 ºC.

02. Em um recipiente adiabático (que não troca calor com o meio exterior), juntamos 2000g de água a 22 ºC, 400g de mercúrio a 60 ºC e uma massa m de certa substancia x a 42ºC. Determine o valor da massa, sabendo-se que a temperatura final de equilíbrio térmico é 24 ºC. (dado CHg  0,033 cal/gºC , Cx= 0,113 cal/gºC).

Resolução: Observando a situação vemos que, pela temperatura de equilíbrio ser 42ºC, verificamos que a água recebeu calor, o mercúrio e a substancia x perderam calor. Pelo principio das trocas de calor:



Qágua + QHg +Qx = 0,

mág · cág · (Tf – Tiag) + mHg · cHg · (Tf – TiHg)+ mx· cx · (Tf – Tix) = 0,

2000 . 1 . (24 - 22)  +  400 . 0,033 . (24 - 60)  +  m . 0,113 . (24 – 42) = 0,
Resolvendo,
m = 1472 g.

03. Uma vasilha adiabática contem 100g de água a 20ºC, misturando 250g de ferro a 80ºC, a temperatura atinge 33ºC. Determine o calor especifico do ferro. (Dado: calor especifico da água 1cal/gºC)

Resolução:

Qágua + QFe  = 0,
mág · cág · (Tf  - Tiag) + mFe · cFe · (Tf  - TiFe) = 0,
100. 1. ( 33 – 20) + 250 . cFe . (33 – 80) = 0,
100 . 1. 13 + 250 . cFe . (-47) = 0,
1300 – 11750 cFe = 0,
1300 = 11750 . cFe
cFe = 0.11 cal/gºC.

 04 . Colocam-se 80 g de gelo a 0 °C em 100 g de água a 20 °C. Admitindo-se que não ocorreu troca de calor com o meio externo e sabendo-se que o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico da água é 1 cal/g · °C, determine (a) qual a temperatura final da mistura? (b) qual a massa de água líquida após atingido o equilíbrio térmico?



Resolução:
a) A água líquida a 20 °C para resfriar-se até 0 °C deve perder uma quantidade de calor sensível calculada por:
Q = m · c · T. Portanto:
Q = 100 · 1 · (– 20)
Q = – 2 000 cal
O gelo, para se transformar completamente em água líquida, necessita receber uma quantidade de calor calculada por: Q = m · Lf
Portanto: Q = 80 · 80
Q = 6 400 cal
Como a energia liberada pela água não é suficiente para derreter completamente o gelo, teremos no final, em equilíbrio térmico, uma mistura de gelo e água a 0 °C.

b) Calculando as quantidades de calor trocadas:
• fusão do gelo: Qf = m · 80
• resfriamento da água: Qs = – 2 000 cal
Como Qf + Qs = 0, temos:
m · 80 + (– 2 000) = 0
80 · m = 2 000
m = 25 g

Como é pedida a massa total de água líquida, devemos somar as massas de água provenientes da fusão e a já existente na mistura.
mT = 100 + 25 =125 g.


 05. Em um recipiente termicamente isolado, colocam-se 100 g de gelo a 0 °C. Faz-se chegar a esse recipiente vapor de água a 100 °C, até que a temperatura do sistema seja 40 °C. Supondo que o recipiente não trocou calor com os corpos, calcule a massa de água no equilíbrio térmico. São dados:
• calor específico da água = 1 cal/g °C
• calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
• calor latente de condensação do vapor Lc = 540 cal/g
Resolução:À medida que o gelo recebe calor, ele se derrete e, após a fusão, a água resultante se aquece de 0 °C até 40 °C. Enquanto isso, o vapor perde calor e se condensa, e a água resultante da condensação se resfria de 100 °C até 40 °C.
Calculando as quantidades de calor trocadas: 




Fusão do gelo:
Qf = m · Lf Qf = 100 · 80 Qf = 8 000 cal
Aquecimento da água proveniente da fusão:
Qs1 = m · c · T Qs1 = 100 · 1 · 40
Qs1 = 4 000 cal
Condensação do vapor:
Qc = m · Lc Qc = m · (– 540) Qc = – 540 m
Resfriamento da água proveniente da condensação:
Qs2 = m · c · T Qs2 = m · 1 · (– 60)
Qs2 = – 60 m
Como Qf + Qs1 + Qc + Qs2 = 0, temos:
8 000 + 4 000 – 540 m60 m = 0
12 000 – 600 m = 0
m = 20 g
Como é pedida a massa total de água, devemos somar as massas de água provenientes da fusão do gelo e da condensação do vapor:
mT = 100 + 20

Portanto, no equilíbrio térmico, há 120 g de água.


domingo, 21 de abril de 2013

UFPA 2005 - Processo Seletivo Seriado - PSS 2

Física - UFPA 2005


Leia atentamente o texto a seguir.

João Batista, nascido e criado às margens do rio Tuandeua, viveu uma infância típica de ribeirinho amazônida. A simplicidade da vida não embotou sua curiosidade pelos fenômenos naturais. Ao contrário, com a ajuda de pessoas como Seu Genésio, mestre construtor de embarcações, João deu asas às suas inquietações, avançou nos estudos e, mais tarde, formou-se professor de Ciências.

As questões a seguir apresentam situações em que a Física se faz necessária para explicar alguns fenômenos vivenciados por João Batista.


25. Na escola ribeirinha em que João estudou, uma das tarefas mais difíceis para a professora era manter os alunos na sala, quando uma grande embarcação se aproximava. Os pequenos estudantes precipitavam-se em suas canoas para “pegar” o banzeiro - onda que se propaga na superfície da água, devido a perturbações produzidas pela embarcação em movimento. No ritmo do banzeiro, as canoas subiam e desciam enquanto a onda se propagava.

A respeito do banzeiro, é correto afirmar que

(A)  se propaga por vibrações de partículas que se movimenta na mesma direção de propagação da onda.
(B)  uma diferença entre os banzeiros produzidos por grandes e por pequenas embarcações é a amplitude da onda.
(C)  em pontos próximos à embarcação, a energia do banzeiro é menor do que em pontos mais distantes.
(D)  suas velocidades não dependem das propriedades físicas do meio no qual se propagam.
(E)  para um banzeiro com determinada velocidade, quanto maior a freqüência da onda, maior o comprimento de onda.

Resposta: Alternativa B. A amplitude da onda (banzeiro) está relacionada com a altura da onda que depende da parte submersa do a embarcação (calado).



26. Seu Genésio sempre dizia que a madeira boa para fabricar barcos é aquela que afunda na água. Essa afirmação deixava João Batista intrigado: - Se a madeira afundasse, como o barco poderia flutuar? Buscando explicações, João encontrou as seguintes afirmações, todas corretas:

I - A madeira flutuará se sua densidade for menor que a da água.
II - A densidade da madeira varia com a temperatura.
III - A diferença de pressão entre o topo e a base do barco provoca o empuxo que o faz flutuar.
IV - A densidade da água aumenta, depois diminui, ao ser aquecida de 0 ºC a 20 ºC.
V - Na condição de flutuação, o peso do barco e o empuxo que ele recebe da água têm a mesma intensidade.

Assinale a alternativa que contém apenas as afirmações que explicam a flutuação do barco.
(A)  I e II.
(B)  II e III.
(C)  I e III.
(D)  II e IV.
(E)  III e V.


Resposta: Alternativa E
(I) Não. A madeira flutuará se a sua densidade for menor que a densidade da água mas essa não é a explicação para a afirmação de seu Genésio. Para que o barco flutue precisa deslocar uma quantidade de liquido (principio de Arquimedes). Quanto maior o volume deslocado de liquido pela embarcação maior o empuxo, a força que o empurra para cima. Dessa forma é fácil entender o fato de um barco de toneladas de metal poder flutuar.

(II) Não. O fato da densidade da madeira variar com a temperatura não está relacionada a flutuação do barco.

(III) Explica. O empuxo é uma foça que empurra o barco para cima equilibrando-se ao peso do barco (E = P)

(IV) Não. A dilatação anômala da água explica o fato da dilatação irregular da entre as temperatura 0ºC e 4 ºC, mas não explica a flutuação do barco.

(V) Explica. Esta é a condição de equilíbrio.



27. Não era novidade para ninguém que a velocidade de escoamento do rio mudava ao longo de seu curso. Para projetar uma ponte sobre determinado trecho do rio Tuandeua, uma equipe de técnicos fez algumas medidas e João ficou sabendo que a área transversal ao rio, naquele trecho, media 500 m² e a velocidade média da água na vazante era de 1 m/s. Como já sabia que em frente a sua casa a velocidade média na vazante era 2 m/s, fazendo aproximações para uma situação ideal, conclui-se que a área transversal do rio, em frente à casa de João, é igual a

(A)  250 m².
(B)  300 m².
(C)  500 m².
(D)  750 m².
(E)  1000 m².


Resposta: Alternativa A. A quantidade de água do rio que flui em um trecho é a mesma  em qualquer outro, inclusive no trecho seguinte. A quantidade se conserva, portanto a vazão é a mesma, como a vazão é dada por

φ = A x V,
então:
A1 = 500 m² (trecho mais largo) e V1 =  m/s
A2 = ? e V2 = 2 m/s (maior velocidade,a área diminui)

φ2 = φ1,
A2 x V2 = A1 x V1,
A2 x 2 = 500,
A2 = 250 m². 


Apesar da vida ribeirinha, João não ficou alheio aos avanços tecnológicos, nem às informações atualizadas que hoje chegam a qualquer lugar, via satélite, por meio de parabólicas. As questões de 28 a 30 referem-se a esse contexto.

28. Em um forno microondas João colocou um vasilhame com 1,5 kg de água a 20 ºC. Mantendo o forno ligado por 10 minutos, a temperatura da água aumentou para 80 ºC. A representação gráfica do desempenho do forno indicada pelo calor fornecido (calorias) em função do tempo (segundos) é mais bem representado pela linha:


(Considere que toda a energia produzida pelo forno foi absorvida pela água na forma de calor e que o calor  específico da água = 1 cal/g.ºC)
    




(A)  A
(B)  B                                                   
(C)  C      
(D)  D
(E)  E

Resposta: Alternativa D

m = 1,5 kg = 1500 g,
c =  cal/gºC,
∆T = 80 - 20 = 60 ºC.
Q = m x c x ∆t ,
Q = 1500 x 1 x 60
Q = 90.000 cal

Esta quantidade de calor é absorvida pela água em 10 min (isto é, 600 s). Por meio do gráfico verificaremos que em 10 s teremos

90000 cal -----------------------------600 s
x --------------------------------- 10 s
x = (90000 x 10)/600 
x = 1500 cal

29. Em um documentário de TV, João tomou conhecimento que a pressão atmosférica diminui com a altitude. Por essa razão o interior das aeronaves é mantido em certo nível de pressurização para conforto dos passageiros. O gráfico abaixo mostra a variação da pressão do ar externo com a altura acima do nível do mar. Sabendo que, durante um vôo, é mantida uma diferença de 0,4 atmosfera entre as pressões interna e externa à aeronave, pela análise do gráfico, conclui-se que a pressão interna a 8.000 metros de altitude, em atmosfera, é igual a





(A)  0,2
(B)  0,4
(C)  0,6
(D)  0,8
(E)  1,0

Resposta: Alternativa D.

Analisando o gráfico, concluímos que para uma altitude de 8.000 m a pressão é p = 0,4 atm, como ∆p = 0,4 atm (segundo o texto) temos:

H = 8000 m
P(externa) = 0,4 atm
∆p = 0,4atm
∆p = P(interna) - P(externa) 
0,4 = P(interna) - 0,4
P(interna) = 0,8atm 


30. Em seus livros de Física, João descobriu que o trabalho realizado por uma máquina térmica industrial está relacionado com a pressão, volume e temperatura do gás utilizado pela máquina. A figura abaixo representa um ciclo de trabalho de um gás ideal.




A partir da análise do gráfico, julgue as seguintes afirmações:

I -  A temperatura do gás no ponto C é 3 vezes a sua temperatura no ponto A.
II - O trabalho realizado pelo gás ao longo de um ciclo foi de 105 Joule.
III - Ao longo do ciclo ABCDA, a variação da energia interna do gás foi positiva.
IV - A temperatura do gás permaneceu constante durante todo o ciclo ABCDA.
V - O ciclo ABCDA é constituído por duas transformações isobáricas e duas  adiabáticas.

Assinale a alternativa que contém apenas afirmações corretas

(A)  I e III.
(B)  II e IV.
(C)  I e II.
(D)  II e V.
(E)  III e IV.

Resposta: Alternativa C
(I) - VERDADEIRA - Precisamos analisar apenas o produto p.v, pois para uma transformação gasosa esse produto é diretamente proporcional à temperatura.

No ponto C:
Pc = 3 x 10^5 N/m²
Vc = 2 m³

O produto Pc.Vc = 3 x 10^5 x 2. 
Pc.Vc = 6 x 10^5

No ponto A:
Pa = 2 x 10^5 N/m²
Va = 1 m³

Pa.Va = 2 x 10^5 x 1

Pa.Va = 2 x 10^5

O produto Pc.Vc é 3 vezes maior que Pa.Va, então a temperatura também.

(II) - VERDADEIRA - O trabalho é igual a área interna do gráfico:

T = A = b x h = (2 - 1) x (3 x 10^5 - 2 x 10^5) =  1. 10^5 J

(III) - FALSA - Na transformação o gás volta ao mesmo ponto. A variação da energia interna depende do estado final e inicial. Como os estados final e inicial coincidem, então a variação da energia interna é igual a zero.

(IV) - FALSA, pois a temperatura é proporcional ao produto p.v e este produto não se mantém constante durante todo processo, a temperatura também varia.

(V) - FALSA, pois AB e CD são isovolumétricas e BC e DA são isobáricas.

sábado, 6 de abril de 2013

Como funciona o aparelho de Microondas?

Dentro do aparelho de microondas há um dispositivo que produz uma onda eletromagnética de alta frequência (em torno de 2 450 MHz). Essa onda eletromagnética tem características semelhantes à luz, porém não é visível.

As microondas que bombardeiam a comida fazem com que derterminadas moléculas da comida, principalmente as moléculas de agua que estão presentes nos alimentos, oslcilem invertendo a sua posição com energia cinética rotacional (girando), porém essas moléculas que giram no alimento não cozinham o alimento. O que eleva a temperatura da comida é a energia cinética translacional comunicada as moléculas vizinhas que batem nas moléculas de agua.

Para facilitar o entendimento é como se em uma sala com varios ventiladores voce atirasse varias bolas de gude de tal forma que ao encostar nas palheras elas adquirem mais energia cinetica (mais velocidade). Se as moléculas vizinahas não interagissem com as moléculas de água a temperatura da comida não seria diferente da temperatura de antes.

O tempo de cozimento varia em função da potência do forno, da massa e das características do alimento. Algumas pessoas acreditam que o recipiente em que esta o alimento não é aquecido, mas isso não é verdadeiro, porque através do processo de condução, uma parcela de energia térmica é transferida para a vasilha. 

"O forno de micro-ondas funciona convertendo a energia elétrica em energia térmica. Uma fonte elétrica emite ondas eletromagnéticas que aumentam a energia cinética das moléculas de agua dos alimentos."

O forno de microondas aquece os alimentos de fora para dentro: As microondas penetram no alimento até uma determinada profundidade, dependendo da densidade deste. Em alimentos menos densos como um pão, as microondas penetram de 5 a 7 cm, enquanto que em alimentos mais densos, como a carne, elas penetram entre 2 a 3 cm. À medida que as microondas penetram no alimento, sua energia é absorvida por ressonância e sua potência diminui, pois a energia da onda é absorvida e transformada em calor. Assim, alimentos mais grossos serão cozidos por microondas apenas até a profundidade em que elas conseguem penetrar, ou seja, as primeiras camadas externas. As camadas internas serão cozidas por condução do calor, da mesma forma que em um fogão convencional.

O aquecimento retira os nutrientes dos alimentos? Qualquer alimento que receba fortes quantidades de calor tem sua química alterada com o tempo, incluindo aí a perda de alguns nutrientes. Mas isso não é restrito aos microondas, acontecendo também em panelas, churrasqueiras ou fornos elétricos.


Ondas de radiação ? Mito. Os alimentos não são capazes de absorver as microondas emitidas pelo forno. Sua única função é a de aquecer seja lá o que estiver no interior do forno ao agitar as moléculas de água presentes em sua composição – e o calor é a única coisa que se mantém no processo após o desligamento do aparelho. Ao cortar a emissão de ondas, elas imediatamente desaparecem, sem deixar qualquer vestígio no objeto aquecido.

Vidros, plásticos e metais: segurança ou perigo? Depende da composição do material. O vidro é conhecidamente um material de fácil aquecimento, por exemplo, podendo atingir temperaturas perigosas para ser manuseado com as mãos, correndo o risco até de partir-se dentro do aparelho. O mesmo ocorre com pratos e outros objetos de cerâmica. Já os metais são materiais que não absorvem tanto as microondas emitidas, portanto são considerados mais seguros por aquecerem menos. Em casos extremos, como alta potência ou muito tempo lá dentro, pode ocorrer a produção de faíscas, especialmente em materiais mais finos. Com o plástico, ocorre um processo diferente: há tipos específicos que são recomendados para uso, pois suportam a radiação emitida. Eles são geralmente designados por um símbolo que não é reconhecido oficialmente, composto por três ondas, uma acima da outra. De resto, mantenha qualquer outro plástico fora do alcance do aparelho, pois o aquecimento dele pode liberar no alimento o chamado Bisfenol A, uma substância que compõe algumas embalagens e que, em altas doses, é considerada tóxica

Perigo explosão no aquecimento de líquidos? Outra história bastante divulgada é que a água pode explodir se aquecida em um forno micro-ondas. Sob algumas condições, acredite: isso pode ser verdade. O fenômeno ocorre graças ao superaquecimento do líquido, que não forma as bolhas que indicam que a temperatura chegou aos 100 °C. Desse modo, retirar a vasilha e movê-la bruscamente ou adicionar um material como pó de café, por exemplo, faz com que a formação de bolhas ocorra de forma atrasada (sob uma temperatura bem maior) e de maneira mais precipitada. Por isso, evite esquentar recipientes que contenham apenas água, adicionando sempre algum objeto como uma colher de madeira, por exemplo, para repartir o calor emitido pelas microondas. Com óleos em geral, como o popular azeite de oliva, ocorre exatamente o contrário: ele não esquenta de forma satisfatória, pois suas moléculas não possuem a mesma facilidade de excitação como as de água. Seguindo o mesmo processo, alimentos mais secos também não são muito indicados, sendo preferível optar por outros aparelhos, como as panelas.

sexta-feira, 5 de abril de 2013

Termometria: temperatura, escalas termometricas e zero absoluto.

A termometria é uma parte da termologia que estuda a temperatura e as formas pelas quais a mesma pode ser medida.

Ideia intuitiva de temperatura: Quando tomamos um banho com água fria temos uma sensação diferente de quanto tomamos banho com água quente. Intuitivamente percebemos que há alguma coisa diferente entre a água fria e a água quente que nos provoca sensações distintas e essa propriedade é chamada de temperatura. Essa noção intuitiva e baseada nos sentidos diretos não é suficiente pra se ter uma noção científica de temperatura.

Sabemos que toda a matéria é feita de átomos e moléculas em constante agitação. Átomos e moléculas se combinam para formar os sólidos, líquidos, gases, plasmas, e outros estados físicos possíveis dependendo da  rapidez com que se movem.

Podemos definir a temperatura da seguinte maneira: "A temperatura é uma grandeza física que está relacionada ao movimento aleatório dos átomos e moléculas de uma substância que em virtude dos seus movimentos possuem energia cinética. Os átomos e moléculas podem girar e vibrar, mas esses movimentos não influenciam diretamente na temperatura de do corpo, a temperatura é proporcional a energia cinética media translacional (pelo qual as moléculas se movimentam de um lado para outro). Portanto, quanto maior a temperatura de um corpo maior o grau de agitação térmica, com isso maior será a energia cinética de seus átomos e moléculas."

Todos os materiais se dilatam quando suas temperaturas se elevam e contraem-se quado a temperatura diminui de modo que o termômetro analógico mede a temperatura por meio da dilatação ou contração de um liquido, normalmente o mercúrio presente em seu interior.  É preciso quantificar e atribuir um número a água fria e um número a água quente que distingua esses estados. Para quantificar em valores e caracterizar a temperatura de um corpo qualquer é preciso um dispositivo: o termômetro com uma escala, "tracinhos".

As primeiras escalas termométricas foram construídas de modo meio arbitrário. A escala Celsius é a escala mais utilizada no Brasil e na maior parte dos países oficializada em 1742 por Ander Celsius baseada nas seguintes escolhas: 0 se atribui a temperatura de congelamento da água então esta temperatura é definida como zero graus Celsius (0 ºC) e a temperatura da água quando entra em ebulição foi atribuída como cem graus Celsius (100 ºC). Como ela vai de zero a cem é também conhecida como escala centigrados. Há uma outra escala muito utilizada nos estados unidos e países de língua inglesa criada em 1708 por Gabriel Daniel Fahrenheit em que as escolhas são diferentes: a mistura de gelo e cloreto de amônia se atribui o grau zero nesta escala (0ºF) e cem para a temperatura do corpo humano (100 ºF). Comparando com a escala Celsius  na escala Fahrenheit em 32 ºF a água vira gelo em 212 ºF a água sofre ebulição (0 ºC = 32 ºF e 100 ºC = 212 ºF).

Se nos medimos a temperatura de alguma coisa essa temperatura e cateterística dessa coisa, mas obteremos números diferentes se usarmos um termômetro calibrado na escala Celsius ou calibrado na escala fahrenheit. Como obter uma relação entre essas temperaturas em escalas diferentes? Se a temperatura que estamos medindo para um corpo é um valor TC na escala Celsius haverá  para esta mesma temperatura, um valor TF na escala fahrenheit. Qual a relação entre esse número TC e esse numero TF? Como as duas escalas são lineares podemos fazer uma seguinte relação geométrica entre as escalas (fígura).


O tamanho "a" na escala Celsius  (TC-0) deve representar uma fração do intervalo total "b" (100 - 0) assim como a diferença "a", na escala fahrenheit (TF - 32) representa para o tamanho  "b" (212 - 32). Se TC for a metade da escala Celsius TF deve representar a metade na escala Fahrenheit. Se TC é um terço de 100, F deve ser um terço de 180.

Em 1848 Willian Thomson, que recebeu o título de nobreza lorde Kelvin, estabeleceu uma escala absoluta, a chamada Escala Kelvin. Kelvin verificou experimentalmente que a pressão de um gás diminuía 1/273 do valor inicial, quando resfriado a volume constante de 0 °C para – 1 °C. Como a pressão do gás está relacionada com o choque de suas partículas com as paredes do recipiente, quando a pressão fosse nula, as moléculas estariam em repouso, a agitação térmica seria nula e a sua temperatura também. Conclui, entáo, que isso aconteceria se transformássemos o gás até – 273 °C. Assim, Kelvin atribuiu o valor zero para este estado térmico e o valor de 1 kelvin a uma extensão igual à do grau Celsius, de modo que o ponto de fusão do gelo corresponde a 273 K e o ponto de ebulição da água corresponde a 373 K (o nome e o símbolo grau kelvin foram abolidos em convenção científica internacional e substituídos simplesmente por kelvin; portanto, ao invés de 10 °K, escreve-se 10 K e lê-se: dez kelvin).

Como a temperatura de um corpo está relacionada com o grau de agitação de suas moléculas, podemos dizer que as escalas Celsius e Fahrenheit são relativas, uma vez que elas não atribuem o valor zero ao estado de agitação molecular mais baixo.

A temperatura está relacionada à energia de movimento das moléculas de um corpo; assim, ao diminuirmos sua temperatura, suas moléculas ficam mais lentas. Podemos imaginar um estado em que todas as moléculas estão paradas, ou seja, agitação térmica nula correspondendo à temperatura zero, a qual denominamos zero absoluto. O que é zero absoluto? É a menor temperatura que qualquer coisa pode atingir no universo. Qualquer átomo ou molécula que chegar a zero da escala Kelvin (0K ou -273,15 °C) ficaria imóvel. Mas isso não passa de uma teoria, já que não foi possível atingir a temperatura nem mesmo em laboratório – o recorde de aproximação está em 0,000000000001K. Em experiências, cientistas descobriram que em baixas temperaturas um corpo pode passar por três efeitos colaterais: a supercondutividade, a superfluidez e a condensação de Bose-Einstein. Bobinas do Colisor de Hádrons (LHC) chegam a 1,9K (-271 °C ) em resfriamento.

quarta-feira, 19 de setembro de 2012

PRISE SUBPROGRAMA XI (2008)


PRISE SUBPROGRAMA XI (2008)
Belém Para dezembro de 2007

No mundo dos esportes de alto desempenho, cada centésimo – e até milésimo – de segundo pode determinar a vitória ou a derrota de um atleta numa prova. Em uma corrida de 100 m rasos, um atleta acelera rapidamente no início do percurso, mantém uma velocidade aproximadamente constante em um trecho e, próximo ao final do percurso, já começa a perder velocidade. A tabela abaixo mostra os valores considerados ideais de velocidade para diferentes pontos do percurso. Para ter uma idéia das acelerações envolvidas na corrida, calcule o valor de aceleração entre as posições 0 e 10 m, considerando-a constante.



Dentre as alternativas abaixo, a que mais se aproxima do valor que você calculou é a aceleração:

(a) de metade da gravidade na superfície da Terra.
(b) de um foguete na Terra que submete um astronauta a força de 3 vezes seu peso.
(c) da gravidade na superfície da Terra.
(d) sofrida por um corpo em queda ao atingir a velocidade limite na atmosfera.
(e) de um corpo em queda na superfície da Lua, cuja gravidade é um sexto daquela da Terra.

Resposta:
V^2 = v0^2 +2.a.Ds
10^2 = +2. a .10

100/20 =a
5 = a
a=5m/s^2


Durante a procissão do Círio de Nossa Senhora de Nazaré, os romeiros sobem uma ladeira, com um desnível de 4m de altura, no início da Av. Presidente Vargas. Considere um romeiro de 80kg, subindo a ladeira com velocidade constante. Ao subir, ele realiza uma certa quantidade de trabalho. Se o romeiro comer barras de cereais, cada uma capaz de fornecer 800J de energia para seu corpo, quantas barras ele deve ingerir para repor exatamente a energia gasta para realizar o trabalho na subida? (Considere g = 10 m/s²)
(a) 2
(b) 4
(c) 6
(d) 8
(e) 10

Calculo do trabalho:

Trabalho = força x deslocamento
trabalho = massa x gravidade x deslocamento
trabalho = 80 x 10 x 4 = 3200 J

relação:
1 barra de cereal -----------800 J
X barras de cereal ----- 3200 J
X = 3200/800 = 32/8 = 4 barras

Nas proximidades da belíssima cidade de Santarém, no Oeste do Pará, um barco se movimenta nas águas do rio Tapajós. Para percorrer uma distância de 20km rio acima, em sentido contrário ao da correnteza, o barco leva 2h. A velocidade do barco em relação à água é constante e igual a 20km/h. Quando ele faz o percurso inverso, a favor da correnteza, o tempo que leva para percorrer os 20km será de quantos minutos?
(a) 10
(b) 20
(c) 30
(d) 40
(e) 50

Resp. Adotando como referencial o barco e considerando que ele nada contra a correnteza, teriamos uma velocidade relativa

Na ida:
 

Vrel= Vel do barco - Vel da correnteza = Ds/Dt
Vel barco - Vel da correnteza = Ds / Dt = 20 / 2 = 10 km/h

É como se o barco avancasse 10 km em cada 1 hora. Mas o texto afira que a velocidade do barco em relação a agua é de 20 km/h o que nos permite concluir que na volta a velocidade total do barco (adotando ele como referencial), seria

na  volta 

V barco + Vcorrenteza = 30 km/h



30 = 20/ Dt
Dt =  3/2 = 0,66 h -----x60min-->> 39,6 min ~40min





Um dos sistemas usados para frear um avião a jato, após tocar na pista de pouso, é o chamado “reverso”, que é um sistema que direciona o jato das turbinas para frente, exercendo uma força para traz em conformidade com a Terceira Lei de Newton. Considere que um avião com todos os sistemas funcionando corretamente precisa de uma extensão de pista de 700m do momento em que o reverso é ligado até parar completamente. Suponha que as forças de frenagem são constantes durante a passagem do avião pela pista. Se uma das turbinas falhar durante o pouso, considere que 30% da força de frenagem seja perdida. Neste caso, qual a extensão de pista que será necessária para o avião parar, supondo que ele toque na pista sempre com a mesma velocidade?
(a) 800m
(b) 900m
(c) 1000m
(d) 1100m
(e) 1200m


Coletes à prova de balas dissipam parte da energia cinética de uma bala e transmitem o restante para o corpo da pessoa, porém exercendo força em uma área grande de seu corpo, ao invés de concentrar em apenas a área de seção transversal da bala. Considere a situação em que uma pessoa, usando o colete, recebe um tiro e a bala se fixa no colete. Analise as afirmativas abaixo:

I. A energia cinética dissipada pelo colete é convertida em energia potencial, pois ela não pode deixar de ser uma forma de energia mecânica pela lei da conservação da energia.

II. A pessoa, usando o colete, receberá uma quantidade de movimento igual à que receberia se não estivesse de colete e a bala se alojasse em seu corpo.

III. A eficiência da arma de fogo se deve ao fato de que a energia adquirida pela bala é bem maior do que aquela gerada pela queima da pólvora.

IV. Se o colete rebatesse a bala de volta na direção em que ela veio, a quantidade de movimento recebida pela pessoa seria maior do que quando a bala se fixa ao colete.

De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:
(a) I e II
(b) II e III
(c) III e IV
(d) II e IV
(e) I, III e IV


No caos diário que enfrentamos no trânsito das grandes cidades, é comum ocorrerem colisões entre veículos, principalmente devido à imprudência dos motoristas. Ao dirigir em velocidades altas, o motorista coloca em risco sua vida e a de outros. Quando um carro colide com outro que está parado, a energia do choque é a sua energia cinética no momento da colisão. Considere a energia envolvida numa colisão quando um carro estava a 40km/h. De acordo com a Física, se o mesmo carro colidir a 80km/h, a energia da colisão será:
(a) 50% maior.
(b) o dobro.
(c) três vezes maior.
(d) quatro vezes maior.
(e) cinco vezes maior.

Resposta:
O texto deixa claro qeu a energia de choque depende da energia cinética no momenoto da colisão. Se a velocidade dobra de valor a energia quadruplica, pois a energia cinética varia com o quadrado da velocidade:

E_C = m.v^2 / 2

A trajetória de um projétil disparado de um canhão em condições ideais é uma parábola, e a distância máxima atingida pelo projétil até voltar ao solo é alcançada quando o ângulo de lançamento é de 45º. Entretanto, no mundo real, existem fatores que influenciam o movimento do projétil e o tornam diferente da situação ideal. Analise as afirmativas abaixo sobre o lançamento do projétil no mundo real, identificando as que são verdadeiras e influenciam o movimento:
I. A aceleração da gravidade sobre o projétil diminui com a altura.
II. A inércia do projétil tende a fazê-lo cair além do ponto calculado com condições ideais.
III. A resistência do ar provoca uma força contrária ao movimento durante todo o percurso.
IV. A trajetória do projétil será tanto mais semelhante à do caso ideal quanto maior for a velocidade inicial do lançamento.
De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:
(a) I e II
(b) I e III
(c) II e III
(d) II e IV
(e) I, II e IV