OBF 2014 — OBF2014_F1_Gabfinal_N1.pdf

Fonte: gare di altri paesi/Brasile/OBF214_Gabarito_1a_Fase_Versao_Final/OBF2014_F1_Gabfinal_N1.pdf · Apri PDF · apri PDF p.1

Problema 1

O texto a seguir se refere às questões de 1 a 5.

A Empresa de Pesquisa Energética (EPE), ligada ao Ministério de Minas e Energia, divulgou seu relatório anual sobre o balanço energético brasileiro, ano base 2012. O relatório afirma que a oferta interna de energia (OIE) aumentou 11,3 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtep – 1M=10${}^6$), anotando uma taxa de crescimento de 4,1% e atingindo 283,6 Mtep. Segundo o relatório, a oferta de energia interna é composta de 42,4% de energias renováveis distribuídas como mostra o gráfico ao lado. O relatório também afirma que no ano de 2012 o Brasil consumiu aproximadamente 500 TWh (1T=10${}^{12}$) de energia elétrica. O texto se refere à unidade de energia como tep (tonelada equivalente de petróleo). Segundo a Agência Internacional de Energia, esta unidade corresponde à energia gerada por uma tonelada de petróleo e é equivalente a 11630 kWh. Em 2012 a Central Hidroelétrica de Itaipu, com suas 20 turbinas e 1350 km${}^2$ de área inundada, gerou 100000 GW-h (1G=10${}^9$) de energia elétrica, sendo parte para o mercado brasileiro e parte para o mercado paraguaio. A vazão de água necessária para acionar cada uma das turbinas da Central Hidrelétrica de Itaipu é de cerca de 700 m${}^3$/s a partir de um desnível médio de 100 m.

Questão 1. Qual é a unidade de energia no sistema internacional de medidas (SI)?

(A) British thermal unit (Btu) (B) watt (W) (C) watt-hora (W-h) (D) joule (J) (E) caloria (cal)

Pie chart of renewable energy sources Brazil 2012

Topic: Order-of-Magnitude Estimation, Thermodynamics Metodi: Dimensional Analysis, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Unit Conversion Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 2

Questão 2. Qual das alternativas apresenta apenas fontes de energias consideradas renováveis?

(A) sol, gás natural, biomassa (B) ondas do mar, carvão mineral, vento (C) sol, urânio, rios e lagos (D) marés, biocombustíveis, calor da Terra (E) biomassa, maré, urânio

Topic: Thermodynamics, Order-of-Magnitude Estimation Metodi: Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 3

Questão 3. Estime qual é a porcentagem de energia total oferecida que provém da biomassa.

(A) 4% (B) 9% (C) 16% (D) 25% (E) 30%

Topic: Order-of-Magnitude Estimation, Thermodynamics Metodi: Order-of-Magnitude Estimation, Experimental Data Analysis Competenze: Estimation & Approximation, Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 4

Questão 4. Qual das alternativas abaixo mais se aproxima do número de barris de petróleo que deveriam ser usados para gerar a quantidade de energia produzida em Itaipu em 2012? Dados: volume de um barril de petróleo $\approx$ 160 L e densidade do petróleo $\approx$ 0,8 kg/L.

(A) $7\times 10^2$ (B) $7\times 10^5$ (C) $7\times 10^7$ (D) $7\times 10^{10}$ (E) $7\times 10^{15}$

Topic: Order-of-Magnitude Estimation, Conservation of Energy Metodi: Order-of-Magnitude Estimation, Dimensional Analysis Competenze: Estimation & Approximation, Unit Conversion Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 5

Questão 5. Nem todas as turbinas de Itaipu funcionam ao mesmo tempo. Quantas turbinas operando ininterruptamente seriam necessárias para gerar toda a energia produzida em Itaipu em 2012? Considere 100% de eficiência.

(A) 19 (B) 16 (C) 13 (D) 10 (E) 7

Topic: Conservation of Energy, Fluid Mechanics Metodi: Energy Conservation Method, Kinematic Equations Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 6

Questão 6. A geração de energia elétrica nas usinas hidrelétricas baseia-se no fenômeno da ________________________. A água retida por enormes barragens escoa através de tubulações e atinge as pás das turbinas, fazendo-as girar. A ______________________ transforma-se em energia elétrica. Assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas do trecho acima.

(A) conservação da energia mecânica; energia térmica (B) dissipação da energia mecânica; energia cinética (C) conservação da energia mecânica; energia potencial gravitacional (D) indução eletromagnética; energia mecânica (E) indução eletromagnética; energia térmica

Topic: Conservation of Energy, Electromagnetic Induction Metodi: Energy Conservation Method, Faraday’s Law of Induction Competenze: Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 7

Questão 7. Pilhas ou baterias que compramos no supermercado convertem energia ____________ em eletricidade.

(A) eólica (B) térmica (C) química (D) magnética (E) hidráulica

Topic: Electromagnetism, Conservation of Energy Metodi: Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 8

Questão 8. _____________ é combustível alternativo e renovável produzido a partir de gordura animal ou vegetal.

(A) Etanol (B) GNV (C) Gasolina (D) Hidrogênio (E) Biodiesel

Topic: Thermodynamics, Order-of-Magnitude Estimation Metodi: Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 9

O texto a seguir se refere às questões de 9 a 12.

Uma turbina eólica, ou aerogerador, é capaz de converter a energia cinética do deslocamento da massa de ar (vento) em energia elétrica. Embora seja um conceito bastante antigo, esse tipo de equipamento tem se tornado bastante popular no mundo moderno por gerar eletricidade a partir de uma fonte de energia renovável. Cálculos teóricos mostram que a potência produzida pelo vento que sopra com velocidade $v$ e perpendicularmente a uma região de área $A$ é dada por $P=A\rho v^3/2$. Nem toda energia fornecida pelo movimento do ar pode ser convertida em energia elétrica pelo aerogerador. A razão entre a energia fornecida e a energia produzida é chamada eficiência. Para as questões a que se refere este texto, considere que a densidade do ar é 1,2 kg/m${}^3$, sua velocidade é de 6 m/s, que o comprimento de cada hélice é 50 m e a eficiência da turbina é igual a 60%.

Questão 9. Qual dos gráficos abaixo melhor descreve a potência em função da velocidade?

(A) gráfico linear crescente (B) gráfico côncavo crescente (tipo $v^2$) (C) gráfico cúbico crescente (tipo $v^3$) (D) gráfico decrescente (E) gráfico constante

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling, Dimensional Analysis Competenze: Diagrammatic Reasoning, Mathematical Modeling Fonte: Testo (PDF) — p.3

Problema 10

Questão 10. Qual é a energia cinética total que o vento fornece em 1 hora? (Use os dados do texto das questões 9–12.)

(A) 4,0 GJ (B) 4,0 MJ (C) 10 MJ (D) 40 kJ (E) 1,0 kJ

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Kinematic Equations Competenze: Mathematical Modeling, Unit Conversion Fonte: Testo (PDF) — p.3

Problema 11

Questão 11. Qual é a potência gerada pelo aerogerador? (Use os dados do texto das questões 9–12.)

(A) 100 W (B) 1,0 kW (C) 2,0 kW (D) 1,0 MW (E) 0,6 MW

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Physical Modeling Competenze: Mathematical Modeling, Estimation & Approximation Fonte: Testo (PDF) — p.3

Problema 12

Questão 12. Existe uma previsão de que essa turbina eólica possa gerar energia elétrica para aproximadamente 100 residências. Neste caso, quantas residências seriam atendidas se a velocidade do vento dobrasse e o comprimento de cada hélice reduzisse à metade sem perda de eficiência?

(A) 25 (B) 50 (C) 100 (D) 200 (E) 400

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Approximation & Series Expansion Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.3

Problema 13

O texto a seguir se refere às questões 13 e 14.

A energia solar média por unidade de tempo por unidade de área que atinge a superfície atmosférica da Terra é aproximadamente 1367 J/sm${}^2$. Parte dessa energia é refletida na atmosfera e parte é absorvida. Em média apenas 40% dessa energia de fato atinge a superfície da Terra. A figura mostra um coletor residencial usado para aquecer água. A energia solar é coletada por placas pintadas de preto. Embaixo das placas é instalada uma serpentina de tubos de cobre onde circula água. A água na serpentina é aquecida e vai para o reservatório, o qual deve ser termicamente isolado para não perder calor. Os fabricantes deste tipo de sistema de aquecimento garantem que a eficiência pode chegar a 60%.

Questão 13. Qual(is) processo(s) de transmissão de calor está(ão) envolvido(s) neste sistema?

(A) somente radiação (B) radiação e convecção (C) radiação, convecção e condução (D) convecção e condução (E) somente condução

Topic: Thermodynamics Metodi: Physical Modeling, First Law of Thermodynamics Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.4

Problema 14

Questão 14. A Central Hidroelétrica de Itaipu gerou em 2012 100000 GWh de energia elétrica. Vamos supor que um dispositivo quadrado colocado sobre a superfície da Terra pudesse converter toda energia solar que incide sobre ele em energia elétrica. Qual seria o comprimento do lado do quadrado para produzir no período de 1 ano toda quantidade de energia elétrica gerada em Itaipu em 2012? (Questão anulada.)

(A) 300 m (B) 3 km (C) 30 km (D) 300 km (E) 3000 km

Topic: Order-of-Magnitude Estimation, Conservation of Energy Metodi: Order-of-Magnitude Estimation, Dimensional Analysis Competenze: Estimation & Approximation, Mathematical Modeling Fonte: Testo (PDF) — p.4

Problema 15

Questão 15. A cada segundo a Terra recebe aproximadamente $1,7\times 10^{17}$ J de energia do sol. Qual das alternativas abaixo melhor descreve o processo de transferência dessa energia?

(A) condução (B) convecção (C) radiação (D) evaporação (E) sublimação

Topic: Thermodynamics, Electromagnetism Metodi: Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.4

Problema 16

Questão 16. Como é conhecido o efeito que converte energia solar em energia elétrica em materiais semicondutores?

(A) joule (B) térmico (C) fotossíntese (D) fotovoltaico (E) acústico

Topic: Modern-Quantum Physics, Electromagnetism Metodi: Photon Energy Relation, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.4

Problema 17

Questão 17. Considere as três unidades abaixo.

I. Joule/segundo II. Newton metro/segundo III. quilograma metro${}^2$/segundo${}^3$

É correto dizer que:

(A) apenas I é unidade de potência (B) apenas I e II são unidades de potência (C) apenas I e III são unidades de potência (D) apenas III é unidade de potência (E) I, II e III são unidades de potência

Topic: Newtonian Mechanics, Order-of-Magnitude Estimation Metodi: Dimensional Analysis Competenze: Unit Conversion, Physical Reasoning Fonte: Testo (PDF) — p.5

Problema 18

Questão 18. Que potência média é requerida para acelerar um carro de 1800 kg do repouso até 36 km/h em 10 s?

(A) 100 kW (B) 900 kW (C) 18 kW (D) 90 kW (E) 9 kW

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Kinematic Equations, Energy Conservation Method Competenze: Mathematical Modeling, Unit Conversion Fonte: Testo (PDF) — p.5

Problema 19

O texto a seguir se refere às questões 19 e 20.

Em um processo de conversão de energia, o diagrama de Sankey mostra de maneira clara a quantidade total de energia inicial comparada com perdas e produção final de energia útil. A largura de cada seta mostrada no diagrama é proporcional à quantidade de energia na etapa correspondente do processo. A figura ao lado mostra o diagrama de Sankey para um aerogerador, onde $u$ representa unidades de energia. O total de energia de entrada é 100 $u$; 30 $u$ de energia do vento são perdidas; o restante se divide entre eletricidade, atrito no gerador e calor.

Questão 19. Que porcentagem da energia é perdida por atrito no gerador?

(A) 20% (B) 10% (C) 6% (D) 30% (E) 60%

Topic: Conservation of Energy, Thermodynamics Metodi: Energy Conservation Method, Physical Modeling Competenze: Diagrammatic Reasoning, Mathematical Modeling Fonte: Testo (PDF) — p.5

Problema 20

Questão 20. Qual é a eficiência deste aerogerador? (Use o diagrama de Sankey da questão 19.)

(A) 30% (B) 60% (C) 9% (D) 6% (E) 90%

Topic: Conservation of Energy, Thermodynamics Metodi: Energy Conservation Method, Physical Modeling Competenze: Diagrammatic Reasoning, Mathematical Modeling Fonte: Testo (PDF) — p.5