Lista de Exercícios Resolvidos de Energia, Trabalho e Potência

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Um tanque rígido de 1,8   m 3 contém 0,2   k g de N 2 e 0,15   k g de ar separados por um pistão móvel. O êmbolo está inicialmente travado por pinos. Nesta condição, o N 2 ocupa 1   m 3 do tanque. Considere que ambos os gases perfeitos possuem a mesma temperatura. Além disso, suponha que a massa molar do N 2 vale 28,013   k g / k m o l e que a massa molar do ar vale 28,97   k g / k m o l . Após a remoção dos pinos, o pistão se movimenta. Quando isso ocorre, o N 2 realiza trabalho sobre o ar ou o ar realiza trabalho sobre o N 2 ?

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Um tanque rígido de 2   m 3 contém 0,2   k g de N 2 , 0,3   k g de ar e 0,1   k g de hélio H e separados por dois pistões móveis. Os êmbolos estão inicialmente travados por pinos. Nesta condição, o N 2 ocupa 1   m 3 do tanque e o H e ocupa 0,6   m 3 . Considere que os três gases perfeitos possuem 300   K de temperatura. Além disso, suponha que a massa molar do N 2 vale 28,013   k g / k m o l , que a massa molar do ar vale 28,97   k g / k m o l e que a massa molar do H e vale 4,003   k g / k m o l . Após a remoção dos pinos, os pistões se movimentam. As temperaturas de todos os gases permanecem constantes durante toda a movimentação. Após os pistões pararem, determine se cada gás realizou ou sofreu trabalho durante o reposicionamento dos êmbolos.

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Considere um sistema composto por 0,05   k m o l gás perfeito no interior de um conjunto cilindro-pistão. O êmbolo está inicialmente travado por pinos e sobre ele é posto um peso de 70   k g . Nesse instante o gás ocupa 1   m 3 do cilindro e se encontra a 300   K . Após a remoção dos pinos, o pistão se movimenta. O sistema realiza trabalho sobre a vizinhança ou a vizinhança realiza trabalho sobre o sistema? O trabalho é positivo ou negativo? Considere que o pistão possua um diâmetro de 30   c m e que a pressão atmosférica sobre o êmbolo valha 101   k P a . Além disso, suponha que a massa do pistão seja desprezível.

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A figura abaixo mostra um motor elétrico acionado por uma bateria. Esse motor faz um eixo girar. Como consequência, a hélice acoplada ao eixo também gira e agita o gás presente em um tanque rígido.

Considere três sistemas. Cada um formado por uma fronteira diferente. O sistema 1 é representado pelo gás no interior do tanque. O sistema 2 inclui o tanque e o motor elétrico. O sistema 3 inclui o tanque, o motor elétrico e a bateria. Determine se esses três sistemas realizam trabalho sobre a vizinhança ou se a vizinhança realiza trabalho sobre eles. Para cada sistema, diga se o trabalho é positivo ou negativo.

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Considere um sistema composto por um gás perfeito no interior de um conjunto cilindro-pistão. O êmbolo está inicialmente travado por pinos e sobre ele é posto um peso de 50   k g . A pressão do gás é igual a 150   k P a . Após a remoção dos pinos, o pistão se movimenta. O sistema realiza trabalho sobre a vizinhança ou a vizinhança realiza trabalho sobre o sistema? O trabalho é positivo ou negativo? Considere que o pistão possua um diâmetro de 20   c m e que a pressão atmosférica sobre o êmbolo valha 101   k P a . Além disso, suponha que a massa do pistão seja desprezível.

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Duas engrenagens estão girando acopladas. A engrenagem motora empurra a engrenagem movida com uma força de 15   N . O ponto de contato entre elas está a 0,3   m de distância do centro da engrenagem motora. A engrenagem motora gira com velocidade de 0,5 π   r a d / s . Qual a potência de giro da engrenagem motora?

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Considere um sistema composto por um gás perfeito no interior de um conjunto cilindro-pistão. Uma força de 10   N tenta pressionar o pistão para baixo. A pressão do gás é igual a 200   k P a . O pistão possui um diâmetro de 10   c m . O sistema realiza trabalho sobre a vizinhança ou a vizinhança realiza trabalho sobre o pistão? O trabalho é positivo ou negativo?

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O eixo de um ventilador gira com a velocidade igual a 6 π   r a d / s . O motor elétrico impõe um torque de 10   N ⋅ m . Calcule a potência de giro desse eixo.

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