Prova EAM 2023 — Física com Gabarito e Resolução

Q31

Mecânica — Cinematica circular — Relação entre velocidade angular e raio

Examine a figura abaixo. Um marinheiro é responsável por uma máquina que aciona um conjunto de três polias de raios diferentes, conforme a figura acima. A escolha de qual polia ele deve usar depende da tarefa a ser realizada, uma vez que a velocidade angular do motor é sempre constante. Logo, a correia deve mudar de posição, caso a tarefa exija maior ou menor velocidade. Se a tarefa exigir maior velocidade angular nas polias 2 e 3, assinale a opção que apresenta a configuração que o marinheiro deverá escolher.

A)Configuração 1, porque as polias 1 e 3 têm o mesmo raio e, portanto, velocidades angulares iguais.

B)Configuração 2, porque as polias 2 e 3 são acionadas pela polia 1, mas o raio da polia 2 é menor que a polia 3 diminuindo a velocidade angular.

C)Configuração 2, porque as polias 1 e 2 têm a mesma velocidade linear e o raio da polia 2 é menor do que a polia'3.:

D)Configuração 1, porque a velocidade angular das polias 1 e 3 é a mesma, mas a velocidade linear é maior na polia 3.

E)Configuração 1, porque as polias 1 e 3 têm a mesma velocidade linear e, assim, as velocidades angulares também são; iguais.

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

Em transmissões por correias sem deslizamento, as periferias das polias ligadas pela correia têm a mesma rapidez tangencial $v=\omega r$. Por isso, a polia menor gira com maior velocidade angular.

Na configuração 2, a correia move a polia 2, de menor raio. As polias 2 e 3 estão rigidamente acopladas ao mesmo eixo, de modo que compartilham a mesma velocidade angular.

Selecionar a polia menor como polia acionada aumenta a rotação das polias 2 e 3 quando a velocidade angular do motor é fixa.

Cuidado, armadilha! Polias de mesmo eixo têm velocidades angulares iguais; polias ligadas por correia têm velocidades tangenciais iguais nos contatos.

Alternativa correta: C

Q32

Mecânica — Cinematica — Velocidade escalar média com paradas

Um navio parte para realizar uma missão. Devendo sair do Arsenal de Guerra em direção à entrada da Baía de Guanabara na velocidade de 10 nós, após rumar por 30 minutos para sudoeste até as Ilhas Cagarras, distante de 5 milhas náuticas da entrada da baía e esperar em repouso por 1 hora. Em seguida, o navio deve rumar para o sul a 20 nós de velocidade, por 2 horas. Considerando a distância do arsenal até a entrada da Baía de 10 milhas náuticas, determine a velocidade média em m/s desse percurso e assinale a opção correta. Dados: 1 nó 1,852km/h=0,514 m/s. 1 milha náutica = 1,852 m.

A)4,33 m/s

B)5,33 m/s

C)6,33 m/s

D)7,33m/s

E)833 m/s

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

Somamos toda a rota antes de calcular a velocidade escalar média: $10$ milhas náuticas desde o arsenal até a entrada da baía, mais $5$ até as ilhas e, depois, $20\cdot2=40$ milhas. O total é $55$ milhas náuticas.

Aos $10$ nós, os primeiros $10$ percorridos demandam $1\ \text{h}$, e os $5$ seguintes demandam $0{,}5\ \text{h}$. Acrescentando $1\ \text{h}$ de espera e $2\ \text{h}$ do trecho final, obtemos $4{,}5\ \text{h}$.

A rapidez escalar média é $55/4{,}5\approx12{,}22$ nós. Usando $1$ nó $\approx0{,}514\ \text{m/s}$, resulta aproximadamente $6{,}28\ \text{m/s}$, sendo $6{,}33\ \text{m/s}$ a opção mais próxima.

Cuidado, armadilha! A parada integra o tempo total. A velocidade média vetorial é diferente da escalar média e exigiria o deslocamento resultante.

Alternativa correta: C

Q33

Eletricidade — Magnetismo — Orientação da bússola

Assinale a opção que completa corretamente as lacunas da sentença abaixo. Antes da invenção da agulha giroscópica, a bússola era a principal ferramenta de navegação a bordo. Graças da Terra, a bússola sempre aponta da Terra, porque a sua agulha possui parao

A)ao campo magnético / norte magnético / um imã permanente.

B)ao campo magnético / norte verdadeiro / uma seta.

C)ao campo elétrico / norte magnético / um imã permanente.

D)ao campo magnético / norte magnético / um material dielétrico.

E)ao campo gravitacional / norte magnético / um imã permanente.

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

A agulha da bússola é um pequeno ímã permanente e sofre torque quando colocada no campo magnético terrestre.

A extremidade norte da agulha tende a orientar-se aproximadamente na direção do norte magnético da Terra, com desvios locais conhecidos como declinação magnética.

A combinação das lacunas é campo magnético, norte magnético e ímã permanente.

Cuidado, armadilha! Não confunda norte magnético e norte geográfico: os dois não coincidem exatamente.

Alternativa correta: A

Q34

Termologia — Calorimetria — Equilíbrio entre gelo e água com solidificação

Um bloco de gelo de 2 kg de massa a -20°C é colocado em contato com 100g de água em estado líquido a 60°C. Supondo que o sistema se encontra em equilíbrio térmico após um longo intervalo de tempo e que não haja troca de calor com o ambiente, calcule a temperatura de equilíbrio do sistema e assinale a opção correta. Dados: Calor específico da água= 1 cal/g'C. Calor específico do gelo= 0,5 cal/g°C. Calor latente da água de solidificação= 80 cal/g.

A)-21°C

B)44°C

C)-13,4º€

D)-5,7°C

E)10°C

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

A água quente pode ceder até $Q_1=100\cdot1\cdot60=6000\ \text{cal}$ ao chegar a $0\ ^\circ\text{C}$. Se toda ela solidificar, libera mais $Q_2=100\cdot80=8000\ \text{cal}$.

A energia total disponível é $14000\ \text{cal}$, insuficiente para aquecer $2000\ \text{g}$ de gelo de $-20\ ^\circ\text{C}$ a $0\ ^\circ\text{C}$, o que exigiria $20000\ \text{cal}$. Portanto, a temperatura final será negativa e toda a água inicial congelará.

O déficit de $6000\ \text{cal}$ é compensado pelo resfriamento dos $2100\ \text{g}$ de gelo total: $2100\cdot0{,}5\cdot|T|=6000$, então $T\approx-5{,}7\ ^\circ\text{C}$.

Cuidado, armadilha! Antes de supor coexistência água–gelo em $0\ ^\circ\text{C}$, verifique se há energia suficiente para aquecer todo o gelo.

Alternativa correta: D

Q35

Eletricidade — Circuitos eletricos — Série e paralelo com medições

Examine a figura abaixo. A temperatura de duas câmaras é aumentada através de uma sequência de resistores em série e paralelo, conforme o esquema elétrico na figura. Um militar foi designado para medir a tensão da câmara 2 e a corrente total do circuito e enviar o resultado ao seu superior. Considerando a tensão de entrada de 220 V, assinale a opção que apresenta os valores lidos no amperímetro e no voltímetro.

A)146 1V

B)24€10V

C)24e20V

D)2,24 e 22V

E)4440 44V

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

O circuito tem um resistor de $100\ \Omega$ em série com uma associação de dois caminhos: um resistor de $20\ \Omega$ na câmara 1 e uma sequência de $10\ \Omega+10\ \Omega=20\ \Omega$ no outro caminho.

A associação paralela é $20\ \Omega\parallel20\ \Omega=10\ \Omega$. Assim, $R_{eq}=100+10=110\ \Omega$ e $I_{total}=220/110=2\ \text{A}$.

Os dois ramos paralelos recebem a mesma tensão e têm resistências iguais, portanto cada um conduz $1\ \text{A}$. No resistor de $10\ \Omega$ da câmara 2, a leitura é $U_2=RI=10\cdot1=10\ \text{V}$. O par é $2\ \text{A}$ e $10\ \text{V}$.

Cuidado, armadilha! As grandezas pedidas são corrente total no amperímetro e tensão apenas no resistor monitorado da câmara 2.

Alternativa correta: B

Q36

Mecânica — Lancamento obliquo — Alcance e energia cinética

Um canhão de tiro de um navio está apontado para outro alvo na superfície do mar distante de 16000m. A inclinação do navio mais o ângulo do canhão resultam em um ângulo de disparo de 45º. Sabendo que a altura máxima do projétil é atingida na metade do tempo necessário para atingir o alvo, calcule a velocidade inicial e a energia cinética inicial necessárias para que o projétil de 25kg acerte o alvo e assinale a opção correta. Considere a resistência do ar desprezível e g = 10m/s?. 2 Dados: cos 45º = sen 45º =

A)400m/s e 5,0kJ

B)400m/s e 4000kJ

C)40 mis e 20,0kJ

D)400m/s e 2000kJ

E)80m/s e 80,0kJ

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

Como lançamento e chegada ocorrem à mesma altura e o ângulo é $45^\circ$, o alcance é $R=v_0^2\sin(2\theta)/g=v_0^2/g$.

Com $R=16000\ \text{m}$ e $g=10\ \text{m/s}^2$, obtemos $v_0=\sqrt{160000}=400\ \text{m/s}$.

A energia cinética inicial vale $E_c=\frac12mv_0^2=\frac12\cdot25\cdot400^2=2\cdot10^6\ \text{J}=2000\ \text{kJ}$.

Cuidado, armadilha! O alcance de 16 km exige converter corretamente a energia em quilojoules: $2000000\ \text{J}=2000\ \text{kJ}$.

Alternativa correta: D

Q37

Óptica — Refracao — Profundidade aparente

Examine a figura abaixo. Uma mina foi detectada visualmente flutuando abaixo da superfície do mar a uma profundidade aparente de 1,0 m. Sabendo do fenômeno da refração, um oficial solicitou a determinação da verdadeira profundidade para neutralizar a mina. Com base nessas informações e supondo uma aproximação de pequenos ângulos, calcule a profundidade aproximada em que se encontra a mina e assinale a opção correta. Dados: índice de refração da água $n_2=1{,}33$ e do ar $n_1=1$.

A)0,75m

B)1,00m

C)1,25m

D)1,33m

E)1,50m

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

Um objeto submerso, observado aproximadamente na vertical a partir do ar, parece estar mais próximo da superfície devido à refração da luz.

Na aproximação de pequenos ângulos, $h_{aparente}=h_{real}(n_{ar}/n_{agua})$. A imagem está a $1{,}0\ \text{m}$, logo $h_{real}=1{,}0\cdot1{,}33/1{,}0=1{,}33\ \text{m}$.

A mina está mais funda do que aparenta, o que é coerente com o valor encontrado.

Cuidado, armadilha! Não multiplique a profundidade real por $n_{ar}/n_{agua}$ ao inverter a relação para achar a profundidade verdadeira.

Alternativa correta: D

Q38

Ondulatória — Acustica — Eco

Um submarino pode emitir um pulso sonoro para procurar objetos e alvos e determinar as suas distâncias pelo sonar. Esse pulso se move na velocidade do som do meio e retorna ao colidir com um objeto. O intervalo de tempo calculado entre o momento da emissão do sinal e o seu retorno pode ser utilizado para determinar a distância até o objeto/alvo. Assim, como é denominado esse pulso sonoro de retorno?

A)Eco.

B)Batimento.

C)Frequência.

D)Doppler.

E)Ressonância.

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

O sonar emite uma onda sonora que alcança o obstáculo e é refletida de volta à origem.

Quando o som refletido é percebido separadamente do original, o fenômeno recebe o nome de eco. O intervalo entre emissão e recepção pode medir distâncias pelo movimento de ida e volta.

Batimento, efeito Doppler e ressonância correspondem a outros fenômenos ondulatórios, não ao simples retorno do pulso.

Cuidado, armadilha! Para medir a distância com o eco, usa-se metade do percurso $v\Delta t$ do sinal.

Alternativa correta: A

Q39

Termologia — Gases — Transformação isocórica

Uma câmara de refrigeração de um navio utiliza gás CO, como refrigerante. Este gás encontrava-se inicialmente a -10°C e, após a troca de calor, o gás passou para a temperatura de 50°C e para a pressão atmosférica de “1 atm. Considerando que o processo aconteceu a volume específico constante, calcule a pressão do gás, em atm, quando o gás estava refrigerado e assinale a opção correta.

A)-0,2 atm

B)0,2 atm

C)0,81 atm

D)1,0 atm

E)1,23 atm

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

Com volume fixo e mesma quantidade de gás ideal, a lei de Gay-Lussac relaciona pressão e temperatura absoluta: $p/T=\text{constante}$.

A temperatura inicial é $T_i=263\ \text{K}$ ($-10\ ^\circ\text{C}$) e a final é $T_f=323\ \text{K}$ ($50\ ^\circ\text{C}$). Se a pressão final é $1\ \text{atm}$, então $p_i=p_fT_i/T_f=263/323\approx0{,}81\ \text{atm}$.

O aquecimento aumenta a pressão a volume constante, portanto a pressão inicial deve ser menor que a final.

Cuidado, armadilha! Use kelvin na razão de temperaturas; valores em graus Celsius não podem ser divididos diretamente.

Alternativa correta: C

Q40

Eletricidade — Eletrodinamica — Resistência de fio e divisor de tensão

No topo do mastro de um navio, encontra-se uma luz de navegação que acende quando uma fonte de tensão lhe transmite corrente contínua. Contudo, a distância entre a bateria e a lâmpada é grande o suficiente para que a resistência elétrica do fio condutor de cobre seja relevante. Sabendo que a resistividade do cobre é de p = 0016. d5., que a área do fio é 1,6mm? e que o seu comprimento é de 200 metros e, considerando uma fonte de tensão de 24V e a resistência elétrica da lâmpada de 220 . Calcule a resistência do fio e a queda de tensão na lâmpada e assinale a opção correta. Dado: Resistência de um cabo Rj = a

A)246 1N1V

B)246 22V

C)146 22V

D)124622

E)0,546 11V

Resultado da resolução independente — gabarito da prova regular não fornecido

Resolução

Pela segunda lei de Ohm, $R_f=\rho L/A$. Com $\rho=0{,}016\ \Omega\cdot\text{mm}^2/\text{m}$, $L=200\ \text{m}$ e $A=1{,}6\ \text{mm}^2$, resulta $R_f=2\ \Omega$.

O fio e a lâmpada de $22\ \Omega$ formam associação em série: $R_{eq}=2+22=24\ \Omega$. A corrente é $I=24/24=1\ \text{A}$.

A tensão na lâmpada é $U_L=I R_L=1\cdot22=22\ \text{V}$; os $2\ \text{V}$ restantes ficam no fio.

Cuidado, armadilha! A resistência do fio é relevante: a lâmpada não recebe integralmente a tensão da bateria.

Alternativa correta: B