Questões BNCC EM13CNT303

— Se o carregador é “mais forte”, por que o celular esquenta? — perguntou um usuário em um fórum.

Uma postagem de divulgação científica respondeu usando números: um carregador de 25 W leva cerca de 30 min para levar a bateria de 20% a 80%; um de 10 W faz o mesmo em 75 min. O texto afirmou que “o rápido esquenta menos porque fica menos tempo ligado”. Para discutir isso, a postagem adotou um modelo simplificado: a eficiência elétrica do conjunto (carregador + circuito de carga) é 0,80, de modo que 20% da energia elétrica recebida vira calor no aparelho. Considerou ainda massa do celular de 0,20 kg e calor específico médio de 900 J/(kg K), desprezando perdas de calor para o ambiente. (Use 1 min = 60 s.)

Analise os dados do texto e estime a maior elevação de temperatura do aparelho, supondo que o calor gerado não se dissipe. Que interpretação sobre o argumento “carregador rápido esquenta menos” decorre dessa estimativa?

— Esse fone “corta 20 dB” mesmo? — perguntou um passageiro em um vídeo de tecnologia sobre conforto em ônibus interestaduais. O apresentador explicou que o nível sonoro L, em decibéis (dB), é calculado por L = 10 log10(I/I0), em que I é a intensidade sonora (em W/m^2) e I0 = 1,0 x 10^-12 W/m^2 é uma referência. No vídeo, ele comparou o ruído do motor, medido como 80 dB dentro do ônibus, com o som percebido ao ativar o cancelamento, que reduziria o nível para 60 dB. Em seguida, concluiu: “Como caiu 20 dB, o barulho ficou 4 vezes menor em intensidade”.

Com base no modelo apresentado no texto, calcule a razão entre a intensidade sonora com cancelamento ativo e a intensidade inicial do ruído do motor.

Em redes sociais, circula a afirmação de que qualquer objeto exposto a radiação nuclear se torna automaticamente perigoso para sempre. Especialistas explicam que isso depende do tipo de radiação e do material exposto.

— Que análise crítica essa situação exige?

— “A 60 km/h, parece que dá tempo de parar em qualquer esquina”, comenta o narrador de um vídeo curto sobre segurança no trânsito. Em seguida, a divulgação científica explica que, em uma frenagem “no limite”, a força que para o carro vem do atrito entre pneu e asfalto. Para um trecho de asfalto seco, o vídeo adota coeficiente de atrito mu = 0,70 e aproxima a desaceleração máxima por a = mu g, com g = 10 m/s^2. Nessa situação idealizada, sem considerar o tempo de reação do motorista, o vídeo relaciona a distância mínima de frenagem d à velocidade inicial v por d = v^2/(2a). A publicação conclui que aumentar a velocidade eleva muito a distância necessária para parar o veículo, mesmo quando o piso está “bom”.

Com base nas relações apresentadas no texto, estime a distância mínima de frenagem (sem tempo de reação) de um carro a 60 km/h nesse asfalto seco.

Por que o ouvido “estala” quando a pessoa desce na água? Em um texto de divulgação científica sobre mergulho recreativo, um instrutor explica que, ao se afastar da superfície, a pressão exercida pela água aumenta e pode causar desconforto no tímpano se a descida for rápida. O texto menciona que a pressão na superfície do mar é, aproximadamente, 1,0 x 10^5 Pa e que a contribuição da coluna de água pode ser estimada por DeltaP = rho g h, em que rho é a densidade da água (adote 1,0 x 10^3 kg/m^3), g = 10 m/s^2 e h é a profundidade. Durante um treino em mar calmo, uma aluna desce até h = 6,0 m, mantendo a respiração e parando para equalizar sempre que sente pressão nos ouvidos.

Considere as informações do texto e estime o aumento de pressão exercido pela água sobre o tímpano da aluna, em relação à pressão na superfície, ao atingir 6,0 m de profundidade.

— Dá para aquecer água só com uma caixa e mangueira preta? — perguntou um morador ao ler um post de divulgação científica sobre “chuveiro solar” em redes sociais. O texto descreve um modelo simplificado para estimar o aquecimento da água: a caixa recebe irradiância solar média de 800 W/m^2, em uma área exposta de 1,5 m^2. Desse total, 60% é efetivamente convertido em calor na água (o restante é refletido ou aquece a própria estrutura). O autor também considera uma perda de calor aproximadamente constante de 180 W para o ar, enquanto a água circula.

Para um teste, 12 kg de água entram a 26 °C e ficam circulando por 40 min. O post orienta usar Q = m c DeltaT, com c = 4,2 x 10^3 J/(kg °C), e desprezar variações da irradiância durante o intervalo.

Com base no modelo e nos dados do texto, conclua o aumento aproximado de temperatura da água ao fim dos 40 min, considerando o balanço entre potência absorvida e perdas.

Como um bico nebulizador “puxa” água de um balde sem usar bomba? Em um vídeo de divulgação científica (dados fictícios), o apresentador descreve um bico do tipo Venturi usado para resfriar mesas ao ar livre: um compressor envia ar pelo bico, e um tubo lateral liga o bico a um reservatório de água 0,80 m abaixo. O vídeo afirma que, ao acelerar, o ar reduz a pressão no estreitamento e “suga” a água, que sobe pelo tubo e sai em forma de névoa.

Para estimar se isso é viável, o apresentador adota a aproximação de que a queda de pressão no estreitamento é da ordem de DeltaP = 1/2*rho_ar*v^2, com rho_ar = 1,2 kg/m^3. Ele lembra que, para a água subir até a entrada do bico, a sucção precisa compensar a pressão hidrostática rho_agua*g*h, com rho_agua = 1,0x10^3 kg/m^3 e g = 10 m/s^2. No vídeo, menciona-se um jato de ar com v = 60 m/s.

Com base nas aproximações do texto, estime a velocidade mínima do ar para que a sucção consiga elevar a água por h = 0,80 m até o bico.

— “Se a gente muda o canal do rádio, muda também a ‘onda’ que chega na antena?”, perguntou um pescador durante um programa de rádio comunitária sobre comunicação em áreas isoladas. O convidado, um técnico de telecomunicações, explicou que esses rádios usam ondas eletromagnéticas e que cada canal é identificado por uma frequência. Na entrevista, ele citou que alguns comunicadores náuticos operam em torno de 156 MHz e lembrou que, no ar, essas ondas se propagam com velocidade próxima à da luz, c = 3,0 x 10^8 m/s. Segundo ele, conhecer o comprimento de onda ajuda a entender por que certas antenas têm dimensões típicas e por que obstáculos afetam de modo diferente sinais de frequências distintas.

Com base nos dados do texto, determine o comprimento de onda aproximado do sinal de 156 MHz, em metros.