Física - Semana 142

Iniciante

Aquecimento solar

Uma fábrica montou uma linha de produção que tem necessidade de um fluxo contínuo de água, de $8L/min$, numa temperatura $15K$ acima da temperatura ambiente. Para obter esse resultado, foi utilizado um aquecedor de água híbrido, consistindo de um coletor solar e de um aquecedor elétrico que complementa o aquecimento da água.

Figura 1- Distribuição diária da intensidade de radiação solar

Considere a distribuição diária de intensidade de radiação solar $I$ dada pela figura e determine
a) a potência total $P$, em $W$, que este sistema de aquecimento necessita ter;
b) a área $A$ do coletor para que, no horário de pico da intensidade de radiação solar, a água seja aquecida $15K$ acima da temperatura ambiente, apenas pelo coletor solar, considerando que a sua eficiência seja $40%$;
c) a quantidade de energia elétrica complementar , em $kWh$, usada em um dia, com o sistema operando das 7 h às 17 h, considerando a área calculada no item (b)

Dados: Calor específico da água = 1 cal/g°C
Densidade da água = 1 kg/l
1 cal = 4J

Intermediário

Ângulo máximo

Considere dois espelhos plano semi-infinitos com seus finais unidos. O ângulo entre os dois espelho vale $\alpha$. Um emissor é colocado no ponto $P$ nesse plano bidimensional. Além disso, um receptor na forma de um arco circular de raio $r$ está entre os espelhos. Ache o maior ângulo $\theta$ no qual um raio de luz emitido de $P$ irá eventualmente alcançar o receptor. Quantas reflexões isso leva?

Figura 2- Disposição dos espelhos, receptor e emissor

Avançado

Pêndulo giratório

A ponta de um pêndulo rígido de massa $m$ é forçada a girar uniformemente com velocidade angular $\omega$ (veja figura abaixo).

Figura 3- Pêndulo giratório

O ângulo entre o eixo de rotação e o pêndulo é denominado $\theta$. Despreze a massa da barra do pêndulo.

a) Para qual velocidade angular $\omega_c$ o ponto estacionário em $\theta=0$ se torna instável?

b) Para $\omega>\omega_c$ qual o valor de equilíbrio de $\theta$?

c) Qual a frequência $\Omega$ de pequenas oscilações em torno desse ponto?