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EsPCEx · 2006

Escola Preparatória de Cadetes do Exército

Concurso de Admissão 2005/2006 · Modelo B · Física Q01–Q14 · resoluções comentadas pelo Método TEF.

Q01
Óptica — refração e reflexão total

A figura abaixo mostra a trajetória de um feixe de luz monocromático que vem de um meio I, atravessa os meios II e III, e é totalmente refletido na interface dos meios III e IV. Os ângulos $\alpha$, $\beta$ e $\gamma$ são os ângulos formados entre as normais às superfícies de separação dos meios e o feixe de luz monocromático, sendo $\alpha\mathrel{>}\gamma\mathrel{>}\beta$. Os meios são homogêneos, transparentes, estão em equilíbrio estático e as interfaces são planas e paralelas.

Trajetória de um feixe de luz atravessando quatro meios paralelos, com ângulos alfa, beta e gama e reflexão total na interface III-IV

Sabe-se que o índice de refração absoluto do vidro é maior que o da água e que o índice de refração absoluto da água é maior que o do ar. Baseado nestas informações, é correto afirmar que os meios I, II, III e IV podem ser, respectivamente:

A)ar, vidro, água e ar.
B)vidro, ar, água e vidro.
C)água, vidro, ar e água.
D)vidro, água, ar e vidro.
E)ar, água, vidro e ar.

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

A
Resolução

Pela lei de Snell, nas interfaces paralelas vale $n_I\sin\alpha=n_{II}\sin\beta=n_{III}\sin\gamma$.

Como $\alpha$ é o maior ângulo, o meio I deve ter o menor índice de refração; como $\beta$ é o menor, o meio II deve ter o maior índice. Assim, I pode ser ar, II vidro e III água.

Além disso, há reflexão total na passagem de III para IV, o que exige $n_{III}\mathrel{>}n_{IV}$. Água para ar satisfaz essa condição.

Alternativa correta: A

Q02
Calorimetria — equilíbrio térmico

Um cozinheiro necessita preparar $1{,}5\text{ L}$ de café com leite a uma temperatura de $42{}^\circ\text{C}$. Ele dispõe de $700\text{ mL}$ de café a $82{}^\circ\text{C}$. Considerando que somente haja troca de calor entre o café e o leite e que ambos tenham o mesmo calor específico e a mesma densidade, para conseguir o seu intento, a temperatura inicial do leite que será misturado ao café deve ser de:

A)$62{}^\circ\text{C}$
B)$40{}^\circ\text{C}$
C)$35{}^\circ\text{C}$
D)$11{}^\circ\text{C}$
E)$7{}^\circ\text{C}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

E
Resolução

O volume de leite é $1500-700=800\text{ mL}$. Como café e leite têm a mesma densidade e o mesmo calor específico, esses fatores se cancelam no balanço térmico.

$700(82-42)=800(42-T)$.

$28000=33600-800T$, de onde $T=7{}^\circ\text{C}$.

Alternativa correta: E

Q03
Dinâmica — diagrama de forças

Um bloco parte da posição 1 e desloca-se em movimento retilíneo uniformemente variado sobre uma superfície horizontal com atrito até parar na posição 3, conforme a figura abaixo.

Bloco deslocando-se da posição 1 para a posição 3 sobre uma superfície horizontal com atrito

Desprezando a resistência do ar, o diagrama que melhor representa todas as forças que atuam sobre o bloco, quando ele está passando pelo ponto 2, é:

Obs.: todas as forças estão representadas no centro de massa do bloco.

A)Diagrama ADiagrama de forças da alternativa A da questão 3
B)Diagrama BDiagrama de forças da alternativa B da questão 3
C)Diagrama CDiagrama de forças da alternativa C da questão 3
D)Diagrama DDiagrama de forças da alternativa D da questão 3
E)Diagrama EDiagrama de forças da alternativa E da questão 3

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

C
Resolução

Durante o movimento, atuam sobre o bloco o peso $P$ para baixo, a força normal $N$ para cima e a força de atrito cinético em sentido oposto ao movimento.

Não existe força horizontal para a direita mantendo o movimento. Como o bloco se desloca para a direita e desacelera, o atrito aponta para a esquerda.

O diagrama que contém apenas $N$, $P$ e o atrito para a esquerda é o da alternativa C.

Alternativa correta: C

Q04
MHS — sistemas massa-mola

Em um sistema massa-mola ideal, sem forças dissipativas, a frequência de oscilação $f$ de uma massa $m$ é dada por $f=\dfrac{1}{2\pi}\sqrt{\dfrac{k}{m}}$, onde $k$ representa a constante elástica da mola. Nos sistemas A e B representados abaixo, as forças dissipativas são nulas, as molas são ideais, $X_1$ e $X_2$ representam a posição de elongação máxima das molas e as massas $m_1$ e $m_2$ são iguais.

Dois sistemas massa-mola A e B com constantes elásticas k1 e k2 e massas iguais

Para que a situação indicada na figura se repita a cada 3 oscilações do sistema A e 2 oscilações do sistema B, a razão entre $k_1$ e $k_2$ é igual a:

A)$0{,}667$
B)$1{,}500$
C)$0{,}444$
D)$1{,}120$
E)$2{,}250$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

E
Resolução

A repetição simultânea ocorre quando $3T_A=2T_B$.

Como $T=2\pi\sqrt{m/k}$ e as massas são iguais, $3/\sqrt{k_1}=2/\sqrt{k_2}$.

Logo, $3\sqrt{k_2}=2\sqrt{k_1}$ e $k_1/k_2=9/4=2{,}25$.

Alternativa correta: E

Q05
Energia e quantidade de movimento — colisão inelástica

Uma mola ideal de constante elástica $k=256\text{ N/m}$ está presa a um anteparo fixo e é comprimida de $0{,}5\text{ m}$ contra ele por um bloco A de massa $2\text{ kg}$. O bloco A não está preso à mola e se apoia sobre uma superfície horizontal e sem atrito. Soltando-se a mola, esta empurra o bloco ao longo da superfície até perderem o contato entre si. O bloco prossegue deslizando até realizar um choque perfeitamente inelástico com um bloco B de massa $2\text{ kg}$, inicialmente em repouso, conforme a figura abaixo.

Mola comprimida lançando o bloco A em direção ao bloco B inicialmente em repouso

Desprezando todas as forças dissipativas, pode-se afirmar que a velocidade final dos dois blocos será de:

A)$4\text{ m/s}$
B)$2\sqrt{2}\text{ m/s}$
C)$4\sqrt{2}\text{ m/s}$
D)$\sqrt{2}\text{ m/s}$
E)$\dfrac{\sqrt{2}}{2}\text{ m/s}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

B
Resolução

A energia elástica inicial é $E_e=\dfrac12kx^2=\dfrac12(256)(0{,}5)^2=32\text{ J}$.

Ao perder o contato com a mola, $\dfrac12m_Av_A^2=32$, então $v_A=4\sqrt{2}\text{ m/s}$.

No choque perfeitamente inelástico, conserva-se a quantidade de movimento: $m_Av_A=(m_A+m_B)v_f$.

Como $m_A=m_B$, $v_f=v_A/2=2\sqrt{2}\text{ m/s}$.

Alternativa correta: B

Q06
Cinemática — movimento uniforme

Um caminhão de $10\text{ m}$ de comprimento, descrevendo um movimento retilíneo e uniforme, ingressa em uma ponte com uma velocidade de $36\text{ km/h}$. Passados $20\text{ s}$, o caminhão conclui a travessia da ponte. O comprimento da ponte é de:

A)$100\text{ m}$
B)$110\text{ m}$
C)$190\text{ m}$
D)$200\text{ m}$
E)$210\text{ m}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

C
Resolução

$36\text{ km/h}=10\text{ m/s}$. Em $20\text{ s}$, a dianteira do caminhão percorre $\Delta s=10\cdot20=200\text{ m}$.

Para o caminhão inteiro sair da ponte, a dianteira percorre o comprimento da ponte mais os $10\text{ m}$ do próprio caminhão.

Assim, $L+10=200$, resultando $L=190\text{ m}$.

Alternativa correta: C

Q07
Energia mecânica — dissipação

Um menino de $30\text{ kg}$ desce em um escorregador de altura $3\text{ m}$, a partir do repouso, em um local onde a aceleração da gravidade vale $10\text{ m/s}^2$. Sabendo que $40\%$ da sua energia mecânica inicial é dissipada durante a descida, pode-se afirmar que a velocidade do menino ao atingir o solo é de:

A)$2\sqrt{15}\text{ m/s}$
B)$6\text{ m/s}$
C)$2\sqrt{6}\text{ m/s}$
D)$3\text{ m/s}$
E)$\dfrac{\sqrt{15}}{2}\text{ m/s}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

B
Resolução

A energia mecânica inicial é $E_i=mgh=30\cdot10\cdot3=900\text{ J}$.

Como $40\%$ é dissipada, restam $60\%$: $E_f=0{,}60\cdot900=540\text{ J}$.

No solo, $\dfrac12mv^2=540$. Assim, $15v^2=540$, $v^2=36$ e $v=6\text{ m/s}$.

Alternativa correta: B

Q08
Ondulatória — relação fundamental

Um barítono emite um som uníssono na frequência de $180\text{ Hz}$. Sabendo que a velocidade do som no ar é constante e igual a $324\text{ m/s}$, pode-se afirmar que o comprimento de onda do som emitido pelo barítono é de:

A)$2{,}4\text{ m}$
B)$1{,}8\text{ m}$
C)$0{,}9\text{ m}$
D)$0{,}6\text{ m}$
E)$0{,}5\text{ m}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

B
Resolução

Pela relação fundamental das ondas, $v=\lambda f$.

$\lambda=324/180=1{,}8\text{ m}$.

Alternativa correta: B

Q09
Estática — equilíbrio de um nó

Um corpo $P$ de peso $80\text{ N}$ é sustentado por fios ideais e encontra-se em equilíbrio estático no vácuo, conforme a figura abaixo.

Corpo de peso P sustentado por fios ideais, com o fio AC formando 45 graus com a horizontal e o fio AB horizontal

Pode-se afirmar que a tensão no fio ${AB}$ vale:

Dados: $\sin45^\circ=\cos45^\circ=\dfrac{\sqrt2}{2}$.

A)$80\text{ N}$
B)$40\sqrt2\text{ N}$
C)$40\text{ N}$
D)$20\text{ N}$
E)$10\sqrt2\text{ N}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

A
Resolução

No ponto A, a componente vertical da tração no fio AC equilibra o peso: $T_{AC}\sin45^\circ=80$.

Logo, $T_{AC}=80\sqrt2\text{ N}$.

Na horizontal, $T_{AB}=T_{AC}\cos45^\circ=80\sqrt2\cdot\dfrac{\sqrt2}{2}=80\text{ N}$.

Alternativa correta: A

Q10
Estática — equilíbrio de torques

Uma haste ${AD}$ homogênea e rígida encontra-se em equilíbrio estático, na posição horizontal, sustentada pela corda ideal ${OB}$. No ponto C, que dista $5\text{ m}$ do ponto A, está pendurado um peso $P$, conforme o desenho abaixo.

Haste AD horizontal suspensa por uma corda em B, com peso P pendurado em C

Sabendo que o peso da haste é igual a $4P$, que o seu comprimento é igual a $6\text{ m}$ e que o sistema está no vácuo, podemos afirmar que a distância do ponto A ao ponto B vale:

A)$2{,}4\text{ m}$
B)$2{,}5\text{ m}$
C)$3{,}2\text{ m}$
D)$3{,}4\text{ m}$
E)$4{,}2\text{ m}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

D
Resolução

A haste homogênea tem peso $4P$ aplicado em seu centro, a $3\text{ m}$ de A. O peso adicional $P$ atua em C, a $5\text{ m}$ de A.

A tração vertical em B equilibra o peso total, portanto $T=5P$.

Tomando momentos em torno de A: $T\cdot AB=4P\cdot3+P\cdot5$.

$5P\cdot AB=17P$, de onde $AB=3{,}4\text{ m}$.

Alternativa correta: D

Q11
Vetores — soma vetorial

Sabendo que os módulos dos vetores $\vec a$ e $\vec b$ valem, respectivamente, $6\text{ N}$ e $4\text{ N}$, e que eles formam um ângulo de $60^\circ$ entre si e atuam sobre um ponto material, o módulo do vetor soma vale:

Dados: considere $\sin60^\circ=0{,}87$ e $\cos60^\circ=0{,}50$.

A)$2\sqrt5\text{ N}$
B)$2\sqrt7\text{ N}$
C)$2\sqrt{13}\text{ N}$
D)$2\sqrt{14}\text{ N}$
E)$2\sqrt{19}\text{ N}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

E
Resolução

Pela lei dos cossenos para a soma de vetores, $R^2=a^2+b^2+2ab\cos60^\circ$.

$R^2=6^2+4^2+2\cdot6\cdot4\cdot0{,}5=36+16+24=76$.

Assim, $R=\sqrt{76}=2\sqrt{19}\text{ N}$.

Alternativa correta: E

Q12
Hidrostática — empuxo

Um estudante de Física observa o comportamento de três objetos de mesmo peso e densidades diferentes abandonados na superfície de um recipiente com água. Após a água e os objetos atingirem o equilíbrio estático, ele observa que o objeto 1 está boiando com a metade do seu volume submerso; que o objeto 2 está totalmente submerso e não toca o fundo do recipiente e que o objeto 3 submerge totalmente ficando apoiado no fundo, pressionando-o. Considerando a densidade da água constante em todos os pontos no interior do recipiente, pode-se afirmar que a intensidade

A)do empuxo no objeto 1 é a metade do empuxo no objeto 2.
B)do empuxo no objeto 2 é igual ao empuxo no objeto 3.
C)do empuxo no objeto 1 é maior do que o empuxo no objeto 2.
D)do empuxo no objeto 3 é menor do que o empuxo no objeto 1.
E)dos empuxos nos três objetos são iguais.

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

D
Resolução

O objeto 1 flutua em equilíbrio, logo $E_1=P$.

O objeto 2 permanece totalmente submerso sem tocar o fundo e também está em equilíbrio, portanto $E_2=P$.

No objeto 3, o fundo exerce uma força normal $N$ para cima. Assim, $E_3+N=P$, com $N\mathrel{>}0$, o que implica $E_3\mathrel{<}P$.

Portanto, $E_3\mathrel{<}E_1=E_2$.

Alternativa correta: D

Q13
Óptica geométrica — associação de espelhos planos

Dois espelhos planos $E_1$ e $E_2$ formam entre si um ângulo reto. Um ponto objeto real $P$ dista $3\sqrt2\text{ m}$ do espelho $E_1$ e $4\sqrt2\text{ m}$ do espelho $E_2$, conforme o desenho abaixo.

Dois espelhos planos E1 e E2 perpendiculares e um ponto objeto P diante da associação

A distância entre o objeto $P$ e a sua imagem formada no ângulo morto da associação dos espelhos é de:

A)$10\sqrt2\text{ m}$
B)$10\text{ m}$
C)$7\sqrt2\text{ m}$
D)$5\sqrt2\text{ m}$
E)$5\text{ m}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

A
Resolução

Tomando o vértice dos espelhos como origem, o objeto pode ser representado pelas coordenadas $x=4\sqrt2$ e $y=3\sqrt2$.

A imagem situada no ângulo morto é obtida por duas reflexões, ficando simétrica ao objeto em relação ao vértice: $(-x,-y)$.

A distância entre objeto e imagem é $d=2\sqrt{x^2+y^2}$.

$d=2\sqrt{(4\sqrt2)^2+(3\sqrt2)^2}=2\sqrt{32+18}=2\sqrt{50}=10\sqrt2\text{ m}$.

Alternativa correta: A

Q14
Cinemática — queda vertical

Um menino abandona uma pedra de um ponto situado a $125\text{ m}$ do solo. Um segundo mais tarde, ele arremessa verticalmente para baixo, do mesmo ponto, uma segunda pedra. Ambas as pedras chegam ao solo ao mesmo tempo. Desprezando a resistência do ar e considerando a aceleração da gravidade igual a $10\text{ m/s}^2$, pode-se afirmar que a velocidade com que o menino arremessou a segunda pedra foi de:

A)$10{,}30\text{ m/s}$
B)$10{,}50\text{ m/s}$
C)$11{,}25\text{ m/s}$
D)$12{,}50\text{ m/s}$
E)$13{,}45\text{ m/s}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2006 · Modelo B

C
Resolução

Para a primeira pedra, abandonada do repouso, $125=\dfrac12(10)t^2$. Logo, $t=5\text{ s}$.

A segunda pedra é lançada $1\text{ s}$ depois, portanto dispõe de $4\text{ s}$ para chegar ao solo.

Para ela, $125=v_0(4)+\dfrac12(10)(4^2)$.

$125=4v_0+80$, então $v_0=11{,}25\text{ m/s}$.

Alternativa correta: C

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