Um motociclista trafega pela avenida Rogaciano Leite em sua motocicleta Harley-Davidson. Ao entrar em um túnel, o motociclista percebe uma diferença no som produzido pelo escapamento de sua motocicleta em virtude da reflexão do som nas paredes do túnel. O fenômeno físico associado a essa percepção do som é explicado pela
A reverberação é a persistência da sensação sonora causada pela sobreposição de múltiplas reflexões do som em superfícies próximas, que chegam ao ouvido em um intervalo de tempo menor que cerca de 0,1s — tempo insuficiente para o cérebro distinguir o som direto do refletido. Como as paredes do túnel estão muito próximas do motociclista, as reflexões se sobrepõem ao som original, alterando sua percepção — alternativa A.
B está errada: difração é o desvio das ondas sonoras ao contornar obstáculos ou aberturas, fenômeno não relacionado à reflexão em paredes.
C está errada: absorção é a perda de energia sonora ao incidir em um material, reduzindo a intensidade do som — não explica a alteração percebida.
D está errada: interferência é a superposição de duas ondas com relação de fase definida, produzindo reforço ou anulamento — fenômeno distinto da reverberação.
Com as frequentes reduções de temperatura no Sul do Brasil, consumidores passam a procurar por aquecedores elétricos. Dentre os diversos modelos de aquecedores disponíveis, destacam- se os termoventiladores cerâmicos ou halógenos. De modo a manter um ambiente aquecido a 20ºC, um consumidor faz uso de um aquecedor elétrico de 2000W. Suponha que a temperatura é uniforme através de toda a sala e que o calor é cedido para o meio exterior unicamente devido à presença de uma janela de vidro de 1m² e de 10mm de espessura. Sabendo que o vidro apresenta uma condutividade térmica típica de 0,2cal/(s.°C.m) e que, para efeito de cálculo, 1cal = 4J, a temperatura no meio exterior à sala em °C é de
A potência dissipada por condução térmica através da janela é $P=\dfrac{kA\Delta T}{L}$ (em cal/s). Convertendo para watts (1 cal = 4 J): $P_{(W)}=\dfrac{4kA\Delta T}{L}$.
Em regime estacionário, toda a potência do aquecedor é perdida pela janela: $2000=\dfrac{4\cdot0{,}2\cdot1\cdot\Delta T}{0{,}01}=80\,\Delta T \Rightarrow \Delta T=25°C$.
Como o calor flui do interior (20°C) para o exterior, $T_{ext}=20-25=-5°C$ — alternativa A.
O erro mais comum nesta questão é esquecer a conversão cal→J ou usar a espessura em mm sem converter para metros (10mm = 0,01m).
A Sociedade Astronômica Brasileira (SAB) promove anualmente dois eventos educacionais: a Olimpíada Brasileira de Astronomia (OBA) e a Mostra Brasileira de Foguetes (MOBFOG). A MOBFOG é uma olimpíada inteiramente experimental e tem como um de seus objetivos a construção e o lançamento, de forma oblíqua, de foguetes a partir de uma base de lançamento. Os foguetes e suas bases de lançamento são confeccionados de forma individual ou em equipes com até três componentes que, em geral, fazem uso de material de baixo custo. Durante um evento da MOBFOG, duas equipes resolveram adotar como estratégia de competição a utilização, em seus lançamentos, de foguetes de mesma massa, mesma velocidade de lançamento e ângulos de lançamento complementares, ou seja, uma vez conhecido o ângulo de lançamento de uma das equipes, a equipe rival utilizará o complementar desse ângulo. Desprezando-se a resistência do ar e considerando que os foguetes utilizados pelas duas equipes tenham dimensões desprezíveis, é correto dizer que
Para lançamentos oblíquos com mesma velocidade inicial $v$ e ângulos complementares $\theta$ e $90°-\theta$, o alcance é $R=\dfrac{v^2\sin(2\theta)}{g}$, o mesmo para os dois, pois $\sin(2\theta)=\sin(180°-2\theta)$. Já a altura máxima é $H=\dfrac{v^2\sin^2\theta}{2g}$, de modo que $H_1+H_2=\dfrac{v^2}{2g}(\sin^2\theta+\cos^2\theta)=\dfrac{v^2}{2g}$ — constante, independente de $\theta$ — alternativa D.
A está errada: os alcances são iguais, não diferentes, pois $\sin(2\theta)=\sin(2(90°-\theta))$.
B está errada: o tempo de voo $t=\dfrac{2v\sin\theta}{g}$ depende de $\theta$ e é diferente para ângulos complementares (exceto se $\theta=45°$).
C está errada: a energia cinética na altura máxima depende só da componente horizontal, $E_c=\frac12 m(v\cos\theta)^2$; quanto maior o ângulo, menor o $\cos\theta$ e menor a energia cinética — o foguete de maior ângulo tem, na verdade, menor $E_c$ no topo.
Blocos de construção são utilizados frequentemente em sessões de terapia ocupacional, de modo a desenvolver competências físicas e cognitivas em crianças. Esse tipo de brinquedo pode apresentar peças simples, coloridas ou de diferentes formas geométricas. Um terapeuta ocupacional, com o intuito de estimular a coordenação motora de uma criança, propõe como atividade a construção de uma torre com blocos cúbicos de peso P idênticos e de aresta A. A construção da torre deve ser realizada empilhando os blocos cúbicos que estão originalmente espalhados no chão de forma individual uns sobre os outros. O trabalho total realizado pela criança e necessário para a construção de uma torre formada por cinco blocos é expresso por
Cada bloco tem peso $P$ e aresta $A$; inicialmente todos estão no chão, com o centro de massa a uma altura $A/2$. Ao empilhar, o trabalho realizado sobre cada bloco é igual à variação de energia potencial gravitacional do seu centro de massa.
Bloco 1 permanece no chão (nenhum trabalho). Bloco 2 tem o centro elevado de $A/2$ para $3A/2$ ($\Delta h=A$). Bloco 3: $\Delta h=2A$. Bloco 4: $\Delta h=3A$. Bloco 5: $\Delta h=4A$.
$W_{total}=P(0+1+2+3+4)A=10PA$ — alternativa C.
O sistema de unidades CGS (centímetro-grama-segundo) foi proposto em 1832 pelo matemático Carl Friedrich Gauss. Por ser inconveniente do ponto de vista prático, esse sistema foi substituído internacionalmente, para propósitos científicos, pelo sistema MKS (metro-kilograma-segundo). Um estudante deseja fazer uso de um novo sistema de unidades no qual a unidade padrão de comprimento é 5 cm, ao passo que a unidade padrão para massa é 20 g. Um objeto cuja densidade no sistema CGS seja dada por 8 g/cm³ terá, no novo sistema adotado pelo estudante, um valor numérico dado por
No novo sistema, a unidade de comprimento vale 5 cm e a unidade de massa vale 20 g. Logo, a unidade de volume vale $(5\text{ cm})^3=125\text{ cm}^3$, e a unidade de densidade vale $\dfrac{20\text{ g}}{125\text{ cm}^3}$.
O valor numérico da densidade no novo sistema é o valor em CGS dividido pela unidade de densidade do novo sistema: $\dfrac{8\text{ g/cm}^3}{20/125\text{ g/cm}^3}=8\times\dfrac{125}{20}=50$ — alternativa B.
Uma maneira de medir a massa em ambientes de microgravidade, isto é, na ausência de efeitos gravitacionais, é fazer uso de uma balança inercial. Uma balança inercial é constituída de uma suspensão elástica e um assento sobre o qual repousa o objeto cuja massa se deseja determinar. O dispositivo assim descrito funcionará como um sistema massa-mola usual e terá sua frequência natural de oscilação modificada pela presença do objeto colocado sobre o assento. Em estações espaciais, esse equipamento é utilizado para medir a massa da tripulação. Na ausência do tripulante, a balança oscila com uma frequência natural de 2Hz. Sabendo que o assento do dispositivo tem massa de 25kg e que, na presença do tripulante, este passa a oscilar com uma frequência de 1Hz, a massa em kg do tripulante é
A frequência natural de um sistema massa-mola é $f=\dfrac{1}{2\pi}\sqrt{\dfrac{k}{m}}$, ou seja, $k=4\pi^2f^2m$.
Sem o tripulante: $k=4\pi^2(2)^2(25)$. Com o tripulante (massa $M$): $k=4\pi^2(1)^2(25+M)$.
Igualando: $4(25)=25+M \Rightarrow M=75\text{ kg}$ — alternativa B.
De modo a estudar os efeitos da presença dos dielétricos em capacitores e sua influência sobre a diferença de potencial entre os terminais deles, um estudante resolve montar um circuito simples com capacitores de valores C e 2C, ambos de placas paralelas. O circuito consiste em conectar os capacitores C e 2C em paralelo e, em seguida, o conjunto assim formado é conectado aos terminais de uma bateria capaz de estabelecer uma diferença de potencial V entre os terminais da associação. A seguir, a bateria é desconectada do conjunto, e um material de constante dielétrica K é introduzido entre as placas do capacitor C, resultando em um novo valor da diferença de potencial entre os terminais da associação. A combinação que expressa o novo valor do potencial em termos de K e V é dada por
Com a bateria conectada, os capacitores $C$ e $2C$ em paralelo armazenam carga total $Q=V(C+2C)=3CV$. Ao desconectar a bateria, essa carga fica isolada e se conserva.
Inserindo o dielétrico de constante $K$ no capacitor $C$, sua capacitância passa a $KC$, e a capacitância equivalente do paralelo passa a $KC+2C=C(K+2)$.
Como a carga se conserva, a nova diferença de potencial é $V'=\dfrac{Q}{C_{eq}}=\dfrac{3CV}{C(K+2)}=\dfrac{3V}{K+2}$ — alternativa D.
Espelhos esféricos são amplamente utilizados em nosso cotidiano. Como exemplo, é possível citar o espelho retrovisor de um carro ou, mesmo, o espelho utilizado pelo dentista ao examinar os dentes de um paciente. Um estudante deseja montar um sistema óptico para uma feira de ciências. Tal sistema consiste em dois cilindros metálicos idênticos (objetos), porém de cores diferentes sendo um deles preto, e o outro branco, que serão colocados um sobre o outro perpendicularmente ao eixo principal de um espelho esférico côncavo, em uma sala iluminada apenas com luz monocromática verde. Sobre a imagem dos cilindros formada pelo espelho côncavo, podemos afirmar que
Sob luz monocromática verde, só existe luz de uma única cor no ambiente: o cilindro branco reflete essa luz e aparece verde, enquanto o cilindro preto absorve toda a luz incidente e aparece preto — nunca há branco nem outras cores na cena.
Para um objeto real posicionado além do centro de curvatura de um espelho côncavo, a imagem formada é real, invertida e menor que o objeto. Assim, a imagem dos cilindros pode ser invertida, menor que a soma das alturas dos cilindros, e vista apenas nas cores preto e verde — alternativa C.
A e B estão erradas: nenhuma imagem pode ser vista na cor branca sob iluminação monocromática, pois só há luz de um comprimento de onda disponível para ser refletida.
D está errada: imagens virtuais em espelhos côncavos (objeto entre o foco e o vértice) são sempre ampliadas, nunca menores que o objeto.