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EsPCEx · 2010

Escola Preparatória de Cadetes do Exército

Concurso de Admissão 2009 · matrícula em 2010 · Modelo B · Física Q01–Q12 · resoluções comentadas pelo Método TEF.

Q01
Dinâmica — equilíbrio e movimento retilíneo uniforme

Uma partícula $O$ descreve um movimento retilíneo uniforme e está sujeita à ação exclusiva das forças $\vec{F}_1$, $\vec{F}_2$, $\vec{F}_3$ e $\vec{F}_4$, conforme o desenho abaixo.

Diagrama vetorial com quatro forças F1, F2, F3 e F4 aplicadas no ponto O
A)$\vec{F}_1+\vec{F}_2+\vec{F}_3=-\vec{F}_4$
B)$\vec{F}_1+\vec{F}_3+\vec{F}_4=\vec{F}_2$
C)$\vec{F}_1-\vec{F}_2+\vec{F}_4=-\vec{F}_3$
D)$\vec{F}_1+\vec{F}_2+\vec{F}_4=\vec{F}_3$
E)$\vec{F}_2+\vec{F}_3+\vec{F}_4=\vec{F}_1$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

A
Resolução

Como o movimento é retilíneo e uniforme, a aceleração é nula. Pela segunda lei de Newton, $\sum \vec{F}=m\vec{a}=0$. Assim, $\vec{F}_1+\vec{F}_2+\vec{F}_3+\vec{F}_4=0$, ou seja, $\vec{F}_1+\vec{F}_2+\vec{F}_3=-\vec{F}_4$. A alternativa correta é A.

Q02
Dinâmica — atrito e equilíbrio

Dois blocos $A$ e $B$, de massas $M_A=5\text{ kg}$ e $M_B=3\text{ kg}$, estão dispostos conforme o desenho abaixo em um local onde a aceleração da gravidade vale $10\text{ m/s}^2$ e a resistência do ar é desprezível. Sabendo que o bloco $A$ está descendo com velocidade constante e que o fio e a polia são ideais, podemos afirmar que a intensidade da força de atrito entre o bloco $B$ e a superfície horizontal é de

Blocos A e B ligados por fio ideal que passa por uma polia
A)$0\text{ N}$
B)$30\text{ N}$
C)$40\text{ N}$
D)$50\text{ N}$
E)$80\text{ N}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

D
Resolução

Como o bloco $A$ desce com velocidade constante, $a=0$. Para ele, $T=M_Ag=5\cdot10=50\text{ N}$. O bloco $B$ também se move sem aceleração, pois está ligado ao mesmo fio ideal; logo, horizontalmente, a força de atrito equilibra a tração. Portanto, $f=T=50\text{ N}$. A alternativa correta é D.

Q03
Cinemática — gráfico velocidade × tempo

O gráfico abaixo indica a velocidade escalar em função do tempo de um automóvel que se movimenta sobre um trecho horizontal e retilíneo de uma rodovia. Podemos afirmar que o automóvel,

Gráfico da velocidade do automóvel em função do tempo entre 0 e 10 minutos
A)entre os instantes $0\text{ min}$ e $2\text{ min}$, descreve um movimento uniforme.
B)entre os instantes $2\text{ min}$ e $5\text{ min}$, está em repouso.
C)no instante $5\text{ min}$, inverte o sentido do seu movimento.
D)no instante $10\text{ min}$, encontra-se na mesma posição que estava no instante $0\text{ min}$.
E)entre os instantes $5\text{ min}$ e $10\text{ min}$, tem movimento retardado.

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

E
Resolução

Entre $5\text{ min}$ e $10\text{ min}$ a velocidade permanece positiva, mas diminui de $40\text{ km/h}$ até zero. Assim, o módulo da velocidade decresce e o movimento é retardado. Não há inversão de sentido, pois a velocidade não se torna negativa. A alternativa correta é E.

Q04
Termodinâmica — transformação cíclica

Podemos afirmar que, para um gás ideal, ao final de toda transformação cíclica,

A)o calor total trocado pelo gás é nulo.
B)a variação da energia interna do gás é nula.
C)o trabalho realizado pelo gás é nulo.
D)a pressão interna do gás diminui.
E)o volume interno do gás aumenta.

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

B
Resolução

Em uma transformação cíclica, o gás retorna ao estado termodinâmico inicial. Como a energia interna é função de estado, sua variação total no ciclo é $\Delta U=0$. O calor e o trabalho totais, em geral, não são nulos e satisfazem $Q=W$ ao longo do ciclo. A alternativa correta é B.

Q05
Termodinâmica — transformação isocórica

Em um experimento de aquecimento de gases, observa-se que um determinado recipiente totalmente fechado resiste a uma pressão interna máxima de $2{,}4\times10^4\text{ N/m}^2$. No seu interior, há um gás perfeito com temperatura de $230\text{ K}$ e pressão de $1{,}5\times10^4\text{ N/m}^2$. Desprezando a dilatação térmica do recipiente, podemos afirmar que a máxima temperatura que o gás pode atingir, sem romper o recipiente, é de

A)$243\text{ K}$
B)$288\text{ K}$
C)$296\text{ K}$
D)$340\text{ K}$
E)$368\text{ K}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

E
Resolução

Como o recipiente é rígido, o volume permanece constante. Para uma quantidade fixa de gás ideal, $P/T$ é constante: $P_1/T_1=P_2/T_2$. Assim, $T_2=T_1P_2/P_1=230\cdot(2{,}4/1{,}5)=368\text{ K}$. A alternativa correta é E.

Q06
Estática — sistemas de roldanas

Um trabalhador utiliza um sistema de roldanas conectadas por cordas para elevar uma caixa de massa $M=60\text{ kg}$. Aplicando uma força $\vec{F}$ sobre a ponta livre da corda conforme representado no desenho abaixo, ele mantém a caixa suspensa e em equilíbrio. Sabendo que as cordas e as roldanas são ideais e considerando a aceleração da gravidade igual a $10\text{ m/s}^2$, o módulo da força $F$ vale

Sistema composto de roldanas utilizado para manter uma caixa de massa M em equilíbrio
A)$10\text{ N}$
B)$50\text{ N}$
C)$75\text{ N}$
D)$100\text{ N}$
E)$150\text{ N}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

C
Resolução

O conjunto possui três estágios móveis, duplicando a força de sustentação a cada estágio. Assim, a vantagem mecânica ideal é $2^3=8$. O peso da caixa é $P=Mg=60\cdot10=600\text{ N}$. Em equilíbrio, $8F=600$, de onde $F=75\text{ N}$. A alternativa correta é C.

Q07
Quantidade de movimento — explosão

Uma granada de mão, inicialmente em repouso, explodiu sobre uma mesa de superfície horizontal e sem atrito e fragmentou-se em três pedaços de massas $M_1$, $M_2$ e $M_3$ que adquiriram velocidades coplanares e paralelas ao plano da mesa, conforme representadas no desenho abaixo. Imediatamente após a explosão, a massa $M_1=100\text{ g}$ adquire velocidade $v_1=30\text{ m/s}$ e a massa $M_2=200\text{ g}$ adquire velocidade $v_2=20\text{ m/s}$, cuja direção é perpendicular à direção de $v_1$. A massa $M_3=125\text{ g}$ adquire uma velocidade inicial $v_3$ igual a

Vista superior da granada fragmentada com velocidades v1, v2 e v3 dos três fragmentos
A)$45\text{ m/s}$
B)$40\text{ m/s}$
C)$35\text{ m/s}$
D)$30\text{ m/s}$
E)$25\text{ m/s}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

B
Resolução

A quantidade de movimento inicial é nula. Após a explosão, $p_1=M_1v_1=0{,}100\cdot30=3\text{ kg m/s}$ e $p_2=M_2v_2=0{,}200\cdot20=4\text{ kg m/s}$. Como esses vetores são perpendiculares, a resultante tem módulo $\sqrt{3^2+4^2}=5\text{ kg m/s}$. O terceiro fragmento deve ter quantidade de movimento oposta de mesmo módulo: $M_3v_3=5$. Portanto, $v_3=5/0{,}125=40\text{ m/s}$. A alternativa correta é B.

Q08
Movimento circular — transmissão por correia

Uma máquina industrial é movida por um motor elétrico que utiliza um conjunto de duas polias, acopladas por uma correia, conforme figura abaixo. A polia de raio $R_1=15\text{ cm}$ está acoplada ao eixo do motor e executa $3000$ rotações por minuto. Não ocorre escorregamento no contato da correia com as polias. O número de rotações por minuto que a polia de raio $R_2=60\text{ cm}$ executa é de

Duas polias de raios R1 e R2 acopladas por uma correia
A)$250$
B)$500$
C)$750$
D)$1000$
E)$1200$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

C
Resolução

Sem escorregamento, as velocidades tangenciais nas bordas das polias são iguais: $\omega_1R_1=\omega_2R_2$. Como a frequência de rotação é proporcional a $\omega$, $n_2=n_1R_1/R_2=3000\cdot15/60=750\text{ rpm}$. A alternativa correta é C.

Q09
Termologia — dilatação volumétrica

Um estudante de Física, desejando medir o coeficiente de dilatação volumétrico de uma substância líquida, preenche completamente um recipiente de $400\text{ cm}^3$ de volume interno com a referida substância. O conjunto encontra-se inicialmente à temperatura de equilíbrio $t_1=10 {}^\circ\text{C}$ e é aquecido até a temperatura de equilíbrio $t_2=90 {}^\circ\text{C}$. O coeficiente de dilatação volumétrica do recipiente é $\gamma_r=4{,}0\times10^{-5} {}^\circ\text{C}^{-1}$. Sabendo que houve um transbordamento de $20\text{ cm}^3$ do líquido, o coeficiente de dilatação da substância líquida é de

A)$2{,}25\times10^{-4} {}^\circ\text{C}^{-1}$
B)$5{,}85\times10^{-4} {}^\circ\text{C}^{-1}$
C)$6{,}25\times10^{-4} {}^\circ\text{C}^{-1}$
D)$6{,}65\times10^{-4} {}^\circ\text{C}^{-1}$
E)$1{,}03\times10^{-3} {}^\circ\text{C}^{-1}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

D
Resolução

O volume transbordado corresponde à dilatação aparente: $\Delta V=V_0(\gamma_L-\gamma_r)\Delta T$. Com $\Delta T=80 {}^\circ\text{C}$, temos $20=400(\gamma_L-4{,}0\times10^{-5})80$. Assim, $\gamma_L-4{,}0\times10^{-5}=6{,}25\times10^{-4}$ e $\gamma_L=6{,}65\times10^{-4} {}^\circ\text{C}^{-1}$. A alternativa correta é D.

Q10
Cinemática — encontro de móveis

Em uma mesma pista, duas partículas puntiformes $A$ e $B$ iniciam seus movimentos no mesmo instante com as suas posições medidas a partir da mesma origem dos espaços. As funções horárias das posições de $A$ e $B$, para $S$ em metros e $T$ em segundos, são dadas, respectivamente, por $S_A=40+0{,}2T$ e $S_B=10+0{,}6T$. Quando a partícula $B$ alcançar a partícula $A$, elas estarão na posição

A)$55\text{ m}$
B)$65\text{ m}$
C)$75\text{ m}$
D)$105\text{ m}$
E)$125\text{ m}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

A
Resolução

No encontro, $S_A=S_B$: $40+0{,}2T=10+0{,}6T$. Logo, $30=0{,}4T$ e $T=75\text{ s}$. Substituindo em qualquer função horária, $S=40+0{,}2\cdot75=55\text{ m}$. A alternativa correta é A.

Q11
Hidrostática — pressão e força

Os astronautas precisam usar roupas apropriadas que exercem pressão sobre o seu corpo, pois no espaço há vácuo e, sem elas, não sobreviveriam. Para que a roupa exerça a pressão de uma atmosfera, ou seja, a pressão de $10\text{ Pa}$ sobre o corpo do astronauta, a intensidade da força aplicada por ela em cada $1\text{ cm}^2$ da pele do astronauta é de

A)$10^5\text{ N}$
B)$10^4\text{ N}$
C)$10^{-2}\text{ N}$
D)$10^{-3}\text{ N}$
E)$10^{-5}\text{ N}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

D
Resolução

Usando literalmente o valor fornecido no caderno, $p=10\text{ Pa}$, e $A=1\text{ cm}^2=10^{-4}\text{ m}^2$. Como $p=F/A$, segue $F=pA=10\cdot10^{-4}=10^{-3}\text{ N}$. A alternativa correta é D. Observação TEF: o enunciado identifica $10\text{ Pa}$ como uma atmosfera, o que é fisicamente incorreto; $1\text{ atm}\approx10^5\text{ Pa}$. O gabarito oficial, porém, segue o valor numérico impresso.

Q12
Energia mecânica — conservação

Um trenó, de massa $M$, desce uma montanha partindo do ponto $A$, com velocidade inicial igual a zero, conforme desenho abaixo. Desprezando-se todos os atritos e considerando a aceleração da gravidade igual a $10\text{ m/s}^2$, quando o trenó atingir o ponto $B$, que se encontra $7{,}2\text{ m}$ abaixo do ponto $A$, sua velocidade será de

Trenó descendo do ponto A ao ponto B com desnível vertical de 7,2 metros
A)$6\text{ m/s}$
B)$6\sqrt{2}\text{ m/s}$
C)$12\text{ m/s}$
D)$12\sqrt{2}\text{ m/s}$
E)$144\text{ m/s}$

Gabarito oficial — EsPCEx 2010

C
Resolução

Sem forças dissipativas, conserva-se a energia mecânica. Tomando $B$ como referência de energia potencial, $Mg h=\frac12Mv^2$. A massa cancela: $v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\cdot10\cdot7{,}2}=\sqrt{144}=12\text{ m/s}$. A alternativa correta é C.

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