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Primeira lista de exercícios - Prof. Dr. Paulo Mohallem Guimarães - Gabarito

Capítulo 1 – BAC014

1) Conforme ilustrado abaixo, considerando o motor como um sistema, identifique os locais nas

fronteiras onde o sistema interage com as vizinhanças e descreva as mudanças que ocorrem com o

sistema ao longo do tempo. Repita a análise para um sistema aumentado que também inclui a

bateria e o conjunto polia-massa.

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2) Conforme ilustrado abaixo, a água para uma mangueira de incêndio é extraída de um lago por uma

bomba acionada por um motor a gasolina. Considerando a bomba como um sistema, identifique as

posições nas fronteiras onde o sistema interage com suas vizinhanças e descreva o que acontece no

interior do sistema. Repita a análise para um sistema aumentado que inclui a mangueira e o bocal.

3) Um prato de água líquida é colocado sobre uma mesa em um ambiente. Após certo tempo, toda a

água se evapora. Tomando a água e o ar como um sistema fechado, pode este sistema ser

considerado como uma substância pura durante o processo? E após o processo completar? Discuta.

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4) Um objeto pesa 10 lbf num local onde a aceleração da gravidade é 30,0 ft/s2. Determine sua massa

em lb.

A resolução abaixo não é do exercício, mas serve como exemplo.

5) Um objeto cuja massa é 10 kg pesa 95N. Determine:

a) A aceleração da gravidade em m/s2.

b) A massa em kg, e o peso, em N, do objeto num local onde g = 9.81.m/s2.

6) Os pesos atômicos e moleculares de algumas substâncias de uso corrente encontram-se listadas

nas Tabelas do Apêndice A-1 e A-1E. Usando os dados da tabela apropriada, determine:

a) A massa, em kg, de 20 kmoles de cada uma das substâncias que se seguem: ar, C, H2O, CO2.

b) O número de lbmoles em 50 lb de cada uma das substâncias que se seguem: H2, N2, NH3, C3H8.

Aplicar a fórmula: m = n . M

A resolução abaixo não é deste exercício, mas vale a pena por causa do exemplo.

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7) Um objeto cuja massa é de 3 kg é submetido a uma força que o impulsiona para cima. A única outra

força agindo no objeto é a força da gravidade. A aceleração líquida do objeto é para cima com uma

magnitude de 7 m/s2. A aceleração da gravidade é de 9,81 m/s2. Determine a magnitude da força

que impulsiona o corpo para cima em N.

8) O peso de um objeto em um veículo espacial em órbita é avaliado em 42 N baseado em uma

aceleração gravitacional artificial de 6m/s2. Qual é o peso do objeto, em N, na Terra, onde g =

9,81m/s2?

9) Como ilustrado na figura abaixo, um cilindro de ferro velho compactado medindo 2 m de

comprimento e 0,5 m de diâmetro é suspenso por uma balança de mola em um local onde a

aceleração da gravidade é de 9,78 m/s2. Se a massa específica do ferro velho, kg/m3, varia com a

posição z de acordo com ρ = 7800 – 360 (z/L)2, determine a leitura da escala, em N.

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10) Cinco kg de gás metano são introduzidos em um cilindro que possui um volume de 20 m3 e que,

inicialmente, contém 25 kg de metano a uma pressão de 10 bar. Mais tarde, uma pequena fratura

se forma e o m etano vaza lentamente do cilindro.

a) Determine o volume específico, em m3/kg, do metano no cilindro em sua condição inicial.

Repita este cálculo após a adição de 5 kg.

b) Esboce graficamente a quantidade de metano que vaza pelo cilindro, em kg, versus o volume

específico do metano restante no cilindro. Considere que V varie até no máximo 1,0 m3/kg.

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11) A tabela a seguir mostra as temperaturas e os volumes específicos do vapor d´água em duas

pressões:

Muitas vezes, os dados necessários para solução de problemas não coincidem exatamente com o

conjunto de valores fornecidos em tabelas de propriedades e torna-se necessária uma interpolação

linear para entradas adjacentes nas tabelas. Usando os dados aqui fornecidos, estime:

a) O volume específico, em m3/kg para T = 240o, p = 1,25 MPa.

b) A temperatura, em oC, para p = 1,5 MPa, v = 0,1555m3/kg.

c) O volume específico, em m3/kg, para T = 220 oC, p = 1,4 MPa.

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12) Um sistema fechado que consiste em 2 kg de um gás é submetido a um processo durante o qual a

relação entre a pressão e o volume específico é pv 1,3 = cte. O processo se inicia com p1 = 1 bar, v1 =

0,5 m3/kg e finda com p2 = 0,25 bar. Determine o volume final, em m3, e represente o processo em

um gráfico de pressão versus o volume específico.

A resolução abaixo não é com os dados acima, mas serve como exemplo.

13) Um gás inicialmente a p1 = 1 bar e ocupando um volume de 1 L é comprimido no interior de um

conjunto cilindro pistão até uma pressão final de 4 bar.

a) Se a relação entre a pressão e o volume durante a compressão é pV = cte, determine o volume,

em L, para uma pressão de 3 bar. Represente também o processo global em um gráfico de

pressão versus volume.

b) Repita a análise para uma relação linear pressão-volume entre estados finais.

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14) Água escoa através de um medidor Venturi, conforme desenho abaixo. A pressão da água no tubo

suporta colunas de água que diferem em 30 cm em altura. Determine a diferença de pressão entre

os pontos a e b, em MPa. A pressão aumenta ou diminui na direção do escoamento? A pressão

atmosférica é de 1 bar, o volume específico da água é de 10-3 m3/kg e a aceleração da gravidade é

g = 9,81 m/s2.

A resolução abaixo não é do problema, mas serve como exemplo.

15) Determine a força total, em kN, no fundo de uma piscina de 100x50m. A profundidade da piscina

varia linearmente ao longo do seu comprimento de 1 até 4 m. Determine também a pressão no

solo no centro da piscina em kPa. A pressão atmosférica é de 0,98 bar, a massa específica da água é

de 998,2 kg/m3 e a aceleração local da gravidade é de 9,8 m/s2.

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16) Converta as seguintes temperaturas de oF para oC: a) 212 oF, b) 68 oF, c) 32oF, d) 0oF, e) -40 oF, f) -

459,67 oF.

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17) Uma nova escala de temperatura absoluta é proposta. Nesta escala, a temperatura de gelo da água

é de 150 oS e a temperatura de vapor é de 300 oS. Determine as temperaturas em oC que

correspondem a 100oS e a 400 oS, respectivamente. Qual é a razão entre o oS e o kelvin?

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