UNICAMP 2001 (2ª fase) — questão 10 de Física

Enunciado em texto
Utilize g = 10 m/s² sempre que necessário na resolução dos problemas.
A freqüência de operação dos microcomputadores vem aumentando continuamente. A grande dificuldade atual para aumentar ainda mais essa freqüência está na retirada do calor gerado pelo funcionamento do processador. O gráfico a seguir representa a ddp e a corrente em um dispositivo do circuito de um microcomputador, em função do tempo.
(Gráficos, com o mesmo eixo de tempo, em s, de 0 a 8. Em cima, a ddp (V): sobe em linha reta de 0 (em t = 0) a 2,0 V (em t = 1); fica em 2,0 V até t = 2; desce em linha reta até 0 em t = 3; fica em 0 até t = 4; e repete: sobe até 2,0 V em t = 5, fica em 2,0 V até t = 6, desce até 0 em t = 7 e fica em 0 até t = 8. Embaixo, a corrente ( A): vale 1,0 de t = 0 a t = 1; 0 de t = 1 a t = 2; 1,0 de t = 2 a t = 5; 0 de t = 5 a t = 6; e 1,0 de t = 6 a t = 8.)
a) Qual é a freqüência de operação do dispositivo?
b) Faça um gráfico esquemático da potência dissipada nesse dispositivo em função do tempo.
c) Qual é o valor da potência média dissipada no dispositivo durante um período?
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2001, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) a frequência, pelo período dos gráficos; (b) o gráfico de P = U·i; (c) a potência média num período.
Item (a) — o período. Os dois gráficos se repetem a cada s (o que acontece de 0 a 4 se repete de 4 a 8):
Item (b) — potência instante a instante, P = U·i. Num período (0 a 4 ns):
• de 0 a 1: i = 1 e U sobe de 0 a 2, então P sobe em linha reta de 0 a W;
• de 1 a 2: i = 0, então P = 0 (mesmo com U = 2 V);
• de 2 a 3: i = 1 e U desce de 2 a 0, então P desce em linha reta de W a 0;
• de 3 a 4: U = 0, então P = 0 (mesmo com corrente).
O gráfico, com P em W e t em s, mostra em cada período dois triângulos de altura 2: um que sobe de 0 a 1 e cai na vertical, outro que sobe na vertical em 2 e desce até 0 em 3. O desenho se repete de 4 a 8 (triângulos de 4 a 5 e de 6 a 7).
Item (c) — potência média = energia do período ÷ período. A energia é a área sob o gráfico P × t: os dois triângulos, cada um com base s e altura W:
⚠️ A armadilha: multiplicar os valores médios (). A potência média é a média do produto, e não o produto das médias: quando um vale 2, o outro muitas vezes vale zero. Por isso é preciso montar o gráfico de P primeiro.
A ideia em uma frase: potência é U·i em cada instante; a energia é a área do gráfico P × t, e a potência média é essa área dividida pelo período.
Resposta: (a) Hz (250 MHz); (b) dois triângulos por período, de altura W: subindo de 0 a 1 ns e descendo de 2 a 3 ns (e o mesmo de 4 a 5 e de 6 a 7 ns), com P = 0 no resto; (c) W.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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