AFA 2024 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Um veículo se desloca ao longo de uma estrada reta e plana, em um movimento retrógrado e uniformemente acelerado. Nessas condições, assinale a alternativa que contém o diagrama horário que melhor representa esse movimento, sabendo que S indica posição, v velocidade e a aceleração.

Duas partículas, A e B, de massas 4m e m, respectivamente, movimentam-se sobre uma superfície plana e horizontal, ao longo de uma mesma trajetória. O coeficiente de atrito cinético entre essa superfície e cada partícula é o mesmo e igual a $\mu_A=\mu_B=0{,}1$. A figura abaixo indica as posições das partículas no instante $t_0=0$, quando as velocidades de A e B valem, respectivamente, $40m/s$ e $-10m/s$.

A partir desse instante as duas partículas estão sujeitas, na direção de seus movimentos, apenas à ação da força de atrito com a superfície. Em dado momento elas colidem, sofrendo um choque parcialmente elástico, de coeficiente de restituição $e=0{,}25$. Durante essa rápida colisão, o sistema é considerado isolado e, logo após, as partículas novamente voltam a ter sobre elas, na direção do movimento, a ação exclusiva da força de atrito, permanecendo em movimento uniformemente variado até pararem.

Nessas condições, ao atingir o repouso, a partícula A estará na posição $S_A$, em metros, igual a

O sistema representado na figura seguinte é composto por um bloco de dimensões desprezíveis e de massa m apoiado em um plano inclinado, que forma um ângulo $\alpha$ com a direção horizontal. O sistema possui uma mola ideal de constante elástica k e comprimento natural $x_0$.

O bloco se encontra apenas encostado na mola e em equilíbrio, na posição A, a uma altura $y_A$. Nesse momento, a mola está travada e comprimida de um valor x. Quando a mola é destravada, o bloco, pela ação da força elástica, percorre a distância d, sem atrito, indicada na figura, até atingir o ponto B, a uma altura $y_B$, onde ocorre a inversão do sentido de seu deslocamento.

Considerando g o módulo da aceleração da gravidade, a distância d percorrida pelo bloco é dada na alternativa

Uma partícula de massa 2 kg desloca-se em uma trajetória horizontal, sem atrito, com velocidade escalar de 10 m/s, quando uma força $\vec F$, de intensidade constante na direção do deslocamento, passa a agir sobre ela durante um intervalo de tempo $\Delta t$. Dado que o impulso dessa força é igual a $-28N\cdot s$, a velocidade escalar da partícula no instante em que cessa a ação da força $\vec F$, em m/s, é

Um Cadete acaba de ser selecionado para estagiar em um laboratório e tem a missão de caracterizar um novo material. Para iniciar essa caracterização, foi montado um aparato experimental, representado pelo esquema abaixo, com o objetivo de determinar sua condutibilidade térmica.

O experimento consiste em um tubo feito desse novo material, de comprimento $L=20cm$, raio externo $r=10cm$, espessura $\varepsilon=3mm$ e possui as duas extremidades fechadas com material isolante. No seu interior, onde foi feito vácuo, é colocado um resistor R para aquecer o sistema internamente com uma quantidade de calor conhecida e constante igual a $1000cal$. Após estabelecido regime permanente, o Cadete aferiu durante 5,0 minutos as temperaturas interna e externa, obtendo respectivamente, $T_i=50°C$ e $T_e=25°C$.

Nessas condições, a condutibilidade térmica, em $W\cdot m^{-1}\cdot K^{-1}$, medida pelo Cadete, vale

A figura a seguir representa trocas de calor e realização de trabalho em uma máquina térmica. Nela estão indicados os valores da temperatura $T_1$ e da quantidade de calor cedido $Q_1$, relativos à fonte quente, e do trabalho $\tau$ realizado por essa máquina. Além disso, tem-se que $T_2$ e $Q_2$ correspondem, respectivamente, à temperatura e à quantidade de calor rejeitada para a fonte fria.

Seu rendimento corresponde a 75% do rendimento da máquina de Carnot, em regime de funcionamento entre as temperaturas $T_1$ e $T_2$. Nessas condições, a temperatura $T_2$, da fonte fria, é, em kelvin,

Considere um sistema óptico constituído de um tubo cilíndrico opaco no qual foi acoplado internamente uma lente esférica gaussiana plano-convexa, de índice de refração $n=1{,}5$ e raio de curvatura $R=0{,}5m$ para a face convexa. A face plana da lente está voltada para o meio $n_1$ (lado de entrada da luz) e a face convexa está voltada para o meio $n_2$ (lado de saída).

Figura 1 — montagem da lente

Figura 2 — foco P com n1

Figura 3 — foco P' com n3

Nessa disposição, a lente divide o tubo em duas partes que são preenchidas com materiais homogêneos, transparentes e isotrópicos de índices de refração $n_1=2$ e $n_2=1$, tal que $n_1>n>n_2$. A partir dessa configuração, faz-se incidir um feixe de luz paralelo ao eixo do cilindro e ao eixo óptico principal da lente, que, após refratar-se, converge para o ponto focal P.

Posteriormente, utilizando o mesmo sistema óptico, porém trocando-se o material de índice de refração $n_1$ por um outro, também homogêneo, transparente e isotrópico, de índice de refração $n_3=3$, e incidindo o mesmo feixe de luz paralelo ao eixo do cilindro sobre a lente, obtêm-se o ponto focal P'.

Nessas condições, a razão $\left(\dfrac{P}{P'}\right)$ entre as distâncias P e P' é dada por

Considere que, sob a ação da gravidade $\vec g$, dois blocos pontuais de massas $m_1$ e $m_2$ são colocados em movimento ao serem abandonados de altitudes $h_1$ e $h_2$, respectivamente, das rampas apresentadas nas figuras 1 e 2.

As alturas $h_1$ e $h_2$ são tais que as massas $m_1$ e $m_2$ passam pelos pontos A e A' dos loopings de diâmetros d e 2d, na iminência de destacamento das rampas. Ao chegarem nos pontos B e B', nos quais existem duas molas ideais idênticas de constantes elásticas k e sem deformação, os blocos $m_1$ e $m_2$ se acoplam elasticamente às molas e passam a oscilar em movimento harmônico simples de amplitudes $A_1$ e $A_2$, respectivamente.

Nessas condições, a razão, $\left(\dfrac{A_1}{A_2}\right)$, entre as amplitudes de oscilação das massas $m_1$ e $m_2$ é dada por

Duas ondas periódicas harmônicas dadas pelas equações de onda $y_1$ e $y_2$, em unidades do sistema internacional, apresentadas abaixo, propagam-se em uma corda homogênea de comprimento $L=1m$.

$y_1(x,t) = -(0{,}10)\cos[2\pi x+1600\pi t]$
$y_2(x,t) = +(0{,}10)\cos[2\pi x-1600\pi t]$

A corda possui duas extremidades fixas em paredes rígidas nos pontos A e B. A superposição dessas ondas estabelece o fenômeno de interferência conhecido como ondas estacionárias.

Nessas condições, a equação da onda estacionária resultante na corda, $y_R(x,t)$, é melhor apresentada na opção

Sobre um plano inclinado, perfeitamente liso e que não interage eletricamente com outros corpos, está fixada uma partícula A, eletrizada com carga $+Q_A$. Inicialmente, uma outra partícula B, eletrizada com carga $+Q_B$, é abandonada na posição indicada na figura a seguir.

Nessa condição inicial tem-se que o campo elétrico no ponto P, entre as partículas A e B, é nulo; a distância de B a P é 4 vezes a distância de A até P; a massa de B é $m_B$; $\theta$ é o ângulo de inclinação do plano inclinado em relação à horizontal; K é a constante eletrostática do meio; e g é a aceleração da gravidade.

Após esse instante inicial, observa-se que a partícula B se move lentamente ao longo do plano inclinado, atingindo uma posição de equilíbrio estático, de forma que a distância final entre as partículas A e B fique igual a

Na Figura 1 a seguir, tem-se a representação esquemática de um circuito simples, constituído por um gerador de força eletromotriz $\varepsilon$ e resistência interna r, que alimenta um reostato de resistência variável R. O gráfico da Figura 2 descreve o comportamento da potência útil, $P_U$, do gerador em função da corrente i, onde $i_1$ é a medida da corrente elétrica no circuito quando o gerador entrega a esse a máxima potência.

Figura 1 — circuito

Figura 2 — gráfico Pu×i

Com base nas informações fornecidas, avalie as afirmações abaixo.

I. Da simetria do gráfico, pode-se concluir que a corrente $i_1$ é a metade da corrente de curto-circuito do gerador.
II. No regime de máxima transferência de potência, a diferença de potencial nos terminais do gerador é igual à força eletromotriz $\varepsilon$.
III. A área do gráfico fornece a diferença de potencial do circuito.
IV. A resistência elétrica do reostato será $R=r$ quando o gerador transferir máxima potência ao circuito.

Estão corretas apenas as afirmações

Alguns materiais, quando submetidos a campos magnéticos, exibem uma espécie de efeito memória, que nada mais é do que uma imantação residual que persiste no material mesmo após a retirada do campo magnético externo que a gerou. É essa propriedade que permite a fabricação de ímãs permanentes, como os de neodímio. O gráfico abaixo representa genericamente um comportamento desse tipo, onde $B_{ext}$ é a intensidade do campo magnético aplicado e M é a intensidade da magnetização no material.

De posse dessas informações, avalie as afirmações abaixo.

I. Apenas materiais caracterizados como ferromagnéticos exibem esse comportamento.
II. O fenômeno descrito é conhecido como histerese magnética.
III. Quanto mais estreito o ciclo representado nesse gráfico, menor é o magnetismo residual adquirido pelo material.
IV. A principal vantagem observada nesse processo é o fato de não haver dissipação de energia no sistema.

Estão corretas apenas as afirmações

O circuito elétrico, mostrado na figura a seguir, é composto por uma placa metálica retangular ôhmica, de largura L, conectada por meio de fios ideais a um gerador, de força eletromotriz $\varepsilon$ e resistência interna r, e que está imersa numa região onde atua um campo magnético uniforme de intensidade B.

Ao ser estabelecida uma corrente elétrica no circuito, surge uma diferença de potencial $V_{MN}$ na placa metálica, entre os pontos M e N. Nessas condições, sendo $U_G$ a diferença de potencial nos terminais do gerador, a velocidade dos portadores de carga e a intensidade da corrente elétrica são, respectivamente,

O bloco maciço e homogêneo, representado na figura a seguir, de volume $V_c$ e densidade $d_c$, totalmente imerso em um líquido (em repouso e de densidade $d_L$), está em equilíbrio quando suspenso por um fio inextensível que o prende a uma barra homogênea ôhmica condutora, de resistência elétrica R e comprimento L, percorrida por uma corrente elétrica i fornecida pelo gerador ideal de força eletromotriz $\varepsilon$.

Essa barra condutora está em equilíbrio, na direção horizontal, em uma região em que atua o campo magnético uniforme, perpendicular ao plano da folha, de magnitude B. Sendo g o módulo da aceleração da gravidade e desconsiderando as massas das molas, da barra condutora e dos fios, a resistência elétrica da barra vale

A consolidação definitiva da ideia do átomo veio ao final do século XIX, quando o avanço nos estudos da estrutura corpuscular da matéria trouxe evidências experimentais de resultados até então teóricos, surgindo à época alguns modelos que tentavam representar o átomo. Em relação a esses modelos atômicos clássicos são feitas as seguintes afirmações:

I. No modelo atômico de Bohr, a frequência da radiação eletromagnética assume valores discretizados, a qual está relacionada com a diferença entre as energias correspondentes a dois estados.
II. Considerando o modelo atômico de Rutherford, para o átomo de hidrogênio, podemos afirmar que a aceleração do elétron pode ser calculada por meio da expressão $a=K\cdot q^2\cdot m_e^{-1}$, em que K é a constante eletrostática do meio, q é a carga elementar, e $m_e$ é a massa do elétron.
III. No modelo atômico de Bohr, quando se analisa os níveis de energia, o estado estacionário é menos energético que o estado fundamental e que os estados excitados.
IV. A energia emitida pela radiação eletromagnética no modelo atômico de Rutherford é proporcional a hf, em que h é a constante de Planck e f é a frequência da radiação eletromagnética.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmação(ões)

Em alguns filmes de ficção científica é comum a estória sobre expedições interplanetárias em busca de um planeta potencialmente habitável e no qual seja possível reconstruir a civilização humana. Considere uma nave com o objetivo de chegar em um ponto P, situado numa região do Universo onde parece existir um planeta com condições similares às da Terra. Quando essa nave partiu da Terra, Fabinho, filho do Comandante da tripulação, tinha 10 anos e 4 meses de idade. Para o Comandante, que viajou em sua nave a uma velocidade de $0{,}80$ da velocidade da luz no vácuo, passou-se 12 meses até chegar ao ponto P.

Nesse intervalo de tempo, Fabinho, que se encontra na Terra, terá uma idade, em anos, aproximadamente igual a