Vestibular UEA 2014 / Acesso 2015 · 001 • CONHECIMENTOS GERAIS (Q61–Q72) e 004 • CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS (Q15–Q24).
Questões de Física preservadas conforme a organização da edição de UEA 2014 / Acesso 2015.
A distância entre Manaus e Brasília é cerca de 3500 km. Supondo que um viajante percorra essa distância em 2 dias, 6 horas e 45 minutos, sua velocidade média, em km/h, será próxima de
Velocidade média: $v_m=\dfrac{\Delta s}{\Delta t}$.
$\Delta t=2\cdot24+6+\dfrac{45}{60}=54{,}75\text{ h}$, logo $v_m=\dfrac{3500}{54{,}75}\approx63{,}9\text{ km/h}\approx64\text{ km/h}$.
Resposta: (B)
Da grande variedade de animais amazônicos, o peixe-boi impressiona por seu porte avantajado, podendo atingir até 3,0 metros e 450 quilogramas. Sendo a aceleração da gravidade igual a 9,8 m/s², a força necessária para equilibrar o peso desse animal é
Força peso: para equilibrar o animal, a força deve ter a intensidade do peso, $P=mg$.
$P=450\cdot9{,}8=4410\text{ N}$ (equivalente a 450 kgf ou 0,45 tf).
A alternativa (A) troca a unidade; (C) confunde massa com força. Resposta: (E)
Considere o gráfico de uma força F de direção constante, em função do tempo T, aplicada num corpo inicialmente em repouso.
É correto afirmar que, no instante 2t, o estado de movimento do corpo é
2ª lei de Newton e impulso: com força constante em cada trecho, a aceleração é constante ($a=F/m$).
De 0 a $t$: $F=3f$, o corpo acelera e atinge $v_1=\dfrac{3ft}{m}$.
De $t$ a $2t$: $F=-2f$, contrária ao movimento; a velocidade cai para $v_2=\dfrac{3ft-2ft}{m}=\dfrac{ft}{m}\gt0$.
Como em $2t$ o corpo ainda se move no sentido positivo sob força constante oposta, o movimento é uniformemente retardado. Ele não está em repouso: o impulso total ($ft$) não é nulo.
Resposta: (E)
Considere dois degraus, cada um com 20 centímetros de altura e 40 centímetros de largura, e uma bolinha muito pequena rolando com velocidade constante sobre o degrau superior, como mostra a figura.
Sendo a aceleração da gravidade 10 m/s², a menor velocidade v da bolinha, em m/s, para que ela atinja o solo sem tocar no degrau inferior é
Lançamento horizontal: para não tocar o degrau inferior, a bolinha deve passar pela quina dele, ou seja, avançar pelo menos 40 cm enquanto cai 20 cm.
Queda de 0,20 m: $0{,}20=\dfrac{10\,t^2}{2}\Rightarrow t=0{,}2\text{ s}$.
Velocidade mínima: $v=\dfrac{0{,}40}{0{,}2}=2{,}0\text{ m/s}$.
Com essa velocidade ela chega ao solo (queda de 40 cm, $t\approx0{,}28$ s) a cerca de 57 cm da borda, além do degrau inferior. Resposta: (D)
Um barco mantém uma carga em equilíbrio por meio de uma corda ideal, estando a carga totalmente submersa em um tanque contendo um líquido em repouso, como mostra a figura.
As forças aplicadas na carga que possuem mesmo sentido são
Forças na carga submersa: peso $\vec P$ (vertical, para baixo), empuxo $\vec E$ (vertical, para cima) e tração $\vec T$ da corda (vertical, para cima).
No equilíbrio, $T+E=P$. Tração e empuxo têm o mesmo sentido. Resposta: (A)
“Quando um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e B está em equilíbrio térmico com um corpo C, então A e C estão em equilíbrio térmico”.
O enunciado expressa a lei conhecida como
Lei Zero da Termodinâmica: a transitividade do equilíbrio térmico (A~B e B~C ⇒ A~C) é o que permite usar um termômetro (o corpo B) para comparar temperaturas.
A 1ª lei trata da conservação da energia e a 2ª, do sentido dos processos. Resposta: (C)
Um sistema termicamente isolado contém três materiais X, Y e Z, inicialmente a temperaturas $T_X>T_Y>T_Z$. Se a temperatura de equilíbrio térmico for a média aritmética entre $T_X$ e $T_Y$, é correto afirmar que:
Sentido do fluxo de calor: cede calor quem está acima da temperatura de equilíbrio; recebe quem está abaixo.
$T_{eq}=\dfrac{T_X+T_Y}{2}$ fica entre $T_Y$ e $T_X$. Então $T_X\gt T_{eq}$ (X cede), $T_Y\lt T_{eq}$ e $T_Z\lt T_Y\lt T_{eq}$ (Y e Z recebem).
Resposta: (D)
Quando se observa a imagem do Sol perto da linha do horizonte, é comum vê-lo maior do que quando está mais “alto” no céu, como mostra a figura.
Tal deformação de imagem deve-se ao fenômeno ondulatório conhecido como
Refração atmosférica: perto do horizonte, a luz do Sol atravessa uma camada de ar muito mais espessa, com densidade (e índice de refração) que varia com a altitude. Os raios se curvam e a imagem aparece deslocada e deformada.
Reflexão, difração e polarização não produzem esse efeito. Resposta: (A)
Dois condutores idênticos com cargas Q e 3Q são mantidos fixos a uma distância d, de modo que a força elétrica de repulsão entre eles é F. Os dois condutores possuem tamanhos desprezíveis em relação à essa distância, e não ocorre indução elétrica entre eles. Ambos são colocados em contato, novamente afastados até uma distância 2d um do outro e, então, são fixados. A nova força de repulsão entre eles passa a ser
Contato entre condutores idênticos: a carga total se divide igualmente: $\dfrac{Q+3Q}{2}=2Q$ para cada um.
Antes: $F=\dfrac{k\,Q\cdot3Q}{d^2}=\dfrac{3kQ^2}{d^2}$.
Depois: $F'=\dfrac{k\,(2Q)(2Q)}{(2d)^2}=\dfrac{kQ^2}{d^2}=\dfrac{F}{3}$.
Resposta: (E)
Uma lâmpada de resistência ôhmica possui em seu rótulo a informação: 220V – 110W. Se esta lâmpada for ligada em uma tomada de 110 V, a potência elétrica, em watts, que ela dissipará será de
Resistência ôhmica constante: $P=\dfrac{U^2}{R}$, então $P\propto U^2$.
$R=\dfrac{220^2}{110}=440\;\Omega$ e $P'=\dfrac{110^2}{440}=27{,}5\text{ W}$ (metade da tensão ⇒ um quarto da potência).
Resposta: (B)
Considere o circuito elétrico esquematizado na figura.
A intensidade de corrente elétrica, em ampères, que circula nesse circuito é
Lei de Pouillet para malha única: as fontes de 20 V e 10 V estão em oposição e os resistores (3 Ω e 7 Ω) em série.
$i=\dfrac{20-10}{3+7}=\dfrac{10}{10}=1{,}00\text{ A}$.
A fonte de 20 V funciona como gerador e a de 10 V, como receptor. Resposta: (A)
A figura representa o interior de uma câmara no qual atua um campo magnético uniforme, representado por B. Uma carga elétrica positiva q é lançada dentro desta câmara com velocidade v oblíqua às linhas de campo B e no mesmo plano da figura.
Tomando como referência o plano da figura, a direção e o sentido da força magnética que começa a atuar em q, são, respectivamente:
Questão pendente de figura — não é possível determinar a resposta correta sem a imagem original.
A anaconda, comum na fauna amazônica, é uma das maiores serpentes do mundo. O registro do maior exemplar desse espécime é de 11 metros e 65 centímetros. Supondo que uma máquina filmadora, se movendo a uma velocidade constante de 25 cm/s, registrasse esse exemplar esticado em toda sua extensão, tal registro terminaria após um intervalo de tempo, em segundos, de:
Movimento uniforme: a filmadora percorre toda a extensão da serpente com velocidade constante, então $\Delta t=\dfrac{\Delta s}{v}$.
$\Delta s=11\text{ m}+65\text{ cm}=1165\text{ cm}$, logo $\Delta t=\dfrac{1165}{25}=46{,}6\text{ s}$.
Resposta: (C)
A figura mostra uma armação tipo arco e flecha, apoiada em dois cavaletes fixos.
A flecha, que forma 90° com a linha tracejada na figura, imprime uma força de 40 N no ponto médio da corda ideal, permanecendo em equilíbrio.
Sendo $\sin30°=\dfrac12$ e $\cos30°=\dfrac{\sqrt3}{2}$, o valor da tensão na corda, em newtons, é:
Equilíbrio do ponto médio da corda: atuam a força da flecha (40 N) e as trações $T$ dos dois ramos, cada um formando 30° com a linha tracejada, que é perpendicular à flecha.
Na direção da flecha, só as componentes $T\sin30^\circ$ de cada ramo equilibram os 40 N:
$2T\sin30^\circ=40\;\Rightarrow\;2T\cdot\dfrac12=40\;\Rightarrow\;T=40\text{ N}$.
As componentes $T\cos30^\circ$ se anulam entre si. Não confunda a tração com metade da força (20 N): como os ramos estão bem inclinados, cada um precisa de tração maior.
Resposta: (E)
Numa prova de arco e flecha, uma competidora prepara-se para disparar uma flecha de um ponto a 80 cm de altura, visando acertar um alvo a 10 metros de distância e a 40 cm de altura, inclinando a flecha 45° com a horizontal, como mostra a foto e um esquema representativo visto de perfil.
Considere a flecha como um ponto material, a aceleração da gravidade igual a 10 m/s² e $\sin45°=\cos45°=\dfrac{\sqrt2}{2}$.
A velocidade aproximada, em m/s, com que a flecha deve ser lançada para acertar o alvo é
Equação da trajetória: tomando a origem no ponto de disparo, $y=x\tan\theta-\dfrac{g\,x^2}{2v_0^2\cos^2\theta}$.
O alvo está a $x=10\text{ m}$ e $y=0{,}40-0{,}80=-0{,}40\text{ m}$. Com $\tan45^\circ=1$ e $\cos^2 45^\circ=\dfrac12$:
$-0{,}4=10-\dfrac{10\cdot100}{v_0^2}\;\Rightarrow\;\dfrac{1000}{v_0^2}=10{,}4\;\Rightarrow\;v_0^2\approx96\;\Rightarrow\;v_0\approx9{,}8\text{ m/s}$.
A velocidade aproximada é 10 m/s. Resposta: (B)
O gráfico PV da figura representa uma transformação cíclica observada em um gás ideal.
Sabendo que a passagem entre C e A foi realizada à temperatura constante, a sequência correta de transformações ao longo do ciclo, começando pelo estado A, é
No diagrama $P\times V$, o trecho $A\to B$ é horizontal, portanto isobárico. O trecho $B\to C$ é vertical, portanto isocórico. O enunciado informa que $C\to A$ é isotérmico.
Sequência: isobárica, isocórica e isotérmica. Resposta: (D)
Um recipiente ideal, termicamente isolado, contém 200 gramas de água a 20°C, em que são mergulhados 50 gramas de gelo, inicialmente a −40°C. O calor específico da água é 1,0 e do gelo é 0,5, ambos em cal/(g·°C), enquanto o calor latente de fusão do gelo, a 0°C, é 80 cal/g.
Após o estabelecimento do equilíbrio térmico na amostra, é correto afirmar que
Balanço energético em etapas: verifique primeiro se o calor que a água pode ceder até 0 °C basta para aquecer e fundir todo o gelo.
Aquecer o gelo de −40 °C a 0 °C: $Q_1=50\cdot0{,}5\cdot40=1000\text{ cal}$.
Água de 20 °C a 0 °C: $Q_2=200\cdot1{,}0\cdot20=4000\text{ cal}$.
Fundir todo o gelo exigiria $50\cdot80=4000\text{ cal}$, mas sobram só $4000-1000=3000\text{ cal}$.
Massa fundida: $m=\dfrac{3000}{80}=37{,}5\text{ g}$. Restam $50-37{,}5=12{,}5\text{ g}$ de gelo, em equilíbrio a 0 °C.
Resposta: (A)
Um raio luminoso proveniente do ar incide na superfície de um líquido, contido em um recipiente de 40 cm de profundidade, formando um ângulo de 60° com a linha normal. O raio refratado forma um ângulo de 45° com esta linha, atingindo o fundo do recipiente num ponto A, como mostra a figura.
Dados: $\sin60°=\dfrac{\sqrt3}{2}$; $\sin45°=\dfrac{\sqrt2}{2}$; índice de refração do ar = 1.
Tal experiência é repetida, com ângulo de incidência na superfície do líquido igual a 45°, de modo que o raio luminoso atinge o fundo do recipiente num ponto B.
A distância AB, em centímetros, é
Lei de Snell: na primeira experiência, $1\cdot\sin60^\circ=n\sin45^\circ\Rightarrow n=\dfrac{\sqrt3/2}{\sqrt2/2}=\sqrt{\dfrac32}$.
Ponto A: refração a 45°, então o deslocamento horizontal no fundo é $x_A=40\tan45^\circ=40\text{ cm}$.
Segunda experiência (incidência 45°): $\sin r=\dfrac{\sqrt2/2}{\sqrt{3/2}}=\dfrac{1}{\sqrt3}$, $\cos r=\sqrt{\dfrac23}$, logo $\tan r=\dfrac{1}{\sqrt2}$ e $x_B=\dfrac{40}{\sqrt2}=20\sqrt2\text{ cm}$.
$AB=40-20\sqrt2=20(2-\sqrt2)\text{ cm}$. Resposta: (E)
O gráfico representa a variação da corrente elétrica, em ampères, que circula num resistor, em função da diferença de potencial elétrico, em volts:
Sabendo que a potência elétrica neste resistor em 100 V é 100 W, o valor de $i_1$, em ampères, é
Potência elétrica: $P=U\,i$. No gráfico, $i_1$ é a corrente correspondente a 100 V.
$i_1=\dfrac{P}{U}=\dfrac{100}{100}=1{,}0\text{ A}$ (o resistor tem $R=100\;\Omega$; em 200 V a corrente $i_2$ seria 2,0 A).
Resposta: (E)
Numa câmara evacuada existem dois campos uniformes e perpendiculares entre si: um elétrico de $10^5$ V/m e um magnético de $10^3$ T. Um elétron é lançado no interior da câmara com uma velocidade v, com direção perpendicular aos dois campos, como mostra a figura.
O símbolo ⊗ indica que o vetor campo magnético está entrando perpendicularmente no plano da folha. Para que a velocidade v não sofra variação, a fim de o elétron descrever um movimento retilíneo e uniforme no interior da câmara, o valor de v, em m/s, deve ser igual a
Seletor de velocidades: para o elétron seguir em MRU, a força elétrica e a força magnética devem se anular: $|q|E=|q|vB$.
$v=\dfrac{E}{B}=\dfrac{10^5}{10^3}=10^2=100\text{ m/s}$.
A carga (e seu sinal) se cancela: a condição vale para qualquer partícula nessa velocidade. Resposta: (D)
Considere dois condutores elétricos A e B, sendo que A é eletrizado positivamente e B neutro. Desprezando qualquer efeito de indução, é correto afirmar que, durante o contato:
Eletrização por contato: em condutores sólidos, as cargas móveis são os elétrons (negativos); os prótons ficam presos nos núcleos.
A, positivo, tem falta de elétrons: no contato, elétrons migram de B (neutro) para A. B fica positivo e A, menos positivo.
A alternativa (A) descreve o mesmo resultado final, mas com o mecanismo errado. Resposta: (B)
No modelo atômico de Rutherford-Bohr, um elétron gira em torno do núcleo devido à ação de uma força centrípeta, cuja natureza é
Modelo de Rutherford-Bohr: o elétron (negativo) é atraído pelo núcleo (positivo) pela força elétrica de Coulomb, que faz o papel de resultante centrípeta: $\dfrac{k\,e^2}{r^2}=\dfrac{m v^2}{r}$.
A gravitacional é desprezível nessa escala e a força nuclear forte atua entre prótons e nêutrons. Resposta: (E)