A figura abaixo mostra imagens de um teste de colisão. A foto A revela o momento exato da colisão do carro com o muro. Nesse instante, a velocidade do carro era 56 km/h. As fotos B, C e D são imagens sequenciais da colisão. O motorista, que usa cinto de segurança, fica espremido entre seu banco e o volante. A criança, que estava sentada no banco da frente, ao lado do motorista, bate no para-brisa e é arremessada para fora do carro.
CARRON, W.; GUIMARÃES, O. As Faces da Física. São Paulo: Moderna, 2008, p. 115. (com adaptações).
Com relação ao que foi dito acima e, baseando-se nos conhecimentos de Física, pode-se afirmar que:
Antes da colisão, carro e passageiros possuem aproximadamente a mesma velocidade. Quando o carro é bruscamente desacelerado pelo muro, os ocupantes tendem a conservar seu estado de movimento por inércia.
Por isso, em relação ao automóvel, os passageiros avançam para a frente. O cinto de segurança exerce a força necessária para desacelerar o ocupante junto com o veículo e reduz o risco de choque contra o interior do carro ou de ejeção.
Alternativa B.
Maria precisando vacinar-se contra febre amarela, foi a um posto de saúde. Após 10 minutos de espera, foi atendida por uma enfermeira. Para aplicar a vacina, a enfermeira usou uma força de 40 N no pistão da seringa.
Considerando que essa seringa tenha o diâmetro igual a 2,0 cm, o aumento da pressão do fluido na seringa, em kPa, foi aproximadamente:
O aumento de pressão produzido pelo pistão é $\Delta p=\dfrac{F}{A}$.
Como o diâmetro é $2{,}0\text{ cm}$, o raio vale $r=1{,}0\text{ cm}=1{,}0\times10^{-2}\text{ m}$. Assim, $A=\pi r^2=\pi\times10^{-4}\text{ m}^2$.
Usando $\pi\approx3{,}14$, resulta $\Delta p\approx\dfrac{40}{3{,}14\times10^{-4}}\approx1{,}27\times10^5\text{ Pa}=127\text{ kPa}$, correspondente à alternativa A.
Entretanto, se for usada a aproximação escolar $\pi\approx3$, obtém-se $\Delta p\approx1{,}33\times10^5\text{ Pa}=133\text{ kPa}$, correspondente à alternativa C.
João e André empurram caixas idênticas e de mesma massa, com velocidade constante, do chão até a carroceria de um caminhão. As forças aplicadas pelos dois são paralelas às rampas. Desconsidere possíveis atritos, analise as afirmações abaixo e assinale a opção correta:
MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Física. São Paulo: Scipione, 1999, p. 225. (com adaptações).
As caixas são idênticas, partem do chão e chegam à mesma altura na carroceria. Como o movimento ocorre com velocidade constante, $\Delta E_c=0$.
Sem atrito, o trabalho da força aplicada é igual ao aumento da energia potencial gravitacional:
$W=mgh$.
Como $m$, $g$ e $h$ são os mesmos para João e André, os trabalhos realizados são iguais, embora as intensidades das forças possam ser diferentes devido às inclinações distintas.
Alternativa C.
Em geral, a temperatura do ser humano é constante e igual a 37°C. A hipotermia é caracterizada pela redução da temperatura padrão de nosso corpo. A Medicina faz o uso controlado da hipotermia, em determinadas cirurgias cerebrais e cardíacas. Esse procedimento diminui o consumo de oxigênio do cérebro e do coração, bem como reduz a chance de danos ocasionados pela falta de circulação do sangue.
Suponha que um paciente, de massa 60 kg, seja submetido a uma cirurgia de coração. A temperatura inicial de seu corpo é 37°C e pretende-se diminuí-la para 30°C. Considere o calor específico do corpo humano igual a 1,0 cal/g.°C e o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g. A massa mínima de gelo necessária para diminuir a temperatura do paciente até 30°C é:
A quantidade de calor que deve ser retirada do corpo, no modelo adotado pela questão, é
$Q=mc\Delta T=(60\,000)(1{,}0)(37-30)=420\,000\text{ cal}$.
Considerando, como faz a alternativa oficial, que o gelo absorve essa energia apenas por fusão:
$Q=m_gL_f\Rightarrow m_g=\dfrac{420\,000}{80}=5\,250\text{ g}=5{,}25\text{ kg}$.
Alternativa E.
O gráfico, a seguir, representa a elongação de um objeto, em movimento harmônico simples, em função do tempo:
O período, a amplitude e a frequência angular valem, respectivamente:
Pelo gráfico, a elongação máxima em módulo é $20\text{ cm}$, logo a amplitude é $A=20\text{ cm}$.
Dois mínimos consecutivos ocorrem aproximadamente em $t=1\text{ s}$ e $t=5\text{ s}$, portanto $T=4\text{ s}$.
A frequência angular é $\omega=\dfrac{2\pi}{T}=\dfrac{2\pi}{4}=\dfrac{\pi}{2}\text{ rad/s}$.
Alternativa C.
As células são as unidades básicas da vida. O entendimento do funcionamento delas é muito importante dos pontos de vista físico e químico, a fim de saber como funcionam os seres vivos e como eles reagem frente a diversos estímulos externos. Um dos avanços do ponto de vista físico foi à descoberta da existência de excesso de íons positivos, na parede externa, e excesso de íons negativos na parede interna da membrana celular. Essa descoberta indica que a membrana celular, se comporta, efetivamente, como um capacitor elétrico, que podemos chamar “capacitor celular”.
Sabe-se, também, que a diferença de potencial elétrico entre as paredes da membrana de uma célula nervosa varia entre 55 mV e 100 mV, para animais de sangue quente. Suponha que o capacitor celular pode ser aproximado por um capacitor de placas paralelas e que a espessura da membrana celular é de 7 nm ($1\text{ nm}=10^{-9}\text{ m}$). Escolha o item correto:
Entre placas aproximadamente paralelas, o módulo do campo pode ser estimado por $E=\dfrac{\Delta V}{d}$.
Para $\Delta V_{\min}=55\text{ mV}=0{,}055\text{ V}$:
$E_{\min}=\dfrac{0{,}055}{7\times10^{-9}}\approx7{,}86\times10^6\text{ V/m}$.
Para $\Delta V_{\max}=100\text{ mV}=0{,}100\text{ V}$:
$E_{\max}=\dfrac{0{,}100}{7\times10^{-9}}\approx1{,}43\times10^7\text{ V/m}$.
Além disso, o campo aponta da parede externa positiva para a interna negativa. Alternativa B.
A condutividade elétrica é definida como o inverso da resistividade elétrica. A condutividade elétrica de um metal pode ser calculada usando a teoria quântica dos sólidos. Ela também pode ser medida em laboratório, de maneira muito simples, usando o arranjo experimental, mostrado, na figura abaixo. Assim, é possível verificar aspectos da teoria citada.
O voltímetro V registra a voltagem entre os pontos P e Q da barra B. A barra B usada na experiência tem um comprimento de 1,0 m entre os pontos que estão ligados ao voltímetro V e uma seção transversal quadrada de 2,0 cm de lado. As leituras no amperímetro A e no voltímetro V são 11,40 A e 0,5 mV, respectivamente. No circuito $\varepsilon$ representa a fem fornecida ao circuito. Escolha o item correto:
A resistência elétrica da barra é $R=\dfrac{V}{I}=\dfrac{0{,}5\times10^{-3}}{11{,}40}\approx4{,}39\times10^{-5}\ \Omega$.
A área da seção transversal quadrada é $A=(2{,}0\times10^{-2})^2=4{,}0\times10^{-4}\text{ m}^2$.
Como $R=\rho\dfrac{L}{A}$, com $L=1{,}0\text{ m}$, temos $\rho=\dfrac{RA}{L}\approx1{,}75\times10^{-8}\ \Omega\text{m}$.
A condutividade é $\sigma=\dfrac{1}{\rho}\approx5{,}7\times10^7\ \Omega^{-1}\text{m}^{-1}$.
Alternativa C.
A terceira lei de Keppler (lei dos períodos) estabelece que: “Os quadrados dos períodos de revolução de dois planetas quaisquer estão entre si, como os cubos de suas distâncias médias ao Sol”. Quantitativamente
$\left(\dfrac{T_1}{T_2}\right)^2=\left(\dfrac{R_1}{R_2}\right)^3$,
onde $T_1$ e $T_2$ são os períodos de revolução dos dois planetas e $R_1$ e $R_2$ são as distâncias médias dos planetas ao Sol. Na tabela abaixo as distâncias médias ao Sol estão dadas em U.A. 1 U.A. $\approx1{,}5\times10^{11}\text{ m}$ e é a distância média, entre o Sol e a Terra.
| Planeta | T (anos) | R (U.A.) | $T^2/R^3$ (anos²/U.A.³) |
|---|---|---|---|
| Mercúrio | 0,241 | 0,387 | 1,00 |
| Vênus | 0,615 | 1,50 | 0,11 |
| Terra | 1 | 0,50 | 8,00 |
| Marte | 1,881 | 1,524 | 1,00 |
| Saturno | 29,457 | 9,539 | 1,00 |
| Júpiter | 11,862 | 10,406 | 0,12 |
Escolha a afirmação correta:
Calculando diretamente os valores com os próprios dados fornecidos na tabela:
Mercúrio: $\dfrac{0{,}241^2}{0{,}387^3}\approx1{,}00$; Vênus: $\dfrac{0{,}615^2}{1{,}50^3}\approx0{,}11$; Terra: $\dfrac{1^2}{0{,}50^3}=8{,}00$.
Marte: $\dfrac{1{,}881^2}{1{,}524^3}\approx1{,}00$; Saturno: $\dfrac{29{,}457^2}{9{,}539^3}\approx1{,}00$; Júpiter: $\dfrac{11{,}862^2}{10{,}406^3}\approx0{,}12$.
Portanto, todos os valores da última coluna estão matematicamente compatíveis, por arredondamento, com os valores de $T$ e $R$ fornecidos. Assim, a alternativa D é verdadeira.
Mas a alternativa E também é verdadeira, pois o valor apresentado para Marte é, de fato, correto.
Considere um elétron com velocidade $\vec v$ penetrando numa região R onde existe um campo magnético uniforme $\vec B$. O ângulo entre $\vec v$ e $\vec B$ é $\theta$ e é diferente de 0 (zero). Suponha que o peso do elétron seja desprezível. Considere as seguintes afirmações:
(I) O elétron é acelerado, quando entra na região R.
(II) O elétron perde e recupera a sua energia cinética periodicamente.
(III) O módulo da velocidade do elétron é constante em R.
(IV) A trajetória do elétron é uma hélice.
(V) O elétron exerce uma força de reação sobre o campo $\vec B$.
Escolha o item correto:
A força magnética tem módulo $F_m=|q|vB\sin\theta$ e é sempre perpendicular à velocidade instantânea. Por isso, ela não realiza trabalho e não altera a energia cinética: o módulo de $\vec v$ permanece constante. A afirmação (III) é correta e a (II) é falsa.
Quando existe simultaneamente componente de velocidade paralela e perpendicular a $\vec B$, a trajetória é helicoidal. Esse é o caso genérico em que $0^\circ<\theta<180^\circ$, com $\theta\neq90^\circ$.
Entretanto, o enunciado informa apenas $\theta\neq0^\circ$. Ele ainda permite $\theta=90^\circ$, caso em que a trajetória é circular, e também não exclui $\theta=180^\circ$, caso em que a força magnética é nula.
Assim, as afirmações (I) e (IV) não são universalmente verdadeiras para todos os ângulos admitidos pelo próprio enunciado. Sob a intenção usual de um ângulo oblíquo não degenerado, a alternativa pretendida seria D, mas a formulação não sustenta uma única resposta.
Na figura abaixo é mostrado a propagação de um feixe de luz (a) que incide sobre uma placa transparente de faces paralelas. Como consequência dessa incidência são originados outros feixes denominados (b), (c), (d), (e) e (f).
ALONSO, M.; FINN, E. Física, Volumen II: Campos y Ondas. México, D. F.: Addison-Wesley Iberoamericana, 1985, p. 810. (com adaptações).
Análise as seguintes afirmações:
(I) Os raios (a) e (c) são paralelos.
(II) Os raios (f) e (e) não são paralelos.
(III) Os raios (f) e (e) são paralelos.
(IV) Os raios (a) e (c) não são paralelos.
(V) Os raios (b) e (d) são simétricos em relação a um eixo perpendicular à face inferior que passa pelo ponto P.
Em uma lâmina de faces paralelas, o raio que atravessa as duas interfaces e emerge no mesmo meio externo sai paralelo ao raio incidente. Portanto, (a) e (c) são paralelos: (I) é verdadeira e (IV) é falsa.
Os raios (f) e (e) resultam de reflexões/transmissões em superfícies paralelas e emergem com a mesma direção, logo são paralelos. Assim, (III) é verdadeira e (II) é falsa.
No ponto P, os raios internos (b) e (d) obedecem à lei da reflexão e são simétricos em relação à normal à face inferior. Portanto, (V) é verdadeira.
Corretas: (I), (III) e (V). Alternativa A.