8 Questões de Passagem e reflexão da luz

— Se a gente ligar direto na bateria de 12 V, qual componente vai puxar uma corrente previsivel? — perguntou um voluntario ao montar uma lanterna de emergencia com pecas reaproveitadas. Para decidir, ele usou uma fonte CC ajustavel e um multimetro e anotou pares (V, I) em dois componentes: um resistor de potencia e uma lampada incandescente pequena. Os valores medidos foram: Resistor: (2,0 V; 0,20 A), (4,0 V; 0,40 A), (6,0 V; 0,60 A), (8,0 V; 0,80 A), (10,0 V; 1,00 A). Lampada: (2,0 V; 0,50 A), (4,0 V; 0,70 A), (6,0 V; 0,82 A), (8,0 V; 0,90 A), (10,0 V; 0,95 A). A ideia era comunicar em um folheto simples se algum deles pode ser aproximado por uma resistencia constante no intervalo testado. Interprete os dados medidos e identifique a frase que melhor comunica, para um publico leigo, qual componente pode ser modelado por resistencia aproximadamente constante e seu valor em unidade SI.

1. A) O resistor pode ser tratado como R aprox 10 W, quase constante no intervalo testado.
2. B) O resistor pode ser tratado como R aprox 12 ohm, quase constante no intervalo testado.
3. C) O resistor pode ser tratado como R aprox 0,10 ohm, quase constante no intervalo testado.
4. D) A lampada pode ser tratada como R aprox 10 ohm, quase constante no intervalo testado.
5. E) O resistor pode ser tratado como R aprox 10 ohm, quase constante no intervalo testado.

Tecnicos de uma radio comunitaria testam um pequeno painel fotovoltaico para recarregar baterias de um transmissor em casos de falta de energia. Em um dia de ceu aberto, um sensor indica irradiancia de 800 W/m^2 sobre o painel, cuja area e 0,12 m^2. Para avaliar o melhor uso, os tecnicos conectam resistores como carga e anotam a tensao (V) e a corrente (I) medidas nos terminais do painel: R=2,0 ohm: V=1,8 V; I=0,90 A R=4,0 ohm: V=3,0 V; I=0,75 A R=6,0 ohm: V=3,6 V; I=0,60 A R=8,0 ohm: V=4,0 V; I=0,50 A R=10 ohm: V=4,2 V; I=0,42 A Eles pretendem divulgar ao publico um boletim simples com o resultado do ensaio, destacando a maior potencia eletrica obtida e o rendimento aproximado nessa condicao. Com base nos dados do ensaio, identifique o trecho que comunica corretamente a maior potencia eletrica entregue pela placa e o rendimento aproximado nessa condicao.

1. A) Potencia maxima ~0,90 W em R=2,0 ohm; rendimento ~0,9% considerando 800 W/m^2 em 0,12 m^2.
2. B) Potencia maxima ~2,3 W em R=4,0 ohm; rendimento ~2,3% considerando 800 W/m^2 em 0,12 m^2.
3. C) Potencia maxima ~2,2 W em R=6,0 ohm; rendimento ~2,2% considerando 800 W/m^2 em 0,12 m^2.
4. D) Potencia maxima ~4,2 W em R=10 ohm; rendimento ~4,4% considerando 800 W/m^2 em 0,12 m^2.
5. E) Potencia maxima ~2,3 W em R=4,0 ohm; rendimento ~0,28% considerando irradiancia de 800 W/m^2.

— Se eu cair no rio com a mochila, o colete ainda me segura? — perguntou um barqueiro durante um treino da Defesa Civil. Para responder, os instrutores montaram um teste em uma piscina, usando um boneco de 70 kg. Ao colocar o boneco em um tanque graduado, estimou-se seu volume em 0,072 m^3. Depois, prenderam uma mochila de 8,0 kg, cujo volume foi medido como 0,003 m^3. Por fim, acoplaram um colete inflavel de 0,50 kg que, inflado, adiciona 0,020 m^3 de volume. Considere a densidade da agua igual a 1,0x10^3 kg/m^3 e g = 10 m/s^2. Os instrutores querem escrever uma frase curta para orientar leigos sobre o resultado do teste. Interprete os dados e identifique a frase que melhor comunica se o conjunto (boneco + mochila + colete inflado) tende a flutuar na agua e por qual comparacao fisica essa conclusao e obtida.

1. A) A densidade media do conjunto e cerca de 1,1x10^3 kg/m^3, maior que a da agua, portanto ele afunda.
2. B) O conjunto afunda porque a mochila aumenta a massa, enquanto o colete nao altera o volume total submerso.
3. C) O conjunto flutua porque seu peso 785 N e menor que a massa de agua deslocada 0,095 kg.
4. D) A densidade media do conjunto e cerca de 8,3x10^2 kg/m^3, menor que a da agua, portanto ele flutua.
5. E) O conjunto flutua porque o empuxo e igual a 78,5 N, que supera o peso do boneco.

— Se eu dobrar a fibra para passar atrás do armário, o sinal cai? — perguntou um morador durante a instalação de internet em uma associação comunitária. Para orientar a equipe, um técnico fez um teste simples (dados ilustrativos). Um laser vermelho de 650 nm foi acoplado a uma fibra plástica, fornecendo potência óptica de entrada Pin = 1,0 mW. Na outra ponta, um fotodiodo mediu a potência de saída Pout. Mantendo o mesmo comprimento de fibra, o técnico repetiu a medida com diferentes curvaturas em um canto, registrando: Raio da curva R = 10 cm -> Pout = 0,95 mW R = 6 cm -> Pout = 0,90 mW R = 3 cm -> Pout = 0,60 mW R = 1 cm -> Pout = 0,20 mW O objetivo era escrever uma orientação ao público sobre como fixar a fibra sem piorar a conexão. Interprete os dados do teste e identifique a orientação que comunica corretamente o raio mínimo de curvatura para manter ao menos 90% de Pin e a explicação física associada.

1. A) Recomendar R >= 10 cm, pois só 0,95 mW garante 90% de Pin e a potência depende do comprimento de onda do laser.
2. B) Recomendar R >= 6 cm, pois abaixo disso parte da luz deixa de sofrer reflexão interna total e escapa da fibra.
3. C) Recomendar R >= 1 cm, pois a queda em Pout ocorre só no início e depois se estabiliza para curvas menores.
4. D) Recomendar R >= 3 cm, pois 0,60 mW representa 90% de Pin quando se considera a sensibilidade do sensor.
5. E) Recomendar R >= 6 cm, pois curvas menores aumentam a absorção do plástico e transformam mais luz em calor.

— Se a caixa térmica é “fechada”, por que as bolsas de gelo acabam? — perguntou uma agente de saúde, ao preparar o transporte de insulina. Na oficina, foram comparadas duas caixas com a mesma área de troca térmica (0,50 m^2) e espuma isolante com condutividade térmica k = 0,030 W/(m*K). Em ambas, buscou-se manter o interior a 5 °C em um dia de 35 °C. Para estimar a entrada de calor, considerou-se apenas condução pela espuma, usando P = k*A*DeltaT/L. A primeira caixa tinha espessura L = 2,0 cm e a segunda, L = 4,0 cm. Em cada teste, colocaram-se duas bolsas de gelo idênticas, e adotou-se que, até perderem a eficácia, elas absorvem ao todo 240 kJ de energia térmica. Interprete os dados e identifique a frase mais adequada para orientar o público, comunicando a estimativa do efeito de dobrar a espessura do isolante no tempo de conservação.

1. A) Dobrar L aumenta P de 22 para 45 W e reduz o tempo de cerca de 6 h para 3 h, como aumentar resistencia aumenta corrente.
2. B) Dobrar L reduz P de 22 para 11 W e eleva o tempo de cerca de 3 h para 6 h, como aumentar resistencia reduz corrente.
3. C) Dobrar L reduz P de 22 para 5,5 W e eleva o tempo de cerca de 3 h para 12 h, pois a espessura dobra e a area dobra junto.
4. D) Dobrar L reduz P de 22 para 11 W e reduz o tempo de cerca de 3 h para 1,5 h, pois menor potencia usa energia mais rapido.
5. E) Dobrar L mantem P em 22 W e mantem o tempo em cerca de 3 h, pois DeltaT em Celsius nao conta na condução.

— Se eu ligar esse fio direto na bateria, ele vai puxar muita corrente? — perguntou uma voluntária em um conserto comunitário de equipamentos. Para responder, o grupo testou um trecho de fio de nicromo (resistividade informada no rolo: rho = 1,1 x 10^-6 ohm m a 20°C) e mediu a corrente I para diferentes tensões V, usando uma fonte ajustável. Os dados obtidos foram: V (em V): 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 I (em A): 0,20; 0,40; 0,61; 0,79; 1,01 Como referência para o cartaz, o grupo lembrou a relação V = R I e pretende publicar uma frase única, curta e clara, com unidade no SI, que represente o resultado principal do teste. Com base nos dados e na relação V = R I, identifique a frase que comunica corretamente a resistência elétrica do fio para o cartaz.

1. A) Resistência do fio: R = 5,0 V, pois a maior tensão aplicada no teste foi 5,0 V.
2. B) Resistência do fio: R = 0,20 A/V, pois a razão I/V se mantém aproximadamente constante nas medições.
3. C) Resistência do fio: R = 5,0 ohm, pois V/I se mantém aproximadamente constante nas medições.
4. D) Resistência do fio: R = 5,0 A/V, pois quanto maior a tensão, maior é a corrente medida no teste.
5. E) Resistência do fio: R = 0,20 ohm, pois a corrente é 0,20 A quando a tensão é 1,0 V.