EN 2010 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Uma partícula, de massa $m=40{,}0\ \text{g}$ e carga elétrica $q=8{,}0\ \text{mC}$, encontra-se inicialmente fixa na origem do sistema coordenado $XOY$ (veja figura abaixo). Na região, existe um campo elétrico uniforme $\vec E=100\hat\imath\ (\text{N/C})$. A partícula é solta e passa a se mover na presença dos campos elétrico e gravitacional $[\vec g=10{,}0\hat\j\ (\text{m/s}^2)]$. No instante em que a coordenada $x=40{,}0\ \text{cm}$, a energia cinética da partícula, em joule, é

Uma haste de comprimento inicial $L_0=59{,}0\ \text{cm}$ tem uma extremidade fixa na parede e a outra extremidade presa a uma placa retangular (1) isolante de área da face $A$, que pode deslizar com atrito desprezível na superfície horizontal. Outra placa retangular (2) isolante, de mesma área da face, está fixa na superfície horizontal a uma distância $d=17{,}7\ \text{cm}$ da placa (1). As placas possuem revestimento metálico nas faces (área $A$) que se defrontam, formando assim um capacitor plano de placas paralelas a vácuo. A haste, que possui massa $m=30{,}0\ \text{g}$, calor específico médio $c=0{,}40\ \text{cal/(g·°C)}$ e coeficiente de dilatação linear $\alpha=5{,}0\cdot10^{-4}\ \text{°C}^{-1}$, é uniformemente aquecida até atingir uma temperatura tal que a nova capacitância do capacitor torna-se $20\%$ maior. O calor fornecido, em kcal, por um aquecedor (não indicado na figura) à haste é

Um detector de ondas sonoras $D$ passa pelo ponto $A$, localizado no eixo $x$, em direção ao ponto $B$, localizado no eixo $y$, com velocidade $\vec v$ constante, como indicado na figura abaixo. O vetor velocidade faz um ângulo $\alpha$ acima da horizontal. Uma fonte sonora $F$, em repouso, localizada na origem do sistema de eixos, emite ondas sonoras que se propagam no ar parado com velocidade constante $v_s$. Sabendo que as frequências captadas pelo detector ao passar por $A$ e $B$ são, respectivamente, $f_A$ e $f_B$, a razão entre a diferença de frequências, $f_A-f_B$, e a frequência da onda emitida pela fonte é

Dois pêndulos constituídos por fios de massas desprezíveis e de comprimento $L=2{,}0\ \text{m}$ estão pendurados em um teto em dois pontos próximos de tal modo que as esferas $A$ e $B$, de raios desprezíveis, estejam muito próximas, sem se tocarem. As massas das esferas valem $m_A=0{,}10\ \text{kg}$ e $m_B=0{,}15\ \text{kg}$. Abandona-se a esfera $A$ quando o fio forma um ângulo de $60°$ com a vertical, estando a esfera $B$ do outro pêndulo na posição de equilíbrio. Sabendo que, após a colisão frontal, a altura máxima alcançada pelo centro de massa do sistema, em relação à posição de equilíbrio, é de $0{,}40\ \text{m}$, o coeficiente de restituição da colisão é

Uma pequena esfera rígida de massa $m$ é liberada do repouso da posição 1, localizada a uma distância vertical $H$ acima da borda de uma cavidade hemisférica de raio $R$ (ver figura). A esfera cai e toca, tangenciando, a superfície rugosa desta cavidade (posição 2) com o dobro da velocidade com a qual deixa a mesma (posição 3), parando momentaneamente na altura $h$ acima do plano da borda (posição 4). Despreze a resistência do ar. A razão $H/h$ é igual a

A densidade absoluta (ou massa específica) $\rho_0$ do cilindro sólido de altura $H$ e área das bases $A$ é tal que, quando em equilíbrio no fluido de densidade absoluta $\rho$, flutua mantendo a base superior a uma altura $h$ acima da superfície livre do líquido, como mostra a figura abaixo. Sabendo que, para ficar submerso, a densidade absoluta do cilindro deve ser $25\%$ maior que $\rho_0$, podemos afirmar que a razão $h/H$ é igual a

Um pequeno bloco de massa $m=2{,}0\ \text{kg}$ é lançado da posição $A$ com velocidade de módulo igual a $4{,}0\ \text{m/s}$. O trecho $ABC$ do percurso, no plano vertical, possui atrito desprezível e o trecho $CD$, de comprimento igual a $1{,}0\ \text{m}$, possui atrito cujo coeficiente cinético é $0{,}20\sqrt3$. Despreze a resistência do ar e considere a energia potencial gravitacional zero no nível $BC$. Após passar pela posição $D$, a máxima energia potencial gravitacional (em joules) atingida pelo bloco é

A figura abaixo mostra uma superfície horizontal lisa (plano $XY$) onde existe um campo elétrico uniforme $\vec E=30\hat\imath\ (\text{N/C})$ seguido de outro campo magnético uniforme $\vec B=1{,}5\hat k\ (\text{teslas})$. Uma partícula (1), de massa $m_1=m$ e carga elétrica $q_1=+4{,}0\ \mu\text{C}$, é lançada com velocidade $\vec v_1=3{,}0\hat\imath\ (\text{m/s})$, da posição $X=0$ e $Y=1{,}5\ \text{m}$, na direção de outra partícula (2), de massa $m_2=m$ e eletricamente neutra, inicialmente em repouso na posição indicada, num choque frontal. Sabe-se que o coeficiente de restituição do choque é $0{,}80$ e a massa $m=3{,}0\ \text{mg}$ (miligramas). Despreze a indução eletrostática e qualquer perda de carga da partícula (1). O módulo da aceleração, em $\text{m/s}^2$, da partícula (1) no interior do campo magnético uniforme é

Um forno elétrico, que opera na voltagem de $120\ \text{V}$ e corrente elétrica de $15\ \text{A}$, possui rendimento de $80\%$. No seu interior foram colocados $2{,}5$ litros de água na temperatura inicial de $39{,}1\ \text{°C}$. Após $20$ minutos, verifica-se que certa quantidade de água se vaporizou. Sabendo que a temperatura de vaporização é de $100\ \text{°C}$, a variação de entropia, em $\text{kJ/K}$, da água durante a vaporização é

Um satélite artificial percorre uma órbita circular ao redor da Terra na altitude de $9{,}63\cdot10^3\ \text{km}$. Para atingir a velocidade de escape, nesta altitude, o satélite deve ter, através de um sistema de propulsão, o módulo da sua velocidade linear multiplicado por

Um bloco é solto de certa altura sobre uma mola ideal vertical que possui constante elástica $K$, como mostra a figura 1. O bloco passa a ficar preso à mola (despreze as perdas nesta colisão), comprimindo-a até parar momentaneamente. A figura 2 mostra o gráfico da energia cinética ($E_c$) do sistema mola–bloco em função da deformação da mola ($Y$). Sabe-se que $E_c$ é medida em joules e $Y$ em metros. Analisando o gráfico, conclui-se que o valor da constante elástica $K$, em $\text{N/m}$, é

A figura 1 mostra o gráfico da velocidade em função do tempo de uma partícula de massa $m$ e carga elétrica $-q$ que se move entre as placas de um capacitor plano de placas paralelas (figura 2). Na região entre as placas, existe um campo elétrico uniforme e o meio é vácuo. Se, no instante $t=0$, a partícula possui velocidade $\vec v_0=(2{,}00\cdot10^5)\hat\imath\ (\text{m/s})$ no sentido positivo de $x$, o módulo da sua aceleração, em $\text{m/s}^2$, é aproximadamente igual a

Duas pequenas esferas, de raios desprezíveis, estão carregadas com cargas elétricas de mesmo valor absoluto e sinais contrários, sendo mantidas afastadas, uma da outra, por meio de uma mola ideal não condutora de constante elástica igual a $25{,}0\ \text{N/m}$. Sabe-se que a distância $L=36{,}0\ \text{cm}$. As duas cargas elétricas formam um sistema, no vácuo, que possui energia potencial eletrostática de valor absoluto igual a $0{,}90\ \text{J}$. O comprimento $L_0$, em centímetros, da mola não deformada é

Na figura abaixo, uma corda inextensível $ABC$ (densidade linear igual a $20{,}0\ \text{g/m}$) tem uma extremidade presa na parede e, depois de passar por uma polia ideal, é tracionada por uma pequena esfera metálica (1), que possui massa $m_1=\dfrac{0{,}700}{\sqrt3}\ \text{kg}$ e carga elétrica $q_1=+2{,}50\ \mu\text{C}$. Outra pequena esfera metálica (2), de mesmo raio, está presa na base do plano inclinado, possuindo massa $m_2=0{,}500\ \text{kg}$ e carga elétrica $q_2=-2{,}00\ \mu\text{C}$. Sabe-se que a distância entre os centros das esferas é de $10{,}0\ \text{cm}$, o meio entre as esferas possui constante eletrostática $K=9{,}0\cdot10^9\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$ e o trecho $AB$ da corda, de comprimento igual a $50{,}0\ \text{cm}$, vibra num padrão de onda estacionária de frequência igual a $100\ \text{Hz}$. O harmônico correspondente é o

No circuito elétrico abaixo, temos inicialmente a chave $K$ aberta e os capacitores completamente carregados. Fechando-se a chave, após um longo intervalo de tempo, o capacitor $C_2$ estará sob nova diferença de potencial. O valor absoluto da variação da diferença de potencial, em volts, no capacitor $C_2$ entre a situação inicial e final é

Analise as afirmativas abaixo no que se refere às ondas sonoras.

II — A potência de uma fonte, que emite ondas sonoras isotropicamente, não depende do meio que o som se propaga e nem da distância do observador à fonte.

IV — Se em certa distância de uma fonte sonora o nível sonoro aumenta de $15\ \text{dB}$, então a intensidade sonora aumentou de um fator igual a $10\sqrt{10}$.

Assinale a opção que contém apenas as afirmativas corretas:

Um corpo de massa $m$ passa pela origem do sistema coordenado $XOY$, no instante $t=0$, com velocidade $5{,}0\hat\imath\ (\text{m/s})$ e aceleração $4{,}0\hat\imath+2{,}0\hat\j\ (\text{m/s}^2)$. Três forças constantes atuam sobre o corpo: o peso, a força vertical para cima $\vec F_V$ e a força horizontal $\vec F_H$. Verifica-se que entre $t=0$ e $t=4{,}0\ \text{s}$ houve variação da energia mecânica de $9{,}6\cdot10^3\ \text{J}$. O valor da massa $m$, em kg, é

Uma espira retangular (com uma volta de fio) de lados $a=0{,}50\ \text{m}$ e $b=2{,}0\ \text{m}$ está, no instante inicial $t=0$, disposta no plano da folha e imersa numa região na qual existe um campo magnético uniforme para direita de módulo igual a $1{,}0\ \text{tesla}$. A corrente $i=0{,}20\ \text{A}$ circula na espira no sentido horário. Em virtude do torque magnético, a espira gira de $30°$ no intervalo de tempo de $2{,}0\ \text{s}$. O módulo do torque magnético inicial, em $\text{N·m}$, atuando sobre a mesma, e o valor absoluto da força eletromotriz média induzida pelo giro, em volt, respectivamente, são:

Fixada ao bloco 1, a mola ideal de constante elástica $K$ exerce sobre este uma força $\vec F_x$ responsável por acelerá-lo do repouso ($x=-A$) até o choque perfeitamente elástico com o bloco 2, em repouso. O choque ocorre em $x=0$, coordenada na qual $\vec F_x$ se anula. Imediatamente após a colisão, os blocos se afastam com velocidades iguais em módulo e o sistema mola–bloco 1 inicia um movimento harmônico simples com amplitude de oscilação igual a $A/2$. Despreze os atritos. A razão entre as massas $m_1/m_2$ dos blocos vale

A figura abaixo mostra uma barra uniforme e homogênea de peso $P$ e comprimento $L$, em repouso sobre uma superfície horizontal. A barra está apoiada, sem atrito, ao topo de uma coluna vertical de altura $h$, fazendo um ângulo de $30°$ com a vertical. Um bloco de peso $P/2$ está pendurado a uma distância $L/3$ da extremidade inferior da barra. Se a barra está na iminência de deslizar, a expressão do módulo da força de atrito entre a sua extremidade inferior e a superfície horizontal é