Questões de Concurso

Uma placa está sobre uma plataforma plana e horizontal, conforme visto na figura. Entre a placa e a superfície da plataforma existe um filme de óleo viscoso com uma espessura regular e constante de 1 mm.
Uma lata de areia está ligada à placa por um único fio flexível e inextensível. Foi verificado que este balde desce sob a ação da gravidade a uma velocidade constante de 0,02 m/s.



Dados:
• área da superfície da placa: 6 m²;
• viscosidade dinâmica constante do óleo, μ: 4 N.s/m²;
• densidade da areia: 1600 kg/m³;
• aceleração da gravidade, g: 10 m/s²;
• peso do balde é desprezível;
• considerar a polia livre de atrito;
• tensão de cisalhamento:  onde, ε é a espessura do filme e ΔV é a diferença de velocidade a uma distância de superfícies.

Qual a quantidade de areia no balde?

O sistema internacional de unidades escolheu, por razões experimentais e práticas, privilegiar a unidade eletrodinâmica ampère (A) em termos da escala do valor para ser assumido como unidade em detrimento à quantidade de carga elétrica estática, em coulomb. Assim, embora 1 A seja algo comum na vida doméstica moderna (1 coulomb de carga fluindo por segundo em um condutor sem acúmulo), o mesmo não ocorre com 1C. Entretanto, é comum encontrar exercícios de eletrostática em materiais didáticos com quantidades inteiras de coulomb de carga estática.

Para explorar isso, um professor propõe o sistema abaixo: duas esferas de 1cm de diâmetro carregadas, alinhadas com suas superfícies separadas de 2 cm conforme o esquema. A esfera de cima é presa ao teto por meio de uma haste isolante, e ambas são carregadas com cargas opostas, uma com +1C e outra com -1C.




Na esfera de baixo é presa uma sacola. Considerando K = 9 x 10⁹ Nm² /C² e g = 10 m/s² , a massa que se poderia colocar dentro da sacola para produzir equilíbrio estático seria de:

Um interessante experimento para a medição da velocidade do som, de cerca de 340 m/s, pode ser realizado a partir das frequências de ressonância do som produzido com uma garrafa sendo soprada, que correspondem aos harmônicos (ondas estacionárias). Na extremidade fechada da garrafa teremos uma região de alta pressão (nó) e na extremidade aberta por onde o ar flui para produzir o som temos uma região de baixa pressão (ventre). Em um aplicativo de celular que analise o espectro sonoro, o som produzido pela garrafa é decomposto nas frequências mais intensas permitindo a identificação dos harmônicos (ondas estacionárias) no interior da garrafa como picos no registro da intensidade sonora pelo celular. Particularmente, para os harmônicos mais altos verifica-se melhor adequação do modelo de ondas estacionárias em tubo reto semiaberto (o efeito do formato da garrafa fica menos relevante). Considerando que em um experimento todos os harmônicos possíveis aparecem registrados no celular, o terceiro pico em intensidade produzido em garrafa de 20 cm deve ter frequência próxima de:

Molas são dispositivos práticos para emprego em experimentos de sala de aula. Um professor suspende verticalmente um mesmo corpo com duas molas iguais em duas situações: arranjo de molas em série (s) e em paralelo (p) para observar o movimento oscilatório produzido pelo arranjo. 
Fonte: adaptado de wikipedia commons




Assinale a alternativa que identifica corretamente a relação esperada para a proporção Ts/Tp entre os períodos de oscilação, Ts e Tp, de cada situação considerando que o modelo elástico para a força de restituição é válido.

Na presença da força de arrasto significativo a queda livre não é um modelo adequado para a descrição da queda dos corpos. Dois modelos efetivos usualmente são evocados para explorar o fenômeno e envolvem a força de resistência, surgida no deslocamento do corpo contra um meio fluido, dependente da velocidade:
Modelo 1: proporcional (dependência linear) da força de resistência com a velocidade (quando o corpo se desloca em meio denso suficiente para que o escoamento do fluido sob sua superfície seja laminar)

Modelo 2: com dependência quadrática da força de resistência com velocidade (quando o escoamento do fluido contra o corpo apresenta turbulência). 

Em termos desses dois modelos considerando um corpo de 1kg com velocidade terminal de 20 m/s, e assumindo g = 10 m/s² , os valores estimados dos coeficientes de proporcionalidade desta força produzida sobre o corpo nos modelos 1 e 2, respectivamente, são: