Questões de Física

O módulo de Young de um material mede sua resistência a deformações causadas por esforços externos. Numa parede vertical, encontra-se engastado um sólido maciço de massa específica ρ e módulo de Young E, em formato de paralelepípedo reto, cujas dimensões são indicadas na figura. Com base nas correlações entre grandezas físicas, assinale a alternativa que melhor expressa a deflexão vertical sofrida pela extremidade livre do sólido pela açõo do seu próprio peso.

O princípio básico de geração de energia elétrica a partir de uma ação mecânica (conversor eletromecânico) está ilustrado na figura ao lado. Considere uma bobina plana com N espiras de área A feitas com fio condutor. Um agente externo deve aplicar um torque motor na bobina para fazê-la girar. Quando a espira está girando com velocidade angular ω constante (torque motor se iguala ao torque resistivo) na presença de um campo magnético, B, também constante, uma força eletromotriz é induzida na espira. A origem dessa força eletromotriz é a variação temporal do fluxo do campo magnético através da bobina. O fluxo do campo magnético é dado por ϕ=NBA cos ωt e a força eletromotriz é ε=NBAωsin(ωt). Deseja-se construir um gerador que produza uma tensão alternada com pico de 120 V. Dispõe-se de magnetos que podem produzir um campo magnético aproximadamente constante de 1,6 T, de 250 m de fio de cobre calibre 12, diâmetro de 2 mm e resistividade 1,7x10-8 Ωm, para construir uma bobina.

A bobina pode ser quadrada ou circular. Para uma determinada frequência, qual é a razão entre o lado da bobina quadrada e o raio da bobina circular? 

A maior parte da energia produzida pelo sol é devido a: 

Uma turbina eólica, ou aerogerador, é capaz de converter a energia cinética do deslocamento da massa de ar (vento) em energia elétrica. Embora seja um conceito bastante antigo, esse tipo de equipamento tem se tornado bastante popular no mundo moderno por gerar eletricidade a partir de uma fonte de energia renovável. Cálculos teóricos mostram que a potência produzida pelo vento que sopra com velocidade v e perpendicularmente a uma região de área A é dada por P=Aρv³ /2. Nem toda energia fornecida pelo movimento do ar pode ser convertida em energia elétrica pelo aerogerador. A razão entre a energia fornecida e a energia produzida é chamada eficiência. Para as questões a que se refere este texto, considere que a densidade do ar é 1,2 kg/m³ , sua velocidade é de 6 m/s, que o comprimento de cada hélice é 50 m e a eficiência da turbina é igual a 60%.

Uma reclamação constante de moradores próximos a usinas eólicas tem sido o nível de ruídos de baixa frequência causados pelas turbinas principalmente em áreas onde outros tipos de ruídos estão ausentes. Um fabricante de turbinas eólicas garante que a uma distância de 300 m uma de suas grandes turbinas gera menos de 50 dB, comparando esse nível de ruído com o ruído produzido por um ar condicionado ou por um refrigerador. Qual é o nível de ruído quando uma segunda turbina dessas for instalada? Suponha que as residências estejam aproximadamente equidistantes às duas turbinas.

O texto a seguir se refere às questões de 9 a 12. 

Uma turbina eólica, ou aerogerador, é capaz de converter a energia cinética do deslocamento da massa de ar (vento) em energia elétrica. Embora seja um conceito bastante antigo, esse tipo de equipamento tem se tornado bastante popular no mundo moderno por gerar eletricidade a partir de uma fonte de energia renovável. Cálculos teóricos mostram que a potência produzida pelo vento que sopra com velocidade v e perpendicularmente a uma região de área A é dada por P=Aρv³ /2. Nem toda energia fornecida pelo movimento do ar pode ser convertida em energia elétrica pelo aerogerador. A razão entre a energia fornecida e a energia produzida é chamada eficiência. Para as questões a que se refere este texto, considere que a densidade do ar é 1,2 kg/m³ , sua velocidade é de 6 m/s, que o comprimento de cada hélice é 50 m e a eficiência da turbina é igual a 60%.

A figura ao lado mostra o anemômetro, instalado num aerogerador, usado para medir a velocidade do vento. Se o anemômetro tem R=60 cm e executa 250 rotações em um minuto, qual é a velocidade do vento? 

Uma utilização dos coletores solares é a produção de eletricidade. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a eficiência de conversão de calor em trabalho está limitada pelas temperaturas do reservatório quente e da fonte fria. Para aumentarmos a eficiência na conversão devemos diminuir a temperatura da fonte fria, a qual está limitada pela temperatura do meio ambiente, ou aumentar a temperatura do reservatório de calor. Temperaturas muito acima de 100°C são difíceis de serem alcançadas apenas com as placas dos coletores solares. Uma maneira de se aumentar a temperatura do reservatório quente usando somente a radiação solar é concentrando-a numa pequena região do espaço. Deseja-se usar o coletor solar para produzir vapor para girar uma turbina e, com isso, produzir energia elétrica. Para isso, é necessário concentrar os raios solares numa pequena região e aquecer um fluido até seu ponto de ebulição. Isso tem sido feito em usinas termossolares através de um conjunto de espelhos parabólicos que focam a luz solar num ponto elevando a temperatura de um fluido até 400°C. O calor desse fluido é transferido para uma caldeira vaporizando água. O vapor em alta pressão movimenta uma turbina acoplada a um gerador de energia elétrica. Esse processo é feito através do ciclo Stirling composto das seguintes transformações: 

- uma fonte de calor externa aquece o gás enquanto este se expande a fim de que sua temperatura permaneça constante 

- o calor é retirado do gás isocoricamente

- o gás é refrigerado enquanto seu volume diminui para que sua temperatura não aumente

- o gás é aquecido isocoricamente até a temperatura inicial - E o ciclo recomeça.

 

A figura mostra uma versão simplificada da “Kyoto Box” que se trata de uma caixa cúbica com refletores usada como forno solar. Nesta a caixa cúbica é substituída pelos refletores (espelhos planos – E₁ e E₂) de comprimento L, uma base (B) de comprimento L e que a luz esteja incidindo diretamente nos refletores e na base. Qual deve ser o ângulo θ de inclinação dos refletores para que toda luz que incida neles seja direcionada para a base B?