OBF 2007

Questão 1

Depois de ler o texto acima dois alunos ficaram discutindo o que tinham entendido e travaram o seguinte diálogo:

I) – Entendi que o motor híbrido é uma composição de três motores. O movimento inicial é produzido pelo motor eletromagnético e o MCI tem também o papel de recarregar as baterias.

II) – Gostei do que li, principalmente o que dizem os engenheiros da Toyota, que este carro consome apenas um litro de gasolina a cada 42,5 km.

III) – Não é verdade. O valor correto, de acordo com os engenheiros da Toyota, é que o Prius faz, em média, 25 km com um litro de gasolina.

IV) – Porque o MCI só entra em ação aos 7,5 m/s

Podemos dizer das três afirmações acima que:

A. Apenas as afirmação I e IV estão corretas.
B. As afirmações I, II e IV estão corretas.
C. Somente a afirmação III está correta.
D. Apenas as afirmações I e II estão corretas.
E. As afirmações I e III estão corretas.

Observando a discussão e o interesse dos estudantes pelo assunto de automóveis, de Física e, principalmente, de economia de combustível, o professor entregou, para complementar, um segundo texto: Texto 2

Após o lançamento deste veículo, que em parte coincide com aumento repentino do preço dos combustíveis, a perspectiva de declínio da produção de petróleo e, finalmente, a questão do efeito estufa, ocorreu uma mudança de atitude por parte alguns motoristas. Eles passaram a dirigir de tal forma a aproveitar mais o combustível. Colocaram, então, na Internet (http://www.metrompg.com/posts/pulse-and-glide.htm) um gráfico da velocidade x tempo de um automóvel PRIUS. Observa-se, no gráfico acima, uma velocidade de 15 m/s, visando economizar combustível, acelera o automóvel suavemente no início e depois com mais força até atingir a velocidade máxima de 20 m/s. Em seguida, retira o pé do acelerador, sempre de forma gentil, mas o automóvel não fica no estado que muitos motoristas experientes chamam de “banguela”, em razão da existência de um sistema de transmissão, chamado de planetário (visto na figura do motor múltiplo híbrido). O atrito do automóvel com o ar, ou seja, a sensação de ventania nas mãos quando o carro encontra-se em movimento, e o atrito dissipativo do pneu com chão, e não a força restauradora, fazem com que a velocidade diminua. Nesta fase o MCI fica inativo e o motorista, ao observar que atingiu a velocidade de 15 m/s, volta a acelerar, no início mais suavemente, para um novo ciclo que os usuários do modelo Prius denominam de “pulse and glide” e que podemos traduzir por “acelerar e navegar”. Note também que o gráfico é semelhante ao de uma partícula realizando Movimento Harmônico Simples (MHS) e, como já sabemos, o MHS é a descrição do movimento de um pêndulo em torno de sua posição de equilíbrio (veja a figura complementar a primeira). Porém, essa comparação se resume apenas ao gráfico, pois no movimento pendular existe uma força restauradora, a qual faz com que ocorra um movimento de vai-e-vem em torno do ponto de equilíbrio, ao levantarmos um pouco a altura do pêndulo. Este processo parece ser uma aplicação em contexto maior do que deveria ser ensinado nas autoescolas, nas quais o instrutor deveria dizer que, para dirigir de forma econômica, o automóvel deve estar bem equilibrado. Por exemplo, quando o carro estiver estacionado o peso deve estar bem distribuído pelo

chassi nos quatro pneus. O automóvel BMW 325i Touring, segundo especificação dos fabricantes, tem cerca de “15.000 N de peso, distribuído próximo do ideal de 50% na frente e 50% na traseira (com tanque vazio fica em torno de 53/47, para que, quando abastecido, não haja desequilíbrio)”. No caso do Prius, com 12.000 N, esta relação é de 60/40, que é uma óbvia desvantagem para a economia de combustível. Este peso deve continuar bem distribuído numa situação dinâmica. O automóvel, ao ser freado, sofre uma transferência de peso, da parte traseira para a dianteira, ou seja, um desequilíbrio momentâneo, como podemos observar na figura abaixo. A transferência de peso também ocorre ao acelerarmos ou ao fazermos uma curva. Um aluno mais inquisitivo perguntará como pode haver uma transferência de peso, se todas as partes que formam o automóvel são fixas. Podemos responder, resumidamente, que a mesma ocorre devido à ação da inércia e do atrito dos pneus sobre o Centro de Gravidade (CG) do automóvel, indicada também na figura abaixo. Assim, houve uma transferência virtual de peso e neste contexto é interessante mencionar que o bom entendimento das Leis de Newton proporciona uma boa dirigibilidade e uma economia de combustível.

A aplicação destas e outras leis da natureza em diferentes situações proporcionará ao futuro motorista uma direção mais prazerosa e uma contribuição à preservação da natureza.

Topic: Newtonian Mechanics, Oscillations & Waves Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Pendulum Fonte: Testo (PDF) — p.2

Quesito 1

Dopo aver letto il testo sopra due studenti hanno discusso su ciò che avevano capito e hanno avuto il seguente dialogo:

I) – Ho capito che il motore ibrido è una composizione di tre motori. Il movimento iniziale è prodotto dal motore elettromagnetico e il MCI ha anche il ruolo di ricaricare le batterie.

II) – Mi è piaciuto quello che ho letto, soprattutto quello che dicono gli ingegneri della Toyota, che questa auto consuma solo un litro di benzina ogni 42,5 km.

III) – Non è vero. Il valore corretto, secondo gli ingegneri della Toyota, è che la Prius fa, in media, 25 km con un litro di benzina.

IV) – Perché il MCI entra in azione solo a 7,5 m/s

Possiamo dire delle tre affermazioni sopra che:

A. Solo le affermazioni I e IV sono corrette.
B. Le affermazioni I, II e IV sono corrette.
C. Solo l’affermazione III è corretta.
D. Solo le affermazioni I e II sono corrette.
E. Le affermazioni I e III sono corrette.

Osservando la discussione e l’interesse degli studenti per l’argomento automobili, di Fisica e, soprattutto, di economia di carburante, il professore ha consegnato, per integrare, un secondo testo: Testo 2

Dopo il lancio di questo veicolo, che in parte coincide con l’aumento improvviso del prezzo dei carburanti, la prospettiva di declino della produzione di petrolio e, infine, la questione dell’effetto serra, si è verificato un cambiamento di atteggiamento da parte di alcuni automobilisti. Hanno iniziato a guidare in modo da sfruttare maggiormente il carburante. Hanno messo, quindi, nella Internet (http://www.metrompg.com/posts/pulse-and-glide.htm) un grafico della velocità in funzione del tempo di un’automobile PRIUS. Si osserva, nel grafico sopra, una velocità di 15 m/s, al fine di risparmiare carburante, accelera l’automobile dolcemente all’inizio e poi con più forza fino a raggiungere la velocità massima di 20 m/s. Subito dopo, toglie il piede dall’acceleratore, sempre in modo gentile, ma l’automobile non resta nello stato che molti guidatori esperti chiamano “in folle”, a causa dell’esistenza di un sistema di trasmissione, chiamato planetario (visto nella figura del motore multiplo ibrido). L’attrito dell’automobile con l’aria, cioè la sensazione di vento sulle mani quando l’auto è in movimento, e l’attrito dissipativo del pneumatico con il suolo, e non la forza di richiamo, fanno sì che la velocità diminuisca. In questa fase il MCI resta inattivo e il guidatore, nell’osservare di aver raggiunto la velocità di 15 m/s, torna ad accelerare, all’inizio più dolcemente, per un nuovo ciclo che gli utenti del modello Prius chiamano “pulse and glide” e che possiamo tradurre con “accelerare e navigare”. Si noti inoltre che il grafico è simile a quello di una particella che compie un Moto Armonico Semplice (MHS) e, come già sappiamo, il MHS è la descrizione del moto di un pendolo attorno alla sua posizione di equilibrio (si veda la figura complementare alla prima). Tuttavia, questo confronto si riduce soltanto al grafico, poiché nel moto pendolare esiste una forza di richiamo, la quale fa sì che avvenga un movimento avanti e indietro attorno al punto di equilibrio, quando solleviamo un po’ l’altezza del pendolo. Questo processo sembra essere un’applicazione in un contesto più ampio di quanto dovrebbe essere insegnato nelle autoscuole, nelle quali l’istruttore dovrebbe dire che, per guidare in modo economico, l’automobile deve essere ben equilibrata. Per esempio, quando l’auto è parcheggiata il peso deve essere ben distribuito sul

telaio sui quattro pneumatici. L’automobile BMW 325i Touring, secondo le specifiche dei costruttori, ha circa “15.000 N di peso, distribuito vicino all’ideale del 50% all’anteriore e 50% al posteriore (con serbatoio vuoto si aggira intorno a 53/47, affinché, una volta rifornita, non vi sia squilibrio)”. Nel caso della Prius, con 12.000 N, questo rapporto è di 60/40, che è un’ovvia svantaggio per il risparmio di carburante. Questo peso deve rimanere ben distribuito in una situazione dinamica. L’automobile, quando viene frenata, subisce un trasferimento di peso, dalla parte posteriore a quella anteriore, cioè uno squilibrio momentaneo, come possiamo osservare nella figura sottostante. Il trasferimento di peso avviene anche quando acceleriamo o quando affrontiamo una curva. Uno studente più inquisitivo chiederà come possa esserci un trasferimento di peso, se tutte le parti che formano l’automobile sono fisse. Possiamo rispondere, in sintesi, che esso avviene a causa dell’azione dell’inerzia e dell’attrito dei pneumatici sul Centro di Gravità (CG) dell’automobile, indicata anch’essa nella figura sottostante. Così, vi è stato un trasferimento virtuale di peso e in questo contesto è interessante menzionare che la buona comprensione delle Leggi di Newton fornisce una buona guidabilità e un risparmio di carburante.

L’applicazione di queste e altre leggi della natura in situazioni diverse fornirà al futuro guidatore una guida più piacevole e un contributo alla preservazione della natura.

Question 1

After reading the text above, two students began discussing what they had understood and had the following dialogue:

I) – I understood that the hybrid engine is a combination of three engines. The initial movement is produced by the electromagnetic engine and the ICE also has the role of recharging the batteries.

II) – I liked what I read, especially what the Toyota engineers say, that this car consumes only one liter of gasoline every 42.5 km.

III) – That is not true. The correct value, according to the Toyota engineers, is that the Prius does, on average, 25 km with one liter of gasoline.

IV) – Because the ICE only comes into action at 7.5 m/s

We can say about the three statements above that:

A. Only statements I and IV are correct.
B. Statements I, II and IV are correct.
C. Only statement III is correct.
D. Only statements I and II are correct.
E. Statements I and III are correct.

Observing the discussion and the students’ interest in the subject of automobiles, Physics and, mainly, fuel economy, the teacher handed out, to complement it, a second text: Text 2

After the launch of this vehicle, which in part coincides with the sudden increase in fuel prices, the prospect of declining oil production and, finally, the issue of the greenhouse effect, there was a change in attitude on the part of some drivers. They began to drive in such a way as to make better use of fuel. They then placed, in the Internet (http://www.metrompg.com/posts/pulse-and-glide.htm) a graph of speed vs. time of a PRIUS car. It can be observed, in the graph above, a speed of 15 m/s, aiming to save fuel, accelerates the car gently at first and then more strongly until reaching the maximum speed of 20 m/s. Then, the driver takes their foot off the accelerator, always gently, but the car does not enter the state that many experienced drivers call “coasting”, due to the existence of a transmission system, called planetary (seen in the figure of the multiple hybrid engine). The friction of the car with the air, that is, the sensation of wind on the hands when the car is in motion, and the dissipative friction of the tire with the ground, and not the restoring force, cause the speed to decrease. In this phase the MCI becomes inactive and the driver, upon observing that the speed of 15 m/s has been reached, accelerates again, more gently at first, for a new cycle that users of the Prius model call “pulse and glide” and which we can translate as “accelerate and glide”. Note also that the graph is similar to that of a particle performing Simple Harmonic Motion (SHM) and, as we already know, SHM is the description of the motion of a pendulum around its equilibrium position (see the figure complementary to the first). However, this comparison boils down only to the graph, since in pendulum motion there is a restoring force, which causes a back-and-forth motion around the equilibrium point when we raise the height of the pendulum slightly. This process seems to be an application in a broader context than should be taught in driving schools, in which the instructor should say that, in order to drive economically, the car must be well balanced. For example, when the car is parked, the weight must be well distributed by the

chassis on the four tires. The BMW 325i Touring automobile, according to manufacturer specifications, has about “15,000 N of weight, distributed close to the ideal of 50% at the front and 50% at the rear (with an empty tank it is around 53/47, so that, when fueled, there is no imbalance)”. In the case of the Prius, with 12,000 N, this ratio is 60/40, which is an obvious disadvantage for fuel economy. This weight should remain well distributed in a dynamic situation. The automobile, when braked, undergoes a transfer of weight, from the rear to the front, that is, a momentary imbalance, as we can observe in the figure below. Weight transfer also occurs when we accelerate or when we take a curve. A more inquisitive student will ask how there can be a transfer of weight, if all the parts that make up the automobile are fixed. We can answer, briefly, that it occurs due to the action of inertia and the friction of the tires on the Center of Gravity (CG) of the automobile, also indicated in the figure below. Thus, there was a virtual transfer of weight and in this context it is interesting to mention that a good understanding of Newton’s Laws provides good drivability and fuel economy.

The application of these and other laws of nature in different situations will provide the future driver with more pleasant driving and a contribution to the preservation of nature.

Questão 2

Depois de lerem este segundo texto, os dois alunos o continuaram o diálogo:

I) – Pois é, o MHS é um fenômeno natural onde existe uma força restauradora e o Prius é mais econômico quando realiza MHS.

II) – Uma das desvantagens é que ele pesa 7200 N na frente e 4800 N atrás.

III) – E uma das vantagens do “acelerar e navegar” é que quando o MCI fica inativo, a segunda Lei de Newton permite manter o equilíbrio dinâmico.

Podemos dizer das quatro afirmações que:

A. Todas estão erradas.
B. A II e III estão corretas.
C. Apenas a II esta correta.
D. A I e II estão corretas.
E. Todas estão corretas. Agora, uma discussão sobre “eficiência energética em automóveis”.

Texto 3

Estima-se que de cada 100 litros (l) (ou 100%) de gasolina colocados num automóvel (veja o esquema), 62% são usados no MCI ao transformar a energia química da gasolina em energia mecânica; 17% são perdidas nas paradas dos semáforos, congestionamentos etc. Assim, sobraram 21%. Desse valor, 2% são gastos com arcondicionado, motor de limpador de pára-brisa, rádio etc; 6% com o atrito nos diferentes tipos de transmissão necessários para movimentação do automóvel. Vejam que perda! De cada 100 litros que compramos apenas 13 são usados para girar os pneus do automóvel. Infelizmente, nem toda esta energia é usada, pois 4% são perdidos no atrito cinético dos pneus com o solo e 2% pela resistência do ar quando o automóvel se movimenta, sobrando somente 7% para a movimentação do automóvel. Dessa maneira, o automóvel maquina de forma pouco eficiente. O valor de 17% pode ser bastante reduzido pela maneira de dirigir e pelo local, como estradas, ruas com pouco trânsito etc.

Adaptado de (http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy, Thermodynamics Metodi: Free-Body Diagram, Energy Conservation Method, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.3

Quesito 2

Dopo aver letto questo secondo testo, i due studenti hanno continuato il dialogo:

I) – Eh sì, il MHS è un fenomeno naturale in cui esiste una forza richiamante e il Prius è più economico quando realizza un MHS.

II) – Uno degli svantaggi è che pesa 7200 N davanti e 4800 N dietro.

III) – E uno dei vantaggi dell’“accelerare e navigare” è che quando il MCI resta inattivo, la seconda Legge di Newton permette di mantenere l’equilibrio dinamico.

Possiamo dire delle quattro affermazioni che:

A. Tutte sono sbagliate.
B. La II e la III sono corrette.
C. Solo la II è corretta.
D. La I e la II sono corrette.
E. Tutte sono corrette. Ora, una discussione su “efficienza energetica negli automobili”.

Testo 3

Si stima che di ogni 100 litri (l) (o 100%) di benzina immessi in un’automobile (vedi lo schema), il 62% sia usato nel MCI nel trasformare l’energia chimica della benzina in energia meccanica; il 17% sia perso nelle fermate ai semafori, negli ingorghi ecc. Così, sono rimasti il 21%. Di questo valore, il 2% è speso per l’aria condizionata, il motorino del tergicristallo, la radio ecc.; il 6% per l’attrito nei diversi tipi di trasmissione necessari per il movimento dell’automobile. Guardate che perdita! Di ogni 100 litri che acquistiamo solo 13 sono usati per far girare i pneumatici dell’automobile. Purtroppo, nemmeno tutta questa energia è usata, poiché il 4% è perso nell’attrito cinetico dei pneumatici con il suolo e il 2% per la resistenza dell’aria quando l’automobile si muove, restando solamente il 7% per il movimento dell’automobile. In questo modo, l’automobile macina in modo poco efficiente. Il valore del 17% può essere notevolmente ridotto dal modo di guidare e dal luogo, come strade, vie con poco traffico ecc.

Adattato da (http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml

Question 2

After reading this second text, the two students continued the dialogue:

I) – Well, SHM is a natural phenomenon where there is a restoring force and the Prius is more economical when it performs SHM.

II) – One of the disadvantages is that it weighs 7200 N at the front and 4800 N at the back.

III) – And one of the advantages of “accelerate and glide” is that when the ICE is inactive, Newton’s second law allows maintaining dynamic equilibrium.

We can say of the four statements that:

A. All are wrong.
B. II and III are correct.
C. Only II is correct.
D. I and II are correct.
E. All are correct. Now, a discussion about “energy efficiency in automobiles”.

Text 3

It is estimated that out of every 100 liters (l) (or 100%) of gasoline put into an automobile (see the diagram), 62% are used in the ICE when transforming the chemical energy of gasoline into mechanical energy; 17% are lost at traffic light stops, traffic jams, etc. Thus, 21% remained. Of this value, 2% are spent on air conditioning, windshield wiper motor, radio, etc.; 6% on friction in the different types of transmission necessary for moving the automobile. See what a loss! Out of every 100 liters that we buy, only 13 are used to turn the automobile’s tires. Unfortunately, not all of this energy is used, since 4% are lost in the kinetic friction of the tires with the ground and 2% to air resistance when the automobile moves, leaving only 7% for moving the automobile. In this way, the automobile performs inefficiently. The value of 17% can be greatly reduced by the way of driving and by the location, such as highways, streets with little traffic, etc.

Adapted from (http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml

Questão 3

Pergunto: Qual é a porcentagem aproximada de energia que chega às rodas do veículo e é usada para sua movimentação no asfalto?

a) 13% b) 35 % c) 46% d) 7% e) 40 %

Topic: Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Conservation Laws Competenze: Physical Reasoning, Estimation & Approximation Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.4

Domanda 3

Domanda: Qual è la percentuale di energia approssimativa che arriva alle ruote del veicolo ed è usato per il suo il movimento sull’asfalto?

a) 13% b) 35 % c) 46% d) 7% e) 40 %

Question No 3

Question: What is the approximate percentage of energy which reaches the wheels of the vehicle and is used for its movement on the asphalt?

a) 13% b) 35 % c) 46% d) 7% e) 40 %

Questão 4

Aproximando-se a energia química contida em um litro de gasolina para $30 \times 1 0^{6}$ J e considerando que um automóvel típico de 1000 $cm^{3}$ (Uno Mille, por exemplo) faz cerca de 15 km/l na estrada, sabendo-se, ainda, que apenas 13% da energia gerada no MCI vão para os pneus, pergunta-se: qual o valor da força média feita pelos pneus no asfalto para manter o automóvel a velocidade constante durante os 15 km?

a) 240 N b) 450 N c) 585 N d) 260 N e) 390 N

Texto 4

A segunda lei de Newton, aplicada às principais forças que atuam sobre o automóvel é expressa, para o caso unidimensional, como

O primeiro termo do lado direito da igualdade é a parte da força, que vem do motor híbrido através do sistema de engrenagens, a qual termina com a aplicação da força pelo pneu ao chão. Depois, vemos as forças chamadas genericamente de forças dissipativas, pois impedem o máximo aproveitamento dos mecanismos de tração do automóvel. A primeira é a força de atrito cinético do pneu com o chão e a segunda é força da resistência do ar. Do lado esquerdo da equação temos a massa m do automóvel e, por fim, a aceleração a do veículo em funcionamento. Para melhor compreensão, as fórmulas das duas últimas forças acompanham a figura a seguir. A unidade de Far é Newton e algumas constantes foram simplificadas para aparecer o valor 1⁄4 na força de resistência do ar.

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Kinematic Equations, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.4

Quesito 4

Approssimando l’energia chimica contenuta in un litro di benzina a $30 \times 1 0^{6}$ J e considerando che un’automobile tipica di 1000 $cm^{3}$ (Uno Mille, per esempio) fa circa 15 km/l in strada, sapendo inoltre che solo il 13% dell’energia generata nel MCI va alle gomme, si chiede: qual è il valore della forza media esercitata dalle gomme sull’asfalto per mantenere l’automobile a velocità costante durante i 15 km?

a) 240 N b) 450 N c) 585 N d) 260 N e) 390 N

Testo 4

La seconda legge di Newton, applicata alle principali forze che agiscono sull’automobile, è espressa, per il caso unidimensionale, come

Il primo termine del lato destro dell’uguaglianza è la parte della forza, che viene dal motore ibrido attraverso il sistema di ingranaggi, la quale termina con l’applicazione della forza da parte della gomma al suolo. Poi, vediamo le forze chiamate genericamente forze dissipative, poiché impediscono il massimo sfruttamento dei meccanismi di trazione dell’automobile. La prima è la forza di attrito cinetico della gomma con il suolo e la seconda è la forza della resistenza dell’aria. Dal lato sinistro dell’equazione abbiamo la massa m dell’automobile e, infine, l’accelerazione a del veicolo in funzione. Per una migliore comprensione, le formule delle ultime due forze accompagnano la figura seguente. L’unità di Far è Newton e alcune costanti sono state semplificate per far apparire il valore 1⁄4 nella forza di resistenza dell’aria.

Question 4

Approximating the chemical energy contained in one liter of gasoline to $30 \times 1 0^{6}$ J and considering that a typical 1000 $cm^{3}$ car (Uno Mille, for example) gets about 15 km/l on the highway, knowing, furthermore, that only 13% of the energy generated in the ICE goes to the tires, the question is: what is the value of the average force exerted by the tires on the asphalt to keep the car at constant speed during the 15 km?

a) 240 N b) 450 N c) 585 N d) 260 N e) 390 N

Text 4

Newton’s second law, applied to the main forces acting on the car, is expressed, for the one-dimensional case, as

The first term on the right side of the equality is the part of the force that comes from the hybrid engine through the gear system, which ends with the application of force by the tire to the ground. Then we see the forces generically called dissipative forces, since they prevent the maximum use of the car’s traction mechanisms. The first is the kinetic friction force of the tire with the ground and the second is the air resistance force. On the left side of the equation we have the mass m of the car and, finally, the acceleration a of the vehicle in operation. For better understanding, the formulas of the last two forces accompany the following figure. The unit of Far is Newton and some constants were simplified so that the value 1⁄4 appears in the air resistance force.

Questão 5

Considere, por simplicidade, que o automóvel tem uma área A virtual de 3 $m^{2}$ , um coeficiente de atrito cinético $μ = 0, 02$ e uma massa de 1200 kg. Como na fase de navegação discutida no texto 2, vamos considerar que as baterias estão carregadas e o Motor Múltiplo Híbrido está em repouso. Pergunta-se: no ponto de velocidade máxima do gráfico do texto 2, qual o módulo da desaceleração total

A. $∣ a ∣ = 0, 35 m/s^{2}$
B. $∣ a ∣ = 0, 45 m/s^{2}$
C. $∣ a ∣ = 0, 55 m/s^{2}$
D. $∣ a ∣ = 0, 65 m/s^{2}$
E. $∣ a ∣ = 0, 40 m/s^{2}$

$ma = F_{Motor H \overset{ı}{ˊ} brido} + F_{atrito} + F_{ar}$

$e = 1 - \frac{T _{fria}}{T _{quente}}$

Texto 5

Apreciem, agora, o corte de um MCI de 4 cilindros. A concatenação dos 4 cilindros e a obtenção de uma boa eficiência do combustível exigiu muito trabalho dos engenheiros automobilísticos, mas o princípio de funcionamento do motor é simples e foi desenvolvido por Nicolaus Otto em 1862. Comece ler o ciclo Otto pelo 1, abaixo a sua esquerda.

Topic: Newtonian Mechanics, Fluid Mechanics Metodi: Free-Body Diagram, Kinematic Equations, Vector Decomposition Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.4

Quesito 5

Per semplicità, si consideri che l’automobile abbia un’area A virtuale di 3 $m^{2}$ , un coefficiente di attrito dinamico $μ = 0, 02$ e una massa di 1200 kg. Come nella fase di navigazione discussa nel testo 2, consideriamo che le batterie siano cariche e il Motore Multiplo Ibrido sia a riposo. Si chiede: nel punto di velocità massima del grafico del testo 2, qual è il modulo della decelerazione totale

A. $∣ a ∣ = 0, 35 m/s^{2}$
B. $∣ a ∣ = 0, 45 m/s^{2}$
C. $∣ a ∣ = 0, 55 m/s^{2}$
D. $∣ a ∣ = 0, 65 m/s^{2}$
E. $∣ a ∣ = 0, 40 m/s^{2}$

$ma = F_{Motor H \overset{ı}{ˊ} brido} + F_{atrito} + F_{ar}$

$e = 1 - \frac{T _{fria}}{T _{quente}}$

Testo 5

Osservate, ora, la sezione di un MCI a 4 cilindri. La concatenazione dei 4 cilindri e l’ottenimento di una buona efficienza del carburante hanno richiesto molto lavoro agli ingegneri automobilistici, ma il principio di funzionamento del motore è semplice e fu sviluppato da Nicolaus Otto nel 1862. Iniziate a leggere il ciclo Otto dal 1, in basso alla sua sinistra.

Question 5

For simplicity, consider that the automobile has a virtual area A of 3 $m^{2}$ , a kinetic friction coefficient $μ = 0, 02$ and a mass of 1200 kg. As in the navigation phase discussed in text 2, let us consider that the batteries are charged and the Hybrid Multiple Motor is at rest. The question is: at the point of maximum speed in the graph of text 2, what is the magnitude of the total deceleration

A. $∣ a ∣ = 0, 35 m/s^{2}$
B. $∣ a ∣ = 0, 45 m/s^{2}$
C. $∣ a ∣ = 0, 55 m/s^{2}$
D. $∣ a ∣ = 0, 65 m/s^{2}$
E. $∣ a ∣ = 0, 40 m/s^{2}$

$ma = F_{Motor H \overset{ı}{ˊ} brido} + F_{atrito} + F_{ar}$

$e = 1 - \frac{T _{fria}}{T _{quente}}$

Text 5

Now appreciate the cutaway of a 4-cylinder ICE. The concatenation of the 4 cylinders and obtaining good fuel efficiency required a lot of work from automotive engineers, but the operating principle of the engine is simple and was developed by Nicolaus Otto in 1862. Begin reading the Otto cycle from 1, below to its left.

Questão 6

Por favor, sintetizem o funcionamento do MCI.

I) - Em primeiro lugar é importante dizer que o calor resultante da combustão é uma forma de energia. II) - Podemos afirmar que parte da energia da fonte quente é transformada em trabalho e o resto do calor é perdido no radiador do automóvel. III) - É verdade. Esta e a razão de colocarmos água no radiador, pois seu calor específico é um dos mais altos da natureza. IV) - A expressão da eficiência (e) do MCI é sempre $e = 1 - \frac{T _{fria}}{T _{quente}}$ onde $T_{fria} (T_{quente})$ é a Temperatura da fonte Fria(Quente)

Em relação a este diálogo você pode afirmar que: a) I, II e III estão corretas

B. II e III estão corretas.
C. I e IV estão corretas.
D. Todas estão certas.
E. Apenas I está correta.

Topic: Thermodynamics Metodi: First Law of Thermodynamics, Thermodynamic Cycle Analysis, Energy Conservation Method Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Heat Engine Fonte: Testo (PDF) — p.5

Domanda 6

Per favore, sintetizzate il funzionamento dell’ICM.

I) - In primo luogo, è importante dire che il calore da combustione è una forma di energia. II) - Possiamo affermare che parte dell’energia della fonte calda viene trasformata in lavoro e il resto del calore viene perso nel radiatore dell’auto. III) - È vero. Questo è il motivo per cui mettiamo l’acqua nel radiatore, perché il suo calore specifico è uno dei più alti del natura. IV) - L’espressione di efficienza (e) dell’ICM è sempre $e = 1 - \frac{T _{fria}}{T _{quente}}$ dove $T_{fria} (T_{quente})$ è la Temperatura della fonte Frigoroso (caldo)

In relazione a questo dialogo si può affermare che: a) I, II e III sono corretti

B. II e III sono corretti.
C. I e IV sono corretti.
Tutti sono giusti.
E solo I è corretto.

Question No 6

Please summarize the functioning of the MCI.

I) - First of all, it is important to say that the heat from combustion is a form of energy. (ii) - We can say that part of the energy from the hot source is converted into work and the rest of the heat is lost in the car radiator. III) - It is true. This is why we put water in the radiator, because its specific heat is one of the highest in the world. The nature. IV) - The expression of efficiency (s) of the MCI is always $e = 1 - \frac{T _{fria}}{T _{quente}}$ where $T_{fria} (T_{quente})$ is the Source Temperature Cold (hot)

In relation to this dialogue you can state that: a) I, II and III are correct

B II and III are correct.
C. I and IV are correct.
They’re all right.
MSK1 only I is correct.

Questão 7

Vimos que no conjunto cilindro-pistão do MCI ocorre um movimento cíclico. Um engenhoso mecanismo de controle das válvulas faz com que o pistão tenha dentro do cilindro, em primeira aproximação, um movimento oscilatório do tipo Movimento Harmônico Simples (MHS). Considerando A como a amplitude, $ω$ a freqüência angular e $θ$ a fase inicial, a velocidade deste pistão dentro do cilindro é expressa pela fórmula:

A. $v = A sen (ω t + θ)$
B. $v = A cos (ω t + θ)$
C. $v = A ω cos (ω t + θ)$
D. $v = - A ω^{2} sen (ω t + θ)$
E. nenhuma das anteriores

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Simple Harmonic Motion Analysis, Wave Equation Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Cylinder, Piston Fonte: Testo (PDF) — p.6

Domanda 7

Abbiamo visto che nel gruppo cilindro-piston del MCI si verifica un movimento ciclico. Un ingegnoso meccanismo di controllare le valvole fa sì che il pistone abbia dentro di cilindro, in prima avvicinamento, un movimento oscillatore di tipo Movimento armonico semplice (MHS) Considerando A come amplitude, $ω$ la frequenza a livello angolare e $θ$ la fase iniziale, la velocità di questo pistone all’interno del cilindro si esprime con la formula:

A. $v = A sen (ω t + θ)$
B. $v = A cos (ω t + θ)$
C. $v = A ω cos (ω t + θ)$
D. $v = - A ω^{2} sen (ω t + θ)$
E. nessuna delle precedenti

Question 7

We saw that in the cylinder-piston assembly of the MCI a cyclical movement. A clever mechanism for Control of the valves makes the piston have inside the cylinder, at first approach, a movement The following shall be added to the list of the following: (MHS) Considering A as the amplitude, $ω$ frequency angular and $θ$ initial phase, the speed of this piston inside the cylinder is expressed by the formula:

A. $v = A sen (ω t + θ)$
B. $v = A cos (ω t + θ)$
C. $v = A ω cos (ω t + θ)$
D. $v = - A ω^{2} sen (ω t + θ)$
E. none of the above

Questão 8

No texto 5 aprendemos como funcionam os quatro tempos do ciclo Otto real, é comum simplificar este ciclo de tal forma que o processo de combustão ocorra a volume constante $(3 \to 4$ ), seguida de uma expansão $(4 \to 5$ ) e as fases de exaustão também a volume $(5 \to 6$ ) constante, seguida de outra compressão $(6 \to 1$ ) com a mesma pressão do tempo admissão $(1 \to 2$ ). Além disso, supõe-se que as fases de compressão $(2 \to 3$ ) e expansão $(4 \to 5$ ) sejam adiabáticas, ou seja, o processo é tão rápido, que não há troca de calor com o meio ambiente. Estes processos são também chamados de:

I) (1 $\to$ 2) e (6 $\to$ 1) são isobáricas. II) (4 $\to$ 5) e (2 $\to$ 3) são isotérmicas III) (3 $\to$ 4) e (4 $\to$ 5) são isocóricos.

Em relação a estas afirmativas dizemos que:

a) As afirmativas I e III estão corretas. b) Todas estão corretas. c) Todas estão erradas. d) As afirmativas I e II estão corretas. e) Nenhuma das anteriores.

Topic: Thermodynamics Metodi: Thermodynamic Cycle Analysis, Physical Modeling, First Law of Thermodynamics Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Gas, Piston, Cylinder Fonte: Testo (PDF) — p.6

Domanda 8

Nel testo 5 abbiamo imparato come funzionano i quattro tempo del ciclo Otto reale, è comune semplificare questo ciclo in modo tale che il processo di combustione si svolga a volume costante $(3 \to 4$ ), seguito da un’espansione $(4 \to 5$ ) e le fasi di esaurimento anche il volume $(5 \to 6$ ) con un’altra compressione $(6 \to 1$ ) con la la stessa pressione del tempo Ammissione $(1 \to 2$ ). Inoltre, si presume che che le fasi di compressione $(2 \to 3$ ) e di espansione $(4 \to 5$ ) siano Adiabatici, cioè Il processo è così veloce, che non si può scambiare calore con l’ambiente. Questi procedimenti sono anche chiamati de:

I) (1 $\to$ 2) e (6 $\to$ 1) sono isobari. II) (4 $\to$ 5) e (2 $\to$ 3) sono isotermici III) (3 $\to$ 4) e (4 $\to$ 5) sono isocorici.

In relazione a queste affermazioni, diciamo che:

a) Le affermazioni I e III sono corrette. b) Sono tutte corrette. c) Tutti sbagliati. d) Le affermazioni I e II sono corrette. e) Nessuna delle precedenti.

Question 8

In text 5 we learned how the four strokes of the real Otto cycle work; it is common to simplify this cycle in such a way that the combustion process occurs at constant volume $(3 \to 4$ ), followed by an expansion $(4 \to 5$ ) and the exhaust phases also at constant volume $(5 \to 6$ ) followed by another compression $(6 \to 1$ ) with the same pressure as the intake stroke $(1 \to 2$ ). Moreover, it is assumed that the compression $(2 \to 3$ ) and expansion $(4 \to 5$ ) phases are adiabatic, that is, the process is so fast that there is no heat exchange with the environment. These processes are also called:

I) (1 $\to$ 2) and (6 $\to$ 1) are isobaric. II) (4 $\to$ 5) and (2 $\to$ 3) are isothermal III) (3 $\to$ 4) and (4 $\to$ 5) are isochoric.

Regarding these statements, we say that:

a) Statements I and III are correct. b) All are correct. c) All are wrong. d) Statements I and II are correct. e) None of the above.

Questão 9

Vamos supor que o motor de 4 cilindros (texto 5) tenha eficiência de 0,21, como no texto 3, e fornece 140 J de por ciclo por cilindro. Se o motor explode a uma taxa de 25 ciclos por segundo e a quantidade de energia é $30 \times 1 0^{6}$ J por litro, quanto tempo levará uma automóvel para gastar um tanque de 40 litros?

A. 300 minutos.
B. 360 minutos.
C. 280 minutos.
D. 320 minutos.
E. 240 minutos.

Topic: Thermodynamics, Conservation of Energy Metodi: Thermodynamic Cycle Analysis, Energy Conservation Method, First Law of Thermodynamics Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Cylinder, Container Fonte: Testo (PDF) — p.6

Domanda 9

Supponiamo che il motore a 4 cilindri (testo 5) ha un’efficienza di 0,21, come in testo 3, e fornisce 140 J per ciclo per cilindro. Se il motore esplode a un ritmo 25 cicli al secondo e la quantità di energia è $30 \times 1 0^{6}$ J per litro, quanto tempo ci vorrà per un’auto Per spendere un serbatoio da 40 litri?

MSK1/> 300 minuti.
B, 360 minuti.
C 280 minuti.
320 minuti.
240 minuti.

Question 9

Let’s say the four-cylinder engine (text 5) has an efficiency of 0.21 as in text 3 and provides 140 J of cycles per cylinder. If the engine explodes at a rate 25 cycles per second and the energy content is $30 \times 1 0^{6}$ J per litre, how long will it take for a car to run to spend a 40-liter tank?

MSK1/> 300 minutes.
MSK0/>B 360 minutes.
MSK1/> 280 minutes.
MSK1/> 320 minutes.
MSK1/> 240 minutes.

Questão 10

Talvez a maior vantagem do Motor Múltiplo Híbrido seja usar da melhor forma possível os três motores a sua disposição. Em automóveis convencionais o MCI é projetado para enfrentar situações excepcionais, tais como ultrapassagens com segurança ou subir ladeiras íngremes com facilidade. Esta preferência faz com que o MCI tenha uma eficiência ruim a baixas velocidades. Em geral, a melhor eficiência ocorre quando se exige cerca da metade potência máxima do MCI. Assim, adicionando-se MEGs pode-se colocar MCI com menor potência e projetá-lo de tal forma que o mesmo funcione com maior eficiência. Na realidade o motor do ciclo Otto foi substituído pelo ciclo de Atkinson (veja figura a seguir), que para as mesmas características fornece mais eficiência do que potência, pois se desacopla o virabrequim durante parte do tempo da compressão de tal forma que no momento da combustão o pistão esteja exatamente na parte superior do cilindro. Em relação a este ciclo novo podemos dizer que:

I) Em comparação ao ciclo Otto, a fonte quente foi separada em duas componentes uma isotérmica e outra isocórica.

II) Para as mesmas características do motor, o rendimento no ciclo Atkinson é maior do que no ciclo Otto.

III)No ciclo Otto a combustão ocorre na fase de ascen- são da fase de compressão, enquanto que no de Atkinson esta combustão é realizada no ponto su- perior do cilindro

Em relação a estas afirmações dizemos que:

A. I) e II) estão corretas.
B. Apenas a II) está correta.
C. I) e III) está correta.
D. Apenas a III) está correta.
E. II) e III) estão corretas.

Topic: Thermodynamics Metodi: Thermodynamic Cycle Analysis, First Law of Thermodynamics, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Gas, Piston, Cylinder Fonte: Testo (PDF) — p.6

Domanda 10

Forse il vantaggio più grande del Motore Multiplo Ibrido la maggior parte dei motori a la sua disposizione. In auto convenzionali l’MCI è La tecnologia è stata progettata per affrontare situazioni eccezionali, come: come passaggi sicuri o scalpe si scende facilmente. Questa preferenza fa sì che l’MCI ha una scarsa efficienza a bassa velocità. In generale, la migliore efficienza si verifica quando è richiesto circa la metà della potenza massima del MCI. Così, aggiungendo MEG si può inserire MCI con di potenza inferiore e progettare in modo tale che lo stesso funziona più efficacemente. In realtà il motore del Otto ciclo è stato sostituito dal ciclo di Atkinson (vedi figura seguente), che per le stesse caratteristiche La capacità di trasmissione è superiore a quella di potenza, poiché se decoppia il virabreccino per parte del tempo di La compressione è tale che al momento della combustione il pistone è esattamente nella parte superiore al cilindro. In relazione a questo nuovo ciclo Possiamo dire che:

I) Confrontato il ciclo Otto, fonte calda è stato separato em Due componenti isotermico e isotermico isocorico.

II) Per le stesse caratteristiche del motore, il rendimento nel ciclo Atkinson è superiore a quello del ciclo Otto.

III) Nel ciclo Otto la combustione avviene nella fase di ascesa. Sono di fase di compressione, mentre di Atkinson questa combustione è effettuata al punto su- Periore del cilindro

In relazione a queste affermazioni, diciamo che:

A I) e II) sono corrette.
B. Solo II) è corretta.
C. I) e III) è corretto.
D. Solo la III) è corretta.
E II) e III) sono corrette.

Question 10

Perhaps the greatest advantage of the Hybrid Multiple Engine is to make the best possible use of the three engines at its disposal. In conventional automobiles the ICE is designed to handle exceptional situations, such as overtaking safely or climbing steep hills with ease. This preference causes the ICE to have poor efficiency at low speeds. In general, the best efficiency occurs when about half the maximum power of the ICE is demanded. Thus, by adding MEGs one can install an ICE with lower power and design it in such a way that it operates with greater efficiency. In reality the Otto cycle engine was replaced by the Atkinson cycle (see figure below), which for the same characteristics provides more efficiency than power, since the crankshaft is decoupled during part of the compression time in such a way that at the moment of combustion the piston is exactly at the top of the cylinder. Regarding this new cycle we can say that:

I) Compared to the Otto cycle, the hot source was separated into two components, one isothermal and the other isochoric.

II) For the same engine characteristics, the efficiency in the Atkinson cycle is greater than in the Otto cycle.

III) In the Otto cycle the combustion occurs in the ascent phase of the compression phase, whereas in the Atkinson cycle this combustion is carried out at the top point of the cylinder

Regarding these statements we say that:

A. I) and II) are correct.
B. Only II) is correct.
C. I) and III) are correct.
D. Only III) is correct.
E. II) and III) are correct.

Questão 11

Vimos que no 3o tempo do ciclo Otto, ocorre uma explosão devido a existência da mistura do vapor de gasolina e ar. Esta explosão é provocada por uma faísca por causa da existência de um campo elétrico extremamente grande, da ordem de $3, 0 \times 1 0^{6}$ N/C entre eletrodos da vela. Veja as fotos das velas a seguir. Se a distância entre os eletrodos for da ordem de 0,25 mm qual será a diferença de potencial entre estes eletrodos?

A. $7, 50 \times 1 0^{5}$ V
B. $1, 20 \times 1 0^{7}$ V
C. $1, 20 \times 1 0^{4}$ V
D. $7, 50 \times 1 0^{2}$ V
E. $7, 50 \times 1 0^{4}$ V

Obs.: Na questão anterior vimos que a diferença de potencial nos eletrodos da vela é muito maior do que na bateria, que será discutido na questão 14. Isto acontece porque existe uma bobina que tem o papel de aumentar o campo elétrico, mas este assunto não pode ser discutido agora.

Topic: Electrostatics Metodi: Electric Potential Method, Coulomb’s Law Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Coil Fonte: Testo (PDF) — p.7

Quesito 11

Abbiamo visto che nel 3° tempo del ciclo Otto avviene un’esplosione dovuta all’esistenza della miscela di vapore di benzina e aria. Questa esplosione è provocata da una scintilla a causa dell’esistenza di un campo elettrico estremamente grande, dell’ordine di $3, 0 \times 1 0^{6}$ N/C tra gli elettrodi della candela. Guarda le foto delle candele qui di seguito. Se la distanza tra gli elettrodi è dell’ordine di 0,25 mm, quale sarà la differenza di potenziale tra questi elettrodi?

A. $7, 50 \times 1 0^{5}$ V
B. $1, 20 \times 1 0^{7}$ V
C. $1, 20 \times 1 0^{4}$ V
D. $7, 50 \times 1 0^{2}$ V
E. $7, 50 \times 1 0^{4}$ V

Oss.: Nel quesito precedente abbiamo visto che la differenza di potenziale agli elettrodi della candela è molto maggiore di quella della batteria, che sarà discussa nel quesito 14. Questo accade perché esiste una bobina che ha il ruolo di aumentare il campo elettrico, ma questo argomento non può essere discusso ora.

Question 11

We saw that in the 3rd stage of the Otto cycle, an explosion occurs due to the existence of a mixture of gasoline vapor and air. This explosion is triggered by a spark because of the existence of an extremely large electric field, on the order of $3, 0 \times 1 0^{6}$ N/C between the electrodes of the spark plug. See the photos of the spark plugs below. If the distance between the electrodes is on the order of 0.25 mm, what will be the potential difference between these electrodes?

A. $7, 50 \times 1 0^{5}$ V
B. $1, 20 \times 1 0^{7}$ V
C. $1, 20 \times 1 0^{4}$ V
D. $7, 50 \times 1 0^{2}$ V
E. $7, 50 \times 1 0^{4}$ V

Note: In the previous question we saw that the potential difference at the spark plug electrodes is much greater than at the battery, which will be discussed in question 14. This happens because there is a coil whose role is to increase the electric field, but this subject cannot be discussed now.

Questão 12

Em junho de 1752, Benjamin Franklin (1706 – 1790), realizou a perigosa experiência de empinar uma pipa (ou papagaio) feita de seda, em uma tempestade. Observou pequenas faíscas entre uma chave amarrada no barbante da pipa e seu punho. Esta experiência e outras levaram as seguintes conclusões:

I) Que o raio tem a mesma natureza da descarga elétrica em que ocorre em experimentos onde se faz atritar um bastão de vidro num pedaço de lã e aproxima o bastão de vidro de pedaços de papel picado.

II) Que Benjamin Franklin não morreu no experimento como ocorreu com um outro Físico, George Wilhelm Richmann, que tentou reproduzir o experimento de Franklin, porque, provavelmente, estava calçando um sapato isolante, da mesma forma que os pneus de borracha isolam o automóvel impedindo que os ocupantes sofram o impacto dos raios.

III) Diferentes mecanismos atuam dentro das nuvens provocando a formação de agrupamentos de cargas positivas e negativas e quando uma delas é atraída por cargas de sinais opostos na Terra ocorre o raio.

Qual das alternativas abaixo é a correta?

A. I e III estão corretas.
B. Apenas I está correta.
C. Apenas III esta correta.
D. Todas estão corretas.
E. I e III estão corretas

Topic: Electrostatics Metodi: Physical Modeling, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Domanda 12

Nel giugno 1752, Benjamin Franklin (1706 1790), ha fatto il pericolosa esperimento di incrociare una pipa (o pappagallo) fatta di seta, in una tempesta. Ha notato piccoli scintille tra una chiave attaccata sul becco della pipa e sul suo pugno. Questa esperienza e altri hanno concluso:

I) Che la merda ha la stessa natura della scarica elettrica che si verifica in esperimenti dove si fa tritare un bastone di vetro su un pezzo di lana e avvicina il bastone di vetro di pezzi di carta

Picchiato.

II) Che Benjamin Franklin No è morto no un esperimento come quello che è successo ad un altro fisico, George Wilhelm Richmann, che ha cercato di riprodurre il l’esperimento di Franklin, perché probabilmente Stava indossando una scarpa isolante, di identica il modo in cui i pneumatici di gomma isolano l’auto • il trasporto di merci,

Maledizione.

III) Diversi meccanismi operano all’interno delle Nuvole che provocano la formazione di gruppi di carichi positivi e negativi e quando uno di essi è Attirato da carichi di segnali opposti sulla Terra si verifica

Maledizione.

Quale delle alternative qui sotto è la giusta?

A I e III sono corretti.
B. Solo I è corretto.
C. Solo III è corretto.
D. Tutti corretti.
E. I e III sono corretti

Topic: Electrostatics Metodi: Physical Modeling, Symmetry Argument Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Question 12

In June 1752, Benjamin Franklin (1706 – 1790), carried out the dangerous experiment of flying a kite (or papagaio) made of silk, in a storm. He observed small sparks between a key tied to the kite string and his fist. This experiment and others led to the following conclusions:

I) That lightning has the same nature as the electrical discharge that occurs in experiments in which a glass rod is rubbed on a piece of wool and the glass rod is brought near pieces of torn paper.

II) That Benjamin Franklin did not die in the experiment as happened with another Physicist, George Wilhelm Richmann, who tried to reproduce Franklin’s experiment, because he was probably wearing an insulating shoe, in the same way that rubber tires insulate the automobile preventing the occupants from suffering the impact of lightning.

III) Different mechanisms act inside the clouds causing the formation of clusters of positive and negative charges and when one of them is attracted by charges of opposite signs on the Earth, lightning occurs.

Which of the alternatives below is correct?

A. I and III are correct.
B. Only I is correct.
C. Only III is correct.
D. All are correct.
E. I and III are correct

Questão 13

Nas baterias de chumbo/ácido usadas para fornecer a energia elétrica para as múltiplas necessidades do automóvel, uma delas é a faísca para a combustão ou queima da gasolina vista na questão 11. Dizemos que a diferença de potencial entre seus terminais é de 12 Volts. Em relação a esta diferença de potencial podemos dizer que:

I) É análogo a diferença de potencial gravitacional.

II) Não tem nada a ver com a idéia de potencial gravitacional, pois uma se refere a área de eletricidade e a outra a mecânica.

III) O potencial elétrico é a razão da energia elétrica dividida pela carga elétrica.

Em relação as afirmações acima dizemos que

A. Apenas a afirmativa II está correta.
B. As afirmativas II e III são falsas.
C. Apenas II está correta.
D. As afirmativas I e III estão corretas.
E. Apenas III está correta.

Topic: Electrostatics Metodi: Electric Potential Method, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.7

Domanda 13

Le batterie a piombo/acido utilizzate per fornire l’energia elettrica per le molteplici esigenze dell’automobile sono le spark per la combustione o la combustione della benzina di cui alla domanda 11. Diciamo che la differenza di potenziale tra i loro I terminali sono di 12 volt. In relazione a questa differenza di Potenziale possiamo dire che:

I) È analogo alla differenza di potenziale gravità.

II) Non c’entra niente con l’idea di potenziale gravità, poiché una si riferisce all’area di l’elettricità e l’altra la meccanica.

III) Il potenziale elettrico è il rapporto di energia elettrica divisa dalla carica elettrica.

In relazione alle affermazioni precedenti, si dice che

A. Solo l’affirmativo II è corretto.
B. Le affermazioni II e III sono false.
C. Solo II è corretto.
D. Le affermazioni I e III sono corrette.
E. Solo III è corretto.

Topic: Electrostatics Metodi: Electric Potential Method, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.7

Question No 13

In the lead/acid batteries used to supply electricity for the multiple needs of the car, one of them is the spark for combustion or combustion of gasoline seen in question 11. We say that the potential difference between your The terminals are 12 volts. In relation to this difference of The potential can be said to be:

I) It’s analogous to the potential difference. It’s gravitational.

II) It has nothing to do with the idea of potential. The area of the gravitational field is the area of the Electricity and mechanics.

(iii) the Electric potential is the ratio of energy electricity divided by electric charge.

In relation to the above statements we say that

A. Only affirmative II is correct.
B. Alerts II and III are false.
C. Only II is correct.
D. Alerts I and III are correct.
E Only III is correct.

Topic: Electrostatics Metodi: Electric Potential Method, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.7

Questão 14

A quantidade máxima de carga elétrica a ser acumulada numa bateria de automóvel é indicada na própria bateria. Por exemplo, uma bateria que tem indicada 60 Ah acumula 60x3600 Coulombs de carga elétrica. Para consumir esta carga elétrica é necessário que exista uma diferença de potencial em seus terminais, num automóvel comum é de 12 V. Se as lâmpadas de um automóvel comsomem no conjunto a potência de 180 W, quanto tempo duraria a bateria sem recarga?

a) 6 hs b) 4 hs c) 3 hs d) 2 hs e) 5 hs

Topic: Circuits, Electrostatics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Electric Potential Method Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.7

Domanda 14

La quantità massima di carico elettrico da essere il numero di unità di trasporto di un’auto è indicato in la batteria stessa. Ad esempio, una batteria che ha indicato 60 Ah accumula 60x3600 Coulombs di carica elettrica. Per consumare questa carica elettrica È necessario che esista una differenza di potenziale nei loro terminali, in un’auto comune è de 12 V. Se le lampade di un’automobile sono composti in tutto a potenza de 180 W, Quanto tempo dura la batteria senza ricarica?

a) 6 hs b) 4 hs c) 3 hs d) 2 hs e) 5 hs

Question No 14

The maximum amount of electrical charge to be accumulated in an automotive battery is indicated in I’m not going to take the battery. For example, a battery that has indicated 60 Ah accumulates 60x3600 Coulombs of electrical charge. To consume this electrical charge It is necessary that there be a potential difference in their terminals, in a common car is de 12 V. If the lamps of a motor vehicle, they are all power de 180 W, How long would the battery last without charging?

a) 6 hs b) 4 hs c) 3 hs d) 2 hs e) 5 hs

Questão 15

Vocês foram a uma revendedora autorizada da Toyota e receberam as características do Prius apresentadas na tabela abaixo. Desprezando todas as forças dissipativas, em torno de quanto tempo o automóvel poderiam andar para consumir a energia total da bateria usando 1/5 da Potência do MEG-2?

Especificações do Prius MCI 1497 $cm^{3}$ , 4-cilindros Potência 53 kW a 4500 min-1 Torque 115 Nm a 4200 min-1 MEG-2 Corrente Alternadar Potência 33 kW a 1040 min-1 Torque 350 Nm a 0-400 min-1 Velocidade máxima 160 km/h Aceleração 0-100 km/h 13,4 s Capacidade da bateria 1778 Wh

a) 10 min b) 16 min c) 30 min d) 2 hs e) 300 s

Topic: Conservation of Energy, Circuits Metodi: Energy Conservation Method, Conservation Laws Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.8

Domanda 15

Siete andati da una rivenditore Toyota autorizzata. e hanno ricevuto le caratteristiche del Prius presentate nella tabella di sotto. Scommettiamo tutte le forze dissipative, circa quanto tempo l’auto potrebbe andare a consumare l’energia totale della batteria usando un quinto della potenza di MEG-2?

Specificità del Prezzi MCI 1497 $cm^{3}$ , 4-cilindros Potenza 53 kW a 4500 min-1 Torque 115 Nm a 4200 min-1 MEG-2 Corrente alternata Potenza 33 kW a 1040 min-1 Torque 350 Nm a 0-400 min-1 Velocità Maggiore 160 km/h Accelerazione 0-100 km/h 13,4 s Capacità di batteria 1778 Wh

a) 10 minuti b) 16 minuti c) 30 minuti d) 2 ore e) 300 minuti

Question No 15

You went to a licensed Toyota dealership . and received the Prius characteristics presented in the table below. Despite all the dissipative forces, around how long the car could run to consume the full battery power using one fifth of the MEG-2’s power?

Specifications of the Prius The following is the list of the MCI: 1497 $cm^{3}$ , 4-cilindros Power The following conditions shall apply: Torque The following conditions shall apply: The following information shall be provided: Alternating current Power The following conditions shall apply: Torque 350 Nm to 0-400 min-1 Speed maximum 160 km/h Acceleration 0 to 100 km/h 13,4 s Capacity of the battery 1778 Wh

(a) 10 min b) 16 min c) 30 min d) 2 h e) 300 s

Questão 16

Tendo em vista que cada vez mais componentes eletrônicos e itens de conforto, como direção hidráulica e ar condicionado estão sendo adicionados aos automó- veis, fica interessante compreender o funcionamento de um dos primeiros circuitos eletricos introduzidos no automóvel: aquele que faz funcionar os faróis do automóvel. Errôneamente, pode-se achar que as lâmpadas dos faróis estão ligadas a bateria, a qual forneceria corrente elétrica necessária para a iluminação. No entanto, observamos que a duração da carga elétrica da bateria é finita, assim, foi preciso a introdução de um gerador de corrente elétrica, chamado de alternador, que recarrega a bateria e ao mêsmo fornece corrente elétrica às lâmpadas do automóvel (esquema acima). Em relação ao que foi dito, qual das afirmações a seguir é a falsa?

a) O alternador, gerador de energia elétrica, sempre gera corrente elétrica a bateria e esta tem o papel de fornecer corrente elétrica a lâmpada.

b) Se a diferença de potencial nos terminais da bateria for de 12,0 V haverá sempre corrente elétrica fluindo em direção ao terminal positivo da mesma, recarregando a bateria. c) Nesta configuração a origem do fluxo de corrente elétrica para a lâmpada sempre virá do alternador e quando o alternador não estiver funcionando, ou seja, quando o MCI estiver parado, a corrente elétrica virá da bateria.

d) Uma representação do esquema elétrico mencionado pode ser dada pelo diagrama elétrico.

e) Devido a lei de conservação da carga elétrica a soma das correntes junção A é sempre zero.

Topic: Circuits Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.8

Quesito 16

Considerando che sempre più componenti elettronici e elementi di comfort, come il servosterzo e l’aria condizionata, vengono aggiunti alle automobili, diventa interessante comprendere il funzionamento di uno dei primi circuiti elettrici introdotti nell’automobile: quello che fa funzionare i fari dell’automobile. Erroneamente, si può pensare che le lampade dei fari siano collegate alla batteria, la quale fornirebbe la corrente elettrica necessaria per l’illuminazione. Tuttavia, osserviamo che la durata della carica elettrica della batteria è finita, così è stato necessario introdurre un generatore di corrente elettrica, chiamato alternatore, che ricarica la batteria e allo stesso tempo fornisce corrente elettrica alle lampade dell’automobile (schema sopra). In relazione a quanto detto, quale delle affermazioni seguenti è falsa?

a) L’alternatore, generatore di energia elettrica, genera sempre corrente elettrica alla batteria e questa ha il ruolo di fornire corrente elettrica alla lampada.

b) Se la differenza di potenziale ai terminali della batteria è di 12,0 V ci sarà sempre corrente elettrica che fluisce verso il terminale positivo della stessa, ricaricando la batteria. c) In questa configurazione l’origine del flusso di corrente elettrica verso la lampada verrà sempre dall’alternatore e quando l’alternatore non starà funzionando, cioè quando il MCI è fermo, la corrente elettrica verrà dalla batteria.

d) Una rappresentazione dello schema elettrico menzionato può essere data dal diagramma elettrico.

e) A causa della legge di conservazione della carica elettrica, la somma delle correnti nel nodo A è sempre zero.

Question 16

Bearing in mind that more and more electronic components and comfort items, such as power steering and air conditioning, are being added to automobiles, it becomes interesting to understand the operation of one of the first electrical circuits introduced in the automobile: the one that makes the automobile’s headlights work. Erroneously, one might think that the headlight lamps are connected to the battery, which would supply the electric current necessary for illumination. However, we observe that the duration of the battery’s electrical charge is finite, so it was necessary to introduce an electric current generator, called an alternator, which recharges the battery and at the same time supplies electric current to the automobile’s lamps (scheme above). With regard to what has been said, which of the following statements is false?

a) The alternator, a generator of electrical energy, always generates electric current for the battery, and this has the role of supplying electric current to the lamp.

b) If the potential difference at the battery terminals is 12.0 V, there will always be electric current flowing toward its positive terminal, recharging the battery. c) In this configuration the origin of the flow of electric current to the lamp will always come from the alternator, and when the alternator is not working, that is, when the ICE is stopped, the electric current will come from the battery.

d) A representation of the mentioned electrical scheme can be given by the electrical diagram.

e) Due to the law of conservation of electric charge, the sum of the currents at junction A is always zero.

Questão 17

A magnitude corrente que passa pela bateria é aproximadamente:

a) 10 A b) 6 A c) 9 A d) 5 A e) 4 A

Topic: Circuits Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction Competenze: Mathematical Modeling, Diagrammatic Reasoning Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.8

Domanda 17

La grandezza corrente che passa attraverso la batteria è approssimativamente:

a) 10 A b) 6 A c) 9 A d) 5 A e) 4 A

Topic: Circuits Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction Competenze: Mathematical Modeling, Diagrammatic Reasoning Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.8

Question No 17

The magnitude of current passing through the battery is approximately:

a) 10 A b) 6 A c) 9 A d) 5 A e) 4 A

Topic: Circuits Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction Competenze: Mathematical Modeling, Diagrammatic Reasoning Objects: Battery Fonte: Testo (PDF) — p.8

Questão 18

No automóvel, acopladas as quatro rodas, temos o conjunto, genericamente chamado de suspensão (veja figura abaixo). Este conjunto tem o papel de manter o equilíbrio dinâmico do automóvel. E composto da mola e do amortecedor. Quando a mola esta esticada e objeto no fluído esta no ponto mais baixo, a segunda Lei de Newton que melhor descreve esta situação a situação é:

A. -ma = -kx - bv
B. -ma = kx + bv
C. ma = -kx + bv
D. ma = kx + bv
E. ma = kx – bv

É conveniente esclarecer que o termo bv tem o mesmo papel exercido pela força de resistência do carro discutido na questão 5 , só que a resistência do fluído é proporcional a velocidade.

Topic: Newtonian Mechanics, Oscillations & Waves Metodi: Free-Body Diagram, Simple Harmonic Motion Analysis, Differential Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling, Diagrammatic Reasoning Objects: Spring Fonte: Testo (PDF) — p.9

Domanda 18

In un’auto, le quattro ruote sono collegate, abbiamo il un insieme genericamente chiamato sospensione (vedi figura seguente). Questo gruppo ha il ruolo di mantenere il il dinamismo dell’auto. E composto dalla mola e l’ammortizzatore. Quando la mola è allungata e l’oggetto nel fluido è al punto più basso, il secondo La legge di Newton che meglio descrive questa situazione la situazione è:

A. -ma = -kx - bv
B. -ma = kx + bv
C. ma = -kx + bv
D. ma = kx + bv
E. ma = kx – bv

È opportuno chiarire che il termine bv ha il la stessa rola esercitata dalla forza di resistenza del Car discussed in Question 5 , solo che la resistenza del il flusso è proporzionale alla velocità.

Question No 18

In the car, coupled with the four wheels, we have the the total, generically called suspension (see (see figure below). This set has the role of maintaining the the dynamic balance of the car. And made of spring and the shock absorber. When the spring is stretched and The object in the fluid is at the lowest point, the second Newton’s law that best describes this situation is The situation is:

A. -ma = -kx - bv
B. -ma = kx + bv
C. ma = -kx + bv
D. ma = kx + bv
E. ma = kx – bv

It is appropriate to clarify that the term bv has the following meanings: the same role exercised by the resistance force of the The car discussed in Question 5 only the resistance of the fluid is proportional to velocity.

Questão 19

Vamos supor que os quatro amortecedores do carro quebraram você os retirou ficando apenas as molas. Num determinado momento, você foi buscar um livro no automóvel, ao entrar todo sistema ficou em MHS. Desprezando as eventuais forças de atrito do sistema e supondo que a elasticidade do pneu não influencie na oscilação. Qual será o período de oscilação se sua massa for de 80 kg e a constante elástica de cada mola da suspensão for de k = 500 N/m. Considere por simplicidade que $π$ = 3?

a) 1,00 s b) 1,50 s c) 2,00 s d) 1,20 s e) 2,40 s

Topic: Oscillations & Waves, Newtonian Mechanics Metodi: Simple Harmonic Motion Analysis, Hooke’s Law Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Spring Fonte: Testo (PDF) — p.9

Domanda 19

Supponiamo che i quattro ammortizzatori della macchina Se ti sono rotte, ti sei tolto solo le sorgenti. Un certo momento, sei andato a prendere un libro all’interno dell’auto, quando entrò, tutto il sistema è rimasto in MHS. Scommettere le eventuali forze di attrito del sistema e supponendo che l’elasticità della gomma non influisca all’oscillazione. Qual è il periodo di oscillazione se il suo massa è di 80 kg e la costante elastica di ciascuna la molla di sospensione è di k = 500 N/m. Considerare la semplicità che $π$ = 3?

a) 1,00 s b) 1,50 s c) 2,00 s d) 1,20 s e) 2,40 s

Question No 19

Let’s assume that the four shock absorbers in the car broke you took them out leaving only the springs. At one point, you went to get a book. In the car, when you entered the system, it was all MHS. Disregarding the potential frictional forces of the system and assuming that the elasticity of the tyre does not influence in the oscillation. What will be the swing period if your mass is 80 kg and the elastic constant of each The suspension spring shall be k = 500 N/m. Consider the following: Simplicity that $π$ = 3?

a) 1,00 s b) 1,50 s c) 2,00 s d) 1,20 s e) 2,40 s

Questão 20

Na figura a seguir você vê um objeto movendo-se da sua esquerda para a sua direita, ao mesmo tempo em que produz ondas superficiais circulares na água. Esta imagem pode representar uma ambulância com a sirene funcionando.

Em relação a este fenômeno, qual das respostas abaixo está incorreta?

A. Chama-se efeito Doppler.
B. O som da sirene fica mais grave do lado esquerdo e mais agudo do lado direito c) As duas ondas propagam-se, necessariamente, em meios materiais. d) A velocidade do som na água e no ar são iguais. e) A sirene ao funcionar parado, gera ondas esféricas sonoras. FOLHA DE RESPOSTAS DO 3o Série Preencher usando letra de forma

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1a Fase

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Wave Equation, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.9

Quesito 20

Nella figura seguente vedi un oggetto che si muove dalla tua sinistra verso la tua destra, mentre produce onde superficiali circolari nell’acqua. Questa immagine può rappresentare un’ambulanza con la sirena in funzione.

Rispetto a questo fenomeno, quale delle risposte seguenti è errata?

A. Si chiama effetto Doppler.
B. Il suono della sirena diventa più grave sul lato sinistro e più acuto sul lato destro c) Le due onde si propagano, necessariamente, in mezzi materiali. d) La velocità del suono nell’acqua e nell’aria sono uguali. e) La sirena, funzionando da ferma, genera onde sonore sferiche. FOGLIO DELLE RISPOSTE DEL 3o Serie Compilare usando lettere maiuscole

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1a Fase

Question 20

In the following figure you see an object moving from your left to your right, while at the same time producing circular surface waves in the water. This image can represent an ambulance with its siren on.

Regarding this phenomenon, which of the answers below is incorrect?

A. It is called the Doppler effect.
B. The sound of the siren is lower on the left side and higher on the right side c) The two waves necessarily propagate in material media. d) The speed of sound in water and in air are equal. e) The siren, when operating while stationary, generates spherical sound waves. ANSWER SHEET OF 3rd Grade Fill in using block letters

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1st Phase

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