P1 de Física 2 da UFRJ - 2022.2

Escolha uma alternativa incorreta:

1. A energia interna de um gás ideal pode ser simplificada como .

2. A temperatura de um gás muda na expansão livre adiabática.

3. O trabalho feito por um gás real é nulo na expansão livre adiabática.

4. O volume das partículas de um gás ideal é desprezível comparado com o volume total do recipiente.

5. A capacidade térmica é sempre maior do que num gás ideal.

6) Arquimedes.

Dois cilindros maciços de volumes idênticos são presos um ao outro por um fio e imersos num recipiente com água, como na figura. O fio que os une é inextensível e tem massa desprezível. Um dos cilindros tem densidade , o outro tem densidade e a densidade da água é de tal forma que . Suponha e fixos; qual a máxima densidade para impedir que too o conjunto que se precipite e vá ao fundo do recipiente? Expresse seu resultado em termos de e .

a.

b.

c.

d.

e.

Considere uma interação entre um gás ideal e um reservatório térmico de temperatura . O volume do gás ideal muda de para num processo quase estático isotérmico. Nesse caso, qual a variação da entropia no reservatório? Não considere o trabalho feito pelo reservatório. O número de moléculas do gás ideal é .

1.

2.

3.

4.

5.

Um tubo em contém inicialmente uma certa quantidade de um fluido de densidade e tem dois ramos abertos para a atmosfera (pressão ). Veda-se um dos ramos e acrescenta-se mais fluido no outro que continua aberto. Após a estabilização o desnível do fluido entre os dois lados vale . Suponha que não existe transferência de calor entre o fluido e o ar, que a parede do tubo é adiabática e que a compressão do ar é quase estática. Determine a razão entre o volume final e o inicial do ar armazenado do lado que foi vedado. Considere que o ar é um gás ideal e o calor específico molar a volume constante do ar como .

1.

2.

3.

4.

5.

5) Hidrodinâmica.

De um grande reservatório de água colocado a uma certa altura sai uma tubulação de seção reta constante que após atingir o nível do solo sobe um pouco e termina no ponto , como mostrado na figura. A superfície livre da água no reservatório está a uma altura do solo e o ponto está a uma altura do solo. Com a água jorrando livremente nesta extremidade do tudo, determine a pressão no ponto indicado na figura, que fica a parte da tubulação ao nível do solo. Desconsidere o efeito de contração da veia de líquido ao sair pela torneira. A área do reservatório é bem maior do que a da tubulação. A pressão do ar é .

a.

b.

c.

d. Não podemos determinar, pois não sabemos a velocidade no ponto

e.

f.

g.

4) Rendimento de uma máquina térmica.

Uma certa quantidade de gás ideal é submetida ao ciclo indicado no diagrama da figura. O calor rejeitado na etapa vale . O calor transferido na etapa vale:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7) Teoria Cinética.

Determine a pressão no interior de um reservatório de volume contendo partículas de um gás ideal satisfazendo a equação de estado . As partículas têm massa , e são caracterizadas por uma velocidade quadrática média .

a)

b)

c)

d)

e)

10) Refrigerador de Carnot

O coeficiente de desempenho de um refrigerador é definido por onde é o calor absorvido do reservatório a baixa temperatura e é o trabalho feito sobre o sistema. Determine o coeficiente de desempenho de um refrigerador de Carnot que opera entre as temperaturas de e . Marque a alternativa que mais se aproxima do valor encontrado.

1.

2.

3.

4.

5.

9) Gás Ideal

Um gás ideal é submetido a um processo quase-estático isotérmico a partir de uma pressão de e um volume de . A pressão e o volume do estado final poder ser:

1. e

2. e

3. e

4. e

5. e

8) Manômetro

Um manômetro de tudo aberto é formado por um recipiente contendo um gás a uma pressão ligado a um tubo em , que contém um líquido incompressível. A outra extremidade do tudo é mantida aberto, sob pressão . A diferença de pressão é determinada, medindo a diferença de altura do líquido. Para um gás a pressão é medida uma diferença . Quando a pressão do gás é , a altura da coluna de líquido medida é . Expresse e em termos de e , você pode concluir que:

a)

b)

c)

d)

e)