OBF 2006 — 1ª fase · 3ª série | Física resolvida

Q01

Reflexão em dois espelhos — Imagens e independência dos raios

O diagrama representa dois espelhos planos E1 e E2 perpendiculares entre si, uma fonte puntual de luz posicionada no ponto A e o traçado do percurso de dois raios luminosos 1 e 2 contidos num plano perpendicular aos espelhos. Assinale com V as proposições verdadeiras ou com F as proposições falsas. ( ) A intersecção entre os raios 2 e 4 em nada impede o livre trajeto deles. ( ) O ponto B marca a posição da imagem virtual do objeto em A. ( ) O raios 5 e 6 têm como intersecção o ponto C, imagem, para E2, do objeto em B. ( ) Os raios 5 e 6 são coplanares entre si A seqüência correta é dada por:

Espelhos E₁ e E₂ perpendiculares; fonte A, imagens B e C e raios numerados.

A)F F F F

B)V F V F

C)F F V F

D)F V F V

E)V V V V

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

As imagens em espelhos planos são virtuais. O segundo espelho pode refletir raios associados à imagem intermediária, formando outra imagem. Raios que se cruzam continuam sua propagação independentemente, e incidência, normal e reflexão estão no mesmo plano. As quatro proposições são verdadeiras.

Alternativa correta: E.

Q02

Ebulição sob pressão — Panela de pressão

Alimentos colocados juntamente com água no interior de uma panela de pressão são cozidos mais rapidamente que numa panela destampada. Tal fato ocorre porque:

A)na panela de pressão a água continua no estado líquido mesmo numa temperatura acima de 100ºC.

B)devido ao aumento da pressão, a água aquecida penetra melhor nos alimentos.

C)devido ao aumento da pressão, o volume dos alimentos diminui ficando com menor área externa para ser aquecida.

D)com o aumento da pressão, a temperatura de ebulição da água diminui, assim precisando de menos calor para cozinhar os alimentos.

E)como a panela é bem vedada, pouca água usada para o cozimento evapora e o alimento fica sempre imerso em água quente.

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

O vapor retido eleva a pressão no interior da panela. A água entra em ebulição a uma temperatura maior que a de ebulição sob pressão atmosférica, permitindo cozinhar mais rapidamente. A válvula limita a pressão; o mecanismo não consiste em uma alteração do calor específico da água.

Alternativa correta: A.

Q03

Atrito estático em rampa — Dois blocos do mesmo material

Dois blocos A e B com a forma de paralelepípedo são feitos de mesma madeira, têm suas faces bem lisas e as seguintes dimensões: bloco A: 5 cm de largura, 10 cm de comprimento e 5 cm de altura bloco B: 5 cm de largura, 10 cm de comprimento e 2,5 cm de altura. Numa experiência em sala de aula, os blocos são colocados ao mesmo tempo sobre uma mesinha cujo tampo está bem regular e liso, apoiados por sua face maior e é solicitado a um aluno que vá inclinando a mesinha lentamente, até que os blocos comecem a deslizar. A respeito dessa situação pode-se afirmar que:

A)o bloco A começará a deslizar antes do B, pois o coeficiente de atrito entre as superfícies é inversamente proporcional às massas dos blocos.

B)o bloco A começará a deslizar depois do B, pois o coeficiente de atrito entre as superfícies é diretamente proporcional às massas dos blocos.

C)os blocos começarão a deslizar praticamente ao mesmo tempo, pois o coeficiente de atrito entre eles e a superfície da mesinha independe das massas dos blocos.

D)os blocos começarão a deslizar praticamente ao mesmo tempo, pois o coeficiente de atrito entre eles e a superfície da mesinha é diretamente proporcional à reação de apoio que atua sobre eles.

E)o bloco B começará a deslizar antes do A, pois a inclinação que permite o deslizamento é diretamente proporcional às massas dos blocos.

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

No limiar de deslizamento, a componente do peso equilibra o atrito máximo.

$$mg\sin\theta=\mu_e mg\cos\theta$$

$$\tan\theta=\mu_e$$

A massa e a área aparente de contato não entram no resultado do modelo de atrito seco. Portanto o ângulo de início de deslizamento é igual para os dois blocos, admitindo que não tombem antes.

Alternativa correta: C.

Q04

Luz monocromática — Limite da decomposição espectral

Uma fonte laser se caracteriza por emitir radiação monocromática. Um tipo bem conhecido dessa fonte é a chamada “canetinha laser”, que emite luz vermelha. Diferentemente da “luz branca” de uma fonte comum, pode-se verificar que com a luz deste laser não é possível obter a:

A)reflexão num espelho plano.

B)refração num vidro transparente.

C)interferência com uma rede de difração.

D)difração num objeto de pequenas dimensões.

E)decomposição num prisma óptico.

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

Um feixe monocromático pode sofrer reflexão, refração, difração e interferência. Como já tem uma única frequência idealizada, não pode ser decomposto em um conjunto de cores por dispersão. Desviar o feixe não cria novas frequências no processo óptico considerado.

Alternativa correta: E.

Q05

Balão acelerado para cima — Origem do ganho de energia mecânica

Balões preenchidos com gás hidrogênio são usados para suspender equipamentos meteorológicos. Um aluno, acompanhando o lançamento, percebeu que o balão, partindo do repouso, em poucos instantes, aumentava visivelmente sua velocidade. Tomando como base o princípio da conservação da energia, perguntou-se: como é possível a energia potencial gravitacional do balão estar aumentando e a sua energia cinética também? Assinale a alternativa que esclarece a situação:

A)A conservação da energia mecânica não pode ser usada no caso dos corpos que se movem pelo princípio de Arquimedes.

B)As energias cinética e potencial gravitacional do balão só podem aumentar, pois a força peso tem sentido contrário ao do movimento e realiza um trabalho nulo.

C)Todo corpo em ascensão aumenta a sua energia cinética até que a fricção com o ar estabeleça um movimento de velocidade escalar constante. Deste ponto em diante a força peso realiza um trabalho nulo, a energia cinética não aumenta mais, mas a energia potencial gravitacional do balão continua aumentando.

D)No período de aceleração, o aumento da energia cinética e potencial gravitacional do balão se dá pela redução da energia potencial gravitacional do ar por ele deslocado.

E)Na realidade, ao subir, o balão tem a sua energia potencial gravitacional diminuída por ter uma densidade média inferior à do ar, e sua energia cinética aumentada.

Gabarito oficial: D.

Resolução comentada · Método TEF

O balão ganha energia cinética porque acelera e energia potencial gravitacional porque sobe. O empuxo realiza trabalho positivo, associado à descida e reorganização do ar ao redor. A energia potencial gravitacional do ar diminui e fornece o ganho mecânico do sistema balão, no modelo idealizado.

Alternativa correta: D.

Q06

Lei de Coulomb — Pêndulos eletrizados por transferência de elétrons

Um pêndulo eletrostático de pequenas dimensões é eletrizado recebendo 10¹⁰ elétrons. Outro pêndulo, idêntico ao primeiro, é eletrizado cedendo 10¹⁰ elétrons. Se esses dois pêndulos forem aproximados no ar, até uma distância igual a 3,00 cm exercerão, um sobre o outro, um força de intensidade, em N, igual a:

A)0,125.10⁻⁶.

B)0,256.10⁻⁶.

C)0,432.10⁻⁶.

D)0,653.10⁻⁶.

E)0,747.10⁻⁶.

Gabarito oficial: ANULADA.

Resolução comentada · Método TEF

Os pêndulos ficam com cargas de mesmo módulo e sinais opostos.

$$|q|=10^{10}(1{,}6\times10^{-19})=1{,}6\times10^{-9}\ \mathrm C$$

$$F=\frac{9\times10^9(1{,}6\times10^{-9})^2}{(0{,}03)^2}$$

$$F=2{,}56\times10^{-5}\ \mathrm N$$

A força é atrativa. Esse valor não coincide com nenhuma das alternativas impressas. A questão foi anulada no gabarito oficial.

Questão anulada: ANULADA.

Q07

Refrigerador em sala isolada — Aquecimento com a porta aberta

Admita a existência de uma sala completamente fechada e que não permita que o calor seja trocado com o exterior. Como o seu interior está a 25°C, um aluno sugeriu, para “refrescar o ambiente”, que um refrigerador fosse colocado dentro deste recinto e permanecesse ligado com a sua porta totalmente aberta. A capacidade térmica total desta sala com tudo que está dentro dela pode ser considerada como sendo igual a 60 kJ/ °C e o refrigerador tem uma potência elétrica de consumo igual a 400W. Para que ocorra um resfriamento, o refrigerador retira 200J de energia térmica por segundo. Depois de 5min a temperatura desta sala estará com um valor teórico igual a:

A)27 °C.

B)26 °C.

C)25 °C.

D)24 °C.

E)23 °C.

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

O refrigerador retira calor e o devolve à mesma sala. Esse transporte interno se cancela no balanço da sala; o saldo é a energia elétrica recebida.

$$Q=400(5\times60)=120000\ \mathrm J$$

$$\Delta T=\frac{120000}{60000}=2\ ^\circ\mathrm C$$

$$T_f=25+2=27\ ^\circ\mathrm C$$

Os 200 W extraídos da região refrigerada não devem ser subtraídos novamente da potência elétrica.

Alternativa correta: A.

Q08

Energia consumida — Aparelhos ligados por vinte minutos

O fornecedor de energia elétrica de uma determinada residência garante uma tensão média de 120

V. Nessa residência permanecem ligados simultaneamente, durante 20 min, 2 lâmpadas de 100 W, 1 lâmpada de 40 W, um liquidificador de 360 W e um aquecedor elétrico de 600 W. . Nessa situação, o consumo de energia do circuito será aproximadamente:

A)2,4.10⁴ J

B)1,4.10⁶ J

C)1,2.10³ J

D)7,2.10⁴ J

E)3,0.10² J

Gabarito oficial: B.

Resolução comentada · Método TEF

Some as potências e converta o tempo para segundos.

$$P=2(100)+40+360+600=1200\ \mathrm W$$

$$E=1200(20\times60)=1{,}44\times10^6\ \mathrm J$$

As potências já expressam energia por segundo, não sendo necessário conhecer a corrente de cada aparelho.

Alternativa correta: B.

Q09

Colisão elástica — Corpos de massas iguais no vagão

A figura representa um vagão A que contém em seu interior um carro B. As massas de ambos são iguais e não há atritos entre eles. Num instante qualquer o vagão A é posto em movimento retilíneo com velocidade igual a 1,0m/s e, em seguida, ocorre uma colisão entre a parede de A contra o carro B. Como as propriedades entre as paredes de A e as de B proporcionam uma colisão perfeitamente elástica, é possível afirmar que, imediatamente após esta colisão, o módulo da velocidade de B fica igual a :

Vagão A e carro B antes e depois de movimento relativo no interior.

A)2,0 m/s.

B)1,0 m/s.

C)0,75 m/s.

D)0,50 m/s.

E)0,25 m/s.

Gabarito oficial: B.

Resolução comentada · Método TEF

Na colisão frontal elástica entre massas iguais, as velocidades são trocadas.

$$v_A+v_B=1$$

$$v_A^2+v_B^2=1$$

A solução de colisão, distinta da situação inicial, é A em repouso e B a 1 m/s, no referencial do solo. Energia cinética e momento linear são conservados conjuntamente.

Alternativa correta: B.

Q10

Frequência de pulsos — Dentes de serra em rotação

A principal fonte de ruído que se ouve quando uma serra circular está cortando um pedaço de madeira é devida ao sucessivo impacto dos “dentes” do disco da serra com a madeira. Se um disco de serra tem 50 dentes, diâmetro de 25 cm e está acoplado a um motor que gira na razão de 2400 rpm (rotações por minuto), a freqüência do som emitido pelo disco desta serra é de

A)1,0 kHz

B)40 kHz

C)2,0 kHz

D)2,4 kHz

E)1,2 kHz

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

Cada volta faz cinquenta dentes passarem pelo mesmo ponto.

$$f_{rot}=\frac{2400}{60}=40\ \mathrm{Hz}$$

$$f_{som}=50(40)=2000\ \mathrm{Hz}$$

O diâmetro não é necessário para contar as passagens por segundo.

Alternativa correta: C.

Q11

Som em gases — Temperatura, pressão e massa molecular

Complete as lacunas de modo que a frase a seguir fique conceitualmente correta. A velocidade com que o som se propaga em um gás ___________ se a temperatura aumentar, __________se a pressão do gás for aumentada e ________________se trocar o gás em questão por um outro de menor massa molecular. Os termos usados são respectivamente:

A)aumenta; não muda; aumenta

B)aumenta; aumenta; aumenta

C)diminui; não muda; diminui

D)aumenta; diminui; diminui

E)não muda; aumenta; diminui

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

No modelo de gás ideal, a rapidez do som satisfaz:

$$v=\sqrt{\frac{\gamma RT}{M}}$$

Aumentar T aumenta v. Variar somente a pressão, mantendo temperatura e composição, não a altera. Para gases com fatores γ comparáveis, a menor massa molar implica maior rapidez. Essas são as comparações pressupostas pela questão.

Alternativa correta: A.

Q12

Velocidade média com parada — Rali de trezentos quilômetros

Para chegar em primeiro lugar, um piloto de “Rali” deve guiar o seu automóvel de modo a percorrer os últimos 300 km da prova em 5 h. No entanto, após percorrer os primeiros 100 km dessa etapa em 2 h, um defeito mecânico o obriga a parar durante uma hora para o conserto. A velocidade média a ser desenvolvida no percurso que falta, para ele ser proclamado campeão, deverá ser, em km/h, igual a:

A)120

B)80

C)150

D)75

E)100

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

Os primeiros 100 km gastam duas horas e a parada consome mais uma. Restam duas horas para os 200 km finais.

$$t_{rest}=5-2-1=2\ \mathrm h$$

$$v_{rest}=\frac{200}{2}=100\ \mathrm{km/h}$$

Não se faz a média aritmética das velocidades de trechos com durações diferentes.

Alternativa correta: E.

Q13

Alicate e pressão de corte — Vantagem mecânica

Uma das aplicações mais comuns de alavancas são os alicates. O alicate de corte (figura) permite ampliar a força aplicada (Fa) para cortar por esmagamento (Fc). A pressão mínima que corta um determinado arame por esmagamento é igual a 1,3x10 ⁹ N/m². Se a área de contato entre o arame e a lâmina de corte do alicate for de 0,10 mm ², se esse arame estiver na região de corte do alicate a uma distância dc = 2,0 cm do eixo de rotação do alicate e se da = 10 cm, a força Fa a ser aplicada para que o arame seja cortado vale, em N :

Alicate com braços da força aplicada e da força de corte medidos desde o eixo.

A)26.10¹

B)52.10¹

C)13.10¹

D)2,6.10¹

E)1,3.10²

Gabarito oficial: D.

Resolução comentada · Método TEF

Converta a área de contato e obtenha a força necessária no corte.

$$A=0{,}10\ \mathrm{mm^2}=10^{-7}\ \mathrm{m^2}$$

$$F_c=pA=1{,}3\times10^9(10^{-7})=130\ \mathrm N$$

Pelo equilíbrio de momentos de uma haste:

$$F_a(0{,}10)=130(0{,}02)$$

$$F_a=26\ \mathrm N$$

A área é a seção de corte especificada, e os braços são medidos em relação ao eixo do alicate.

Alternativa correta: D.

Q14

Diagrama de fases do dióxido de carbono — Pressão e temperatura críticas

Analise as afirmações feitas a respeito das fases do dióxido de carbono (gás carbônico) a partir do diagrama de fases desta substância que está representado. I - Colocando CO2 a –90 °C em um recipiente aberto ao nível do mar e a 20°C, ele derreterá, passando para a fase líquida quando atingir a temperatura de –78°C. II - Em um ambiente em que a pressão seja igual a 5 atm e a temperatura for igual a 0°C, o CO2 estará na fase gasosa. III - Comprimindo CO2 a 40°C desde a pressão de 1atm até 80atm ele manterá sempre a sua fase gasosa. Somente está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões):

Diagrama de fases do CO₂ com ponto crítico a 31 °C e 73 atm.

A)I.

B)II e III.

C)III.

D)I e II.

E)II.

Gabarito oficial: B.

Resolução comentada · Método TEF

A 1 atm o CO₂ sólido aquece e sublima; não passa pela fase líquida. A condição de 5 atm e 0 °C fica na região gasosa. A 40 °C, acima da temperatura crítica, compressão não atravessa a fronteira líquido-vapor. O conjunto esperado é II e III. Acima da pressão crítica, a denominação rigorosa é fluido supercrítico; a afirmação III emprega a classificação escolar simplificada do diagrama.

Alternativa correta: B.

Q15

Radiação térmica e espelhos — Vela ou gelo entre refletores

Dois espelhos metálicos parabólicos e côncavos são dispostos frente a frente de modo que seus eixos principais coincidam. Um aluno coloca o dedo no foco de um dos espelhos enquanto a chama de uma vela está posicionada no foco do outro. Analise as proposições: I - O aluno sente o aquecimento pois seu dedo recebe mais energia radiante do que é capaz de emitir. II - O aluno não percebe nenhuma elevação da temperatura e o único evento percebido consiste na iluminação do dedo. III - O aluno sentirá seu dedo resfriar se a vela for substituída por um pedaço de gelo, pois seu dedo estará emitindo mais energia radiante do que o gelo. IV - O aluno não sentirá frio se o gelo estiver no lugar da chama pois o gelo não emite radiacão. Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):

Dois espelhos parabólicos enfrentados concentram radiação da vela sobre o dedo.

A)I apenas.

B)III apenas.

C)II e IV apenas.

D)I e III apenas.

E)II apenas.

Gabarito oficial: D.

Resolução comentada · Método TEF

A vela emite radiação que os espelhos concentram no dedo, aquecendo-o. Substituída por gelo, este continua emitindo radiação, mas emite menos que um corpo à temperatura do dedo. O balanço radiativo pode então resfriar o dedo. São verdadeiras I e III; o gelo não é uma fonte de ausência de radiação.

Alternativa correta: D.

Q16

Expansão adiabática do ar — Interpretação de três afirmações

Analise as seguintes afirmações a respeito de fenômenos da termologia. I - Um corpo incandescente inicia a emissão de luz própria quando sua temperatura ultrapassar os 100°C. II - As paredes das garrafas térmicas, por serem espelhadas, dificultam a transmissão de calor por condução. III - Quando sopra o vento da base de uma montanha para as regiões mais altas, o ar esfria, pois ele praticamente sofre uma expansão adiabática. Esta(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):

A)somente I.

B)somente II.

C)somente Ill.

D)somente l e ll.

E)I, II e III.

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

Um corpo não precisa alcançar 100 °C para emitir radiação térmica. As paredes espelhadas da garrafa térmica reduzem a troca por radiação, e não a condução. Já uma parcela de ar que sobe pode expandir-se devido à redução da pressão e resfriar-se aproximadamente de modo adiabático. Apenas III é verdadeira.

Alternativa correta: C.

Q17

Onda estacionária sonora — Distância entre mínimos

Ao entrar num longo corredor onde existe um motor elétrico funcionando, um aluno percebeu que este emitia um ronco constante e desagradável. Percebeu também, curiosamente, que conforme caminhava ao longo do corredor, ele ouvia o ronco ora muito intenso, ora pouco intenso e assim sucessivamente, e que a distância entre dois pontos de pouca intensidade sucessivos era aproximadamente 2,5 m. A partir dessa observação e tomando a velocidade de propagação do som como 340m/s, a freqüência do ronco do motor deve estar por volta de:

A)68Hz

B)34 Hz

C)17Hz

D)102Hz

E)136Hz

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

Mínimos consecutivos de intensidade numa onda estacionária estão separados por meio comprimento de onda.

$$\frac\lambda2=2{,}5\ \mathrm m$$

$$\lambda=5\ \mathrm m$$

$$f=\frac{340}{5}=68\ \mathrm{Hz}$$

Usar 2,5 m como comprimento de onda dobraria indevidamente a frequência.

Alternativa correta: A.

Q18

Fluxo de veículos — Intervalo de dois segundos

Para manter a segurança na estrada, recomenda-se que as velocidades dos veículos sejam tais que a distância entre um e outro seja vencida em no mínimo dois segundos. Considere uma situação ideal em que todos os motoristas respeitam esta recomendação, que os carros seguem em uma única fila a uma distância segura, que o tamanho dos automóveis sejam desconsiderados e que a velocidade dos veículos, 72km/h (20m/s), seja a máxima permitida para esta rodovia. Mantendo-se a recomendação de segurança, se a velocidade máxima permitida for alterada para 144 km/h (40m/s), é correto afirmar que o fluxo de veículos (número de veículos que chegam ao destino por hora) _______, que a distância entre eles na rodovia ________e que o tempo de percurso fique ___________. As expressões que completam corretamente as lacunas são respectivamente:

A)não mude; não mude; reduzido à metade

B)dobre; dobre; reduzido à metade

C)dobre; não mude; o mesmo

D)dobre; não mude; reduzido à metade

E)não mude; dobre; reduzido à metade

Gabarito oficial: E. Resposta TEF: D.

Resolução comentada · Método TEF

O gabarito oficial marca E, mas as opções impressas e a regra de intervalo de dois segundos levam a D: fluxo constante, distância dobrada e tempo de viagem reduzido à metade.

O intervalo temporal entre carros é de dois segundos. O espaçamento é proporcional à velocidade, e o fluxo depende desse intervalo.

$$d=v(2\ \mathrm s)$$

$$\Phi=\frac{3600}{2}=1800\ \mathrm{veiculos/h}$$

Dobrar a velocidade duplica o espaçamento, conserva o fluxo e reduz à metade o tempo de percurso em uma distância fixa.

Alternativa correta: D.

Q19

Pêndulo simples — Comprimento quadruplicado

Num certo local, um pêndulo simples de comprimento “L” oscila com um período “T”. Aumentando quatro vezes o comprimento do pêndulo, seu período de oscilação ficará igual a:

A)T

B)1/2 T

C)4 T

D)1/4 T

E)2 T

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

Para pequenas oscilações no mesmo campo gravitacional:

$$T=2\pi\sqrt{\frac Lg}$$

$$\frac{T_2}{T_1}=\sqrt4=2$$

Quadruplicar o comprimento duplica o período; não o quadruplica.

Alternativa correta: E.

Q20

Partícula em campo elétrico — Aceleração entre cátodo e ânodo

No tubo de raios catódicos representado o cátodo libera elétrons que são acelerados por um campo elétrico uniforme e movem-se em direção ao ânodo, que tem um furo central para permitir a passagem de elétrons cuja trajetória é finalizada com um impacto em uma tela fluorescente. Todo o conjunto é mantido em alto vácuo em uma ampola de vidro. O diagrama que melhor representa a dependência entre a aceleração “a” em função da posição “x” de um elétron emitido é o correspondente à alternativa:

Tubo de elétrons com cátodo, ânodo e tela; campo uniforme entre cátodo e ânodo.

Aceleração cresce e passa a patamar positivo.

Patamar positivo até o ânodo e aceleração nula depois.

Patamar positivo seguido de patamar negativo.

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

Entre as placas, o campo elétrico uniforme exerce força de módulo constante.

$$a=\frac{|q|E}{m}$$

Depois do ânodo, fora da região de campo no modelo do desenho, a aceleração é nula. O gráfico apresenta um patamar positivo entre as placas e zero depois, sem confundir aceleração com velocidade.

Alternativa correta: C.

Dados da prova