OBF 2008

1ª fase · 3ª série

Olimpíada Brasileira de Física · 20 questões objetivas · arquivo histórico.

Q01
Análise dimensional — Coeficiente de resistência quadrática

A intensidade da força horizontal resultante aplicada a um avião que voa em linha reta com velocidade e altura constantes, depende de sua velocidade v e é dada por F = A − Bv² em que A e B são duas constantes. Das unidades citadas a seguir, a única que corresponde à constante B é:

A)kg.m
B)kg.m⁻¹
C)kg.m⁻¹.s⁻²
D)N.m²
E)kg.N.s⁻³

Gabarito oficial: B.

Resolução comentada · Método TEF

Em F = A − Bv², a dimensão de B é força dividida por velocidade ao quadrado.

$$[B]=\frac{\mathrm{kg\,m/s^2}}{\mathrm{m^2/s^2}}=\mathrm{kg/m}$$

Alternativa correta: B.

Q02
Velocidade média — Viagem com duração alterada

Um motorista, viajando de uma para outra cidade, usualmentre gasta 2 horas e meia para completar o trajeto quando consegue manter uma velocidade média de 90 km/h. Num dia de tráfego mais intenso demorou 3 horas no mesmo percurso. Neste caso, sua velocidade média, em km/h, foi igual a:

A)75
B)68
C)70
D)80
E)85

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

A distância é a mesma nas duas viagens.

$$d=90(2{,}5)=225\ \mathrm{km}$$

$$v_m=225/3=75\ \mathrm{km/h}$$

Alternativa correta: A.

Q03
Conservação mecânica — Blocos em rampa sem atrito

Três blocos “A”, ”B” e “C” de mesmos tamanhos e forma tem massas respectivamente iguais a mA = 1kg, mB = 2kg e mC = 3kg. Eles são abandonados a partir de um mesmo ponto P da rampa representada, deslizam sem atrito e finalmente caem colidindo contra o piso plano e horizontal. Após ser solto, o bloco “B” cai em 1 segundo e sofre o impacto no ponto assinalado com a letra O. Considere que todas as forças dissipativas são irrelevantes no evento. É possível afirmar que o bloco:

Três blocos saem da mesma rampa sem atrito e atingem o solo.
A)“C” cai à direita do ponto O.
B)“C” cai à esquerda do ponto O.
C)“A” também cai no ponto O.
D)“A” cai em um tempo menor que 1s.
E)“A” cai em um tempo maior que 1s.

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

Os blocos partem do mesmo ponto, com a mesma geometria e sem dissipação. A massa cancela ao comparar energia e velocidades de saída; tempo e alcance são iguais. O bloco A também cai em O.

Alternativa correta: C.

Q04
Movimento bidimensional — Velocidade e aceleração

O movimento bidimensional de uma partícula é descrito pelas equações de suas coordenadas (x,y) em função do tempo (t) por x = 20 + 20t − 8t² e y = −10 − 19t + 6 t² É possível afirmar que os módulos de suas velocidade e aceleração, para o instante t = 2,0s, valem respectivamente:

A)5 m/s e 10 m/s² .
B)1 m/s e 5 m/s² .
C)5 m/s e 5 m/s² .
D)13 m/s e 20 m/s² .
E)39 m/s e 14 m/s² .

Gabarito oficial: D.

Resolução comentada · Método TEF

Derivando as duas coordenadas:

$$v_x=20-16t,\quad v_y=-19+12t$$

$$\vec v(2)=(-12,5)\ \mathrm{m/s}$$

$$|v|=13\ \mathrm{m/s}$$

$$|a|=\sqrt{(-16)^2+12^2}=20\ \mathrm{m/s^2}$$

Alternativa correta: D.

Q05
Polias e correias — Relação de rotações

A polias A, B, C e D estão acopladas como mostrado na figura. A tem contato pela periferia com B, que por sua vez, tem um acoplamento pelo eixo com a polia C e esta liga-se à polia D por meio de uma correia. A relação entre os raios das polias é dado por 4RA = 2RB = 4RC = 3RD Está correto afirmar que:

Polias A e B em contato; B e C coaxiais; C e D ligadas por correia.
A)a freqüência de rotação da polia A é a metade da freqüência de rotação da polia B.
B)as velocidades angulares de rotação das polias A e B são iguais.
C)o período de rotação da polia C é a metade do período de rotação da polia A
D)quando a polia B dá 4 voltas a polia D dá 3 voltas.
E)as periferias das polias C e D apresentam velocidades escalares diferentes.

Gabarito oficial: D.

Resolução comentada · Método TEF

Da relação dada, Rʙ = 2Rᴀ e Rᴅ = 4R꜀/3. B e C são coaxiais; a correia iguala as velocidades tangenciais de C e D.

$$f_D/f_B=R_C/R_D=3/4$$

Quatro voltas de B correspondem a três de D.

Alternativa correta: D.

Q06
Composição de forças — Malha na placa

As quatro forças representadas estão, cada uma delas, aplicadas aos quatro lados de uma placa. Elas formam um sistema de forças bidimensional. Cada quadrícula mostrada equivale a 1kN. As opções fornecidas envolvem o cálculo da intensidade da força resultante de duas ou de três das forças representadas. É possível afirmar que, dentre as opções fornecidas, está correta apenas a correspondente à letra:

Vetores em malha de 1 kN por quadrícula, aplicados aos lados da placa.
A)| FA + FB | = 11kN
B)| FA + FB + FC | = 5kN
C)| FB + FC | = 6kN
D)| FB − FC + FA | = 3kN
E)| FB − FD | = 2kN

Gabarito oficial: B.

Resolução comentada · Método TEF

Leia cada força por suas componentes na malha de 1 kN e some as componentes das três forças. A resultante indicada tem módulo de 5 kN. A soma é vetorial: uma força inclinada contribui nas duas direções.

Alternativa correta: B.

Q07
Centro de massa — Terra e Lua

Diz-se que a Lua gira em torno da Terra. Na realidade, tanto a Terra quanto a Lua giram em torno de um ponto comum que pertence à linha que passa pelos centros de massa de ambas e que está 81 vezes mais próximo do centro da Terra que da Lua, pois a massa terrestre vale por 81 massas lunares. Este ponto é o centro de massa do sistema Terra-Lua. Portanto, é possível afirmar, relativamente aos seus movimentos de translações em relação a esse centro de massa, que:

A)as suas acelerações centrípetas são iguais em intensidade.
B)as suas velocidades angulares são proporcionais ao quadrado da relação 1 para 81.
C)as forças centrípetas aplicadas em cada uma delas são iguais em intensidade.
D)seus períodos de translação são proporcionais aos números 1 e 81.
E)suas velocidades escalares são proporcionais aos quadrados dos números 1 e 81.

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

A Terra atrai a Lua e a Lua atrai a Terra com forças de mesmo módulo e sentidos opostos. Ambas orbitam o centro de massa com o mesmo período, embora acelerações e velocidades lineares sejam diferentes.

Alternativa correta: C.

Q08
MHS — Carga adicionada no extremo

Um carrinho de massa 1,0kg move-se em um movimento harmônico simples horizontal, por ação de uma mola de massa irrelevante, sem atrito algum com o plano em que se apoia. No instante em que passa por um ponto de velocidade nula, 3,0kg de massa de concreto recém preparado caem vertical e instantaneamente, e ficam nele alojados. Confrontando-se as situações antes e depois do carrinho ter recebido a carga de concreto, é possível afirmar que:

Carrinho e mola horizontal recebem carga de concreto no extremo da oscilação.
A)nem a aceleração máxima do carrinho nem sua energia total mudam.
B)a energia total do sistema aumenta, porém a velocidade máxima não muda.
C)a velocidade máxima não muda, mas o período de oscilação do carrinho fica reduzido à metade.
D)nem o período de oscilação nem a amplitude do movimento sofrem modificação.
E)a amplitude do movimento não muda mas a velocidade máxima do carrinho fica reduzida à metade.

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

No extremo, a velocidade horizontal é zero. A carga chega sem momento horizontal e o conjunto permanece no mesmo extremo, preservando a amplitude. A massa quadruplica.

$$\omega'=\sqrt{k/(4m)}=\omega/2$$

$$v'_{max}=\omega'A=v_{max}/2$$

Alternativa correta: E.

Q09
Impulso — Gráfico de força no tempo

Um motorista, colocando seu automóvel de massa 750 kg em movimento, troca as duas primeiras marchas (1ª. e 2ª.) nos 17 primeiros segundos de sua viagem. Tendo como base o diagrama que mostra como a força resultante sobre o automóvel variou no tempo, que ele partiu do repouso e que 1m/s equivale a 3,6 km/h, no instante t = 17s a velocidade do automóvel será, em km/h, igual a:

Força resultante por tempo: pulso de 0 a 6 s com pico 2 kN e pulso de 8 a 14 s com pico 1 kN.
A)57,6
B)43,2
C)86,4
D)39,6
E)32,4

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

A área sob o gráfico fornece o impulso resultante: I = 12000 N·s.

$$v=I/m=12000/750=16\ \mathrm{m/s}$$

$$v=57{,}6\ \mathrm{km/h}$$

Alternativa correta: A.

Q10
Explosão — Componentes após fragmentação

Por um canhão dispara uma granada de 20 kg que adquire velocidade igual a 500 m/s quando passa pelo ponto mais alto de sua trajetória. Exatamente nesse instante, a granada explode e se divide em dois fragmentos de massas iguais. Com a explosão, um dos fragmentos inicia um movimento vertical para baixo com uma velocidade igual a 2400 m/s. Imediatamente após a explosão, o módulo da velocidade do outro fragmento, em m/s vale:

A)3400
B)3200
C)1800
D)2400
E)2600

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

Antes da explosão o momento é horizontal. Para massas iguais, o segundo fragmento deve ter componentes 1000 m/s na horizontal e 2400 m/s para cima.

$$v=\sqrt{1000^2+2400^2}=2600\ \mathrm{m/s}$$

Alternativa correta: E.

Q11
Empuxo — Esfera totalmente imersa

Uma bola maciça e praticamente indeformável tem uma densidade inferior à da água. Estando totalmente imersa, um mergulhador carrega-a desde as proximidades da superfície da água até tocá-la no fundo de uma piscina. O diagrama que melhor traduz a dependência entre a força de empuxo “E” sobre a bola como função da profundidade “y” da piscina, está melhor representado por:

A)Empuxo constante.
B)Empuxo cresce linearmente.
C)Empuxo cresce com curvatura para cima.
D)Empuxo cresce com curvatura para baixo.
E)Empuxo diminui.

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

Com esfera rígida totalmente imersa e densidade da água constante, o volume deslocado não muda com a profundidade.

$$E=\rho_{agua}gV=\mathrm{constante}$$

Alternativa correta: A.

Q12
Empuxo — Balão de hélio

Deseja-se projetar um balão de gás que deve ser enchido com gás hélio para transportar uma pessoa. A massa do material do balão, da estrutura de acomodação, do indivíduo e dos aparelhos que levará, totalizará 200 kg e seus volumes serão considerados irrelevantes frente ao volume do gás contido pelo balão. Admita que o balão será esférico e que as massas específicas do ar e a do gás hélio sejam respectivamente iguais a 1,20 kg/m³ e 0,20 kg/m³. Apenas para mantê-lo em repouso no ar (não sobe e nem desce), o diâmetro deste balão, em m, deverá valer:

A)3,0 ∛14
B)2,0 ∛28
C)2,0 ∛20
D)2,0 ∛50
E)2,0 ∛36

Gabarito oficial: D.

Resolução comentada · Método TEF

A interpretação e as hipóteses usadas são explicadas na resolução.

O empuxo equilibra a carga e o hélio.

$$(1{,}20-0{,}20)V=200$$

$$V=200\ \mathrm{m^3}$$

$$D=2\sqrt[3]{50}\ \mathrm m$$

A opção pressupõe π = 3, não informado explicitamente neste caderno.

Alternativa correta: D.

Q13
Ponto crítico — Estados da água

O par de valores temperatura e pressão (374°C ; 218 atm) corresponde ao chamado ponto crítico da água. Analise as afirmações a seguir: I – Em temperaturas inferiores a 374°C é possível obter água no estado líquido se a pressão for adequada. II – Em temperaturas superiores 374°C a água existe apenas, ou como um vapor ou como um gás. III – É impossível liqüefazer uma massa de água se a sua temperatura estiver compreendida entre 374°C e 100°C. IV – Em pressões superiores a 218 atm a água só pode existir num único estado físico. Está correto o que se afirma apenas em:

A)I e IV.
B)I
C)II e IV.
D)II e III.
E)III.

Gabarito oficial: B.

Resolução comentada · Método TEF

A interpretação e as hipóteses usadas são explicadas na resolução.

O ponto crítico limita a coexistência líquido–vapor. No contexto pretendido, obtém-se líquido abaixo da temperatura crítica por pressão adequada; as demais afirmações generalizam indevidamente. A baixas temperaturas também é preciso considerar a fase sólida.

Alternativa correta: B.

Q14
Transformação adiabática — Compressão e resfriamento

Dizemos que uma evolução gasosa é adiabática quando uma determinada massa de gás passa de um estado inicial a um outro sem receber ou ceder calor para o exterior (a vizinhança). Na prática pode-se, com aproximação, considerar como adiabática uma evolução em que o sistema é isolado termicamente ou em que a evolução for realizada rapidamente ou, ainda, se a quantidade de gás for tão grande que as trocas de calor com o exterior sejam irrelevantes. Analise as afirmações a seguir: I − Durante uma evolução gasosa adiabática a temperatura do gás não varia. II − A evolução gasosa adiabática explica porque o ar que se move entre lugares mais baixos e mais altos deixa as localidades no alto mais frias. III − Quando enchemos os pneus de uma bicicleta com uma bomba manual, esta esquenta, pois as compressões rápidas e sucessivas, que se aproximam de compressões adiabáticas, não permitem, praticamente, trocas de calor com o meio. Podemos assinalar que está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmações:

A)II e III.
B)I e II.
C)I e III.
D)I
E)II

Gabarito oficial: A.

Resolução comentada · Método TEF

Adiabática significa Q = 0, não temperatura constante. A expansão do ar ao subir pode resfriá-lo; a compressão rápida na bomba pode aquecê-lo. As duas últimas afirmações são compatíveis com o modelo.

Alternativa correta: A.

Q15
Luz e cor — Fotografia e gelo

Sobre a luz e os fenômenos a ela relacionados são feitas as seguintes afirmações: I - As cores que percebemos quando iluminamos um “CD” , originam-se da luz branca incidente que se decompõe graças ao fenômeno da dispersão da luz. II – Ao se iluminar uma fotografia de um arco-íris, impressa e colorida, com uma intensa luz monocromática amarela, perceberemos o arco-íris sendo formado apenas com tons mais ou menos escuros de amarelo. III – Mesmo que um feixe luminoso tenha atravessado uma fina placa transparente de gelo, perceberemos em nossa mão o aquecimento ocasionado por ele. Podemos afirmar que está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmação(ões):

A)I e II.
B)II.
C)III.
D)II e III.
E)I.

Gabarito oficial: D.

Resolução comentada · Método TEF

O CD separa cores principalmente por difração e interferência. Sob luz amarela monocromática, uma fotografia só pode refletir essa cor em intensidades diferentes; uma placa transparente de gelo pode transmitir energia luminosa que aquece a mão.

Alternativa correta: D.

Q16
Frentes de onda — Sistemas convergentes

A figura representa três sistemas ópticos transparentes S1, S2 e S3 atravessados pela luz emitida por uma fonte puntual O e as frentes de ondas (representadas por linhas) que emanam desta fonte. A luz que penetra em S1, emerge em S3. Podemos afirmar que são sistemas ópticos convergentes:

Frentes de onda antes e depois dos três sistemas ópticos S₁, S₂ e S₃.
A)apenas S3.
B)apenas S1 e S3.
C)todos os três.
D)apenas S2.
E)apenas S1 e S2

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

Compare a curvatura das frentes antes e depois de cada sistema, no sentido de O para a direita. S₁ e S₂ aumentam a convergência; S₃ atua em sentido divergente.

Alternativa correta: E.

Q17
Forças vetoriais — Partículas nos eixos

Três partículas iguais e eletricamente carregadas, cada uma com massa m e carga de módulo Q, estão no plano xy, ocupando os vértices de um triângulo isósceles, como mostra a figura. Considere as interações, gravitacional e elétrica, apenas entre elas. A ação dessas interações sobre a partícula posicionada na origem do sistema de coordenadas, permite afirmar corretamente que:

Cargas +Q na origem e no eixo y e −Q no eixo x, equidistantes da origem.
A)as forças resultantes gravitacional e eletrostática têm uma mesma direção e um mesmo sentido.
B)os vetores que representam as forças resultantes gravitacional e eletrostática são ortogonais entre si.
C)as resultantes gravitacional e eletrostática têm uma mesma direção, mas têm sentidos opostos.
D)o ângulo entre as forças resultantes gravitacional e eletrostática vale 45º.
E)a força eletrostática resultante é nula, mas a gravitacional não.

Gabarito oficial: B.

Resolução comentada · Método TEF

A força gravitacional sobre a origem aponta para as massas situadas nos eixos. As forças elétricas têm sentidos opostos em uma das componentes por causa dos sinais das cargas. Pela simetria, as resultantes são perpendiculares.

Alternativa correta: B.

Q18
Pêndulo simples — Período e comprimento

Um menino se pendura por meio de uma corda de 8m de extensão a um galho de árvore. Nessa situação ele oscila descrevendo um arco de 30cm de comprimento. São feitas três afirmações a respeito do evento e que são:

I) se ele passar a oscilar segundo um arco de 60cm, o período das oscilações dobrará.

II) se o menino tivesse uma massa duas vezes maior do que a que efetivamente tem, o período de oscilação ficaria reduzido à metade.

III) se o comprimento da corda for reduzido à metade, o período de oscilação ficará cerca de duas vezes maior. Destas afirmações é possível concluir que:

A)apenas as afirmações I e II são corretas.
B)apenas a afirmação I é correta.
C)nenhuma das três está correta.
D)somente a afirmação III é correta.
E)apenas as afirmações II e III são corretas.

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

Para pequenas oscilações, T = 2π√(L/g). A massa não aparece; dobrar a pequena amplitude não dobra T; e reduzir L à metade reduz T por √2. Nenhuma afirmação está correta.

Alternativa correta: C.

Q19
Difração e interferência — Duas aberturas

A figura representa um tanque com uma lâmina de água de espessura constante e as frentes de onda das ondas provocadas logo após uma pedra ter caido no ponto P desse tanque. As ondas geradas na superfície da água pela pedra movem-se de encontro a três obstáculos fixados ao tanque e que formam duas passagens. Depois de atravessarem as passagens, será possível observar os fenômenos de:

Ondas atravessam duas aberturas em barreiras num tanque de profundidade uniforme.
A)dispersão e refração.
B)difração e dispersão.
C)refração e interferência.
D)difração e refração.
E)difração e interferência.

Gabarito oficial: E.

Resolução comentada · Método TEF

Ao passar pelas aberturas, as ondas se espalham por difração. Onde os dois conjuntos se sobrepõem, interferem. A profundidade constante não sugere refração por mudança de velocidade.

Alternativa correta: E.

Q20
Resistência — Fios do mesmo material

Dois fios condutores cilíndricos de ferro e de comprimentos diferentes são ligados, um por vez, a uma fonte de tensão elétrica constante e resistência interna desprezível. Observa-se que um amperímetro conectado ao circuito acusa, nos dois casos, que a corrente elétrica tem sempre uma mesma intensidade. O fio condutor de maior comprimento tem comprimento L1 e diâmetro D1 .O menor, por sua vez, tem comprimento L2=0,25L1 e diâmetro D2. Para que a situação acusada pelo amperímetro seja possível, a relação D1/D2 entre seus correspondentes diâmetros deve ser:

A)2⁻²
B)2⁻¹
C)2
D)√2
E)2⁻¹ᐟ²

Gabarito oficial: C.

Resolução comentada · Método TEF

Tensão e corrente iguais implicam resistências iguais. Para fios cilíndricos:

$$R=\rho L/A$$

$$A_1/A_2=L_1/L_2=4$$

$$D_1/D_2=2$$

Alternativa correta: C.

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