Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UFAM PSC 2019 | 2ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal do Amazonas

Processo Seletivo Contínuo — PSC 2019 · 2ª Etapa · Prova de Conhecimentos Gerais · Prova de Física (Q41-46) — resolução comentada Método TEF.

Q41
Termologia — Calorimetria — Capacidade Térmica

Num experimento realizado no laboratório de Física, dois objetos A e B, de alumínio e cilíndricos, inicialmente à mesma temperatura, foram colocados numa estufa de forma a receberem a mesma quantidade de calor. Após alguns minutos, os objetos foram retirados do forno e suas temperaturas foram medidas. Observou-se que a variação de temperatura do objeto A é a metade da variação de temperatura do objeto B. A partir dessas informações, podemos afirmar que:

(A)o calor específico de A é o dobro do calor específico de B.
(B)os dois objetos possuem coeficiente de dilatação térmica diferentes.
(C)o calor específico de B é o dobro do calor específico de A.
(D)a capacidade térmica de B é o dobro da capacidade térmica de A.
(E)a capacidade térmica de B é a metade da capacidade térmica de A.

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2019 (2ª Etapa)

E
Resolução comentada

A capacidade térmica de um corpo é $C = \dfrac{Q}{\Delta T}$. Como $Q_A = Q_B = Q$ e $\Delta T_A = \dfrac{\Delta T_B}{2}$:

\[C_A = \frac{Q}{\Delta T_A} = \frac{Q}{\Delta T_B/2} = 2\,C_B \;\Rightarrow\; C_B = \frac{C_A}{2}\]

Os dois objetos são de alumínio, então têm o mesmo calor específico e o mesmo coeficiente de dilatação; apenas as massas (e, portanto, as capacidades térmicas) diferem.

Q42
Termologia — Termodinâmica — Primeira Lei da Termodinâmica

Certa amostra de um gás ideal passa do estado inicial A para o estado final C através de duas trajetórias, conforme indicado no diagrama $p - V$ da figura a seguir:

Diagrama p por V: o estado A, à esquerda e embaixo, o estado B diretamente acima de A e o estado C à direita de A, na mesma pressão; trajetórias A para C em linha reta horizontal e A para B para C

Ao longo da trajetória $A \to C$ o gás recebeu uma quantidade de calor igual a $4p_AV_A$, com $V_C = 3V_A$. Ao longo da trajetória $A \to B \to C$, uma quantidade de calor igual a $4{,}5p_AV_A$ foi transferida ao gás. A partir destas informações, podemos afirmar que a razão $p_B/p_A$ é igual a:

(A)$1/2$
(B)$3/2$
(C)$2$
(D)$5/2$
(E)$7/2$

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2019 (2ª Etapa)

B
Resolução comentada

Trajetória $A \to C$ (isobárica, à pressão $p_A$, com $V_C = 3V_A$):

\[W_{AC} = p_A\,(3V_A - V_A) = 2\,p_AV_A\]

\[\Delta U = Q_{AC} - W_{AC} = 4\,p_AV_A - 2\,p_AV_A = 2\,p_AV_A\]

$\Delta U$ é função só dos estados $A$ e $C$, então vale o mesmo para $A \to B \to C$.

Trajetória $A \to B \to C$. Em $A \to B$ o volume é constante e $W_{AB} = 0$. Em $B \to C$ (reta de $p_B$ até $p_A$, com variação de volume $2V_A$), o trabalho é a área do trapézio:

\[W_{BC} = \frac{p_B + p_A}{2}\times2V_A = (p_B + p_A)\,V_A\]

Pela primeira lei:

\[Q_{ABC} = \Delta U + W \;\Rightarrow\; 4{,}5\,p_AV_A = 2\,p_AV_A + (p_B + p_A)\,V_A\]

\[p_B + p_A = 2{,}5\,p_A \;\Rightarrow\; p_B = 1{,}5\,p_A \;\Rightarrow\; \frac{p_B}{p_A} = \frac{3}{2}\]

Q43
Termologia — Termodinâmica — Rendimento de Máquina Térmica

De acordo com as leis da termodinâmica, o corpo humano pode ser comparado a uma máquina térmica. A energia que utilizamos é obtida a partir das reações de oxidação. Durante os diferentes tipos de oxidação, há liberação de energia, cuja quantidade depende da reação em particular. Considerando a situação na qual, em um dia, determinada pessoa consome $2400\text{ kcal}$ de energia e dissipa, através da respiração e da pele, $480\text{ kcal}$ para o ambiente, podemos afirmar que o rendimento dessa "máquina humana" foi de:

(A)$20\%$
(B)$40\%$
(C)$67\%$
(D)$80\%$
(E)$83\%$

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D
Resolução comentada

A energia aproveitada é a consumida menos a dissipada:

\[\tau = Q_{quente} - Q_{frio} = 2400 - 480 = 1920\text{ kcal}\]

O rendimento é:

\[\eta = \frac{\tau}{Q_{quente}} = \frac{1920}{2400} = 0{,}80 = 80\%\]

Q44
Ondulatória — Acústica — Velocidade do Som em Sólidos

Dois operários de uma siderúrgica se postam, um em cada extremidade, diante de um trilho de aço com $170\text{ m}$ de comprimento. Um deles bate com um martelo numa das extremidades do trilho, enquanto o outro ouve dois sons da pancada, com um intervalo de $(7/15)\text{ s}$. A partir dessas informações, podemos afirmar que a velocidade do som no trilho de aço é de:

(A)$364\text{ m/s}$
(B)$1700\text{ m/s}$
(C)$3100\text{ m/s}$
(D)$3400\text{ m/s}$
(E)$5100\text{ m/s}$

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E
Resolução comentada

Pelo ar, com $v_{ar} = 340\text{ m/s}$, o som leva:

\[t_{ar} = \frac{170}{340} = 0{,}5\text{ s}\]

O som no aço chega antes, e o intervalo entre as duas chegadas é $\Delta t = \dfrac{7}{15}\text{ s}$:

\[t_{aço} = t_{ar} - \Delta t = \frac{1}{2} - \frac{7}{15} = \frac{15 - 14}{30} = \frac{1}{30}\text{ s}\]

\[v_{aço} = \frac{170}{1/30} = 5100\text{ m/s}\]

Q45
Óptica — Reflexão e Espelhos — Espelhos Esféricos

Numa aula realizada no laboratório de ótica, um grupo de alunos dispunha dos seguintes materiais: um objeto luminoso com $10\text{ cm}$ de altura, um espelho côncavo e um espelho convexo. Eles seguiram os seguintes procedimentos: (1) colocaram o objeto frontalmente a $30\text{ cm}$ diante do vértice do espelho côncavo e observaram que a imagem formada era cinco vezes menor que o objeto; (2) trocaram o espelho côncavo pelo convexo e, sem alterar a posição do objeto em relação ao vértice do espelho, observaram que a imagem formada permanecia cinco vezes menor. A partir destas informações, é possível afirmar que:

I. O espelho côncavo tem distância focal igual a $5{,}0\text{ cm}$.
II. O espelho convexo tem distância focal igual a $-7{,}5\text{ cm}$.
III. A imagem formada pelo espelho côncavo é invertida e pode ser projetada numa tela.
IV. A imagem formada pelo espelho convexo é virtual e direita.

Assinale a alternativa correta:

(A)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
(B)Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
(C)Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras.
(D)Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.
(E)Todas as afirmativas são verdadeiras.

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E
Resolução comentada

Espelho côncavo. A imagem é cinco vezes menor, com $p = 30\text{ cm}$. Imagem real e invertida, $A = -\dfrac{1}{5} = -\dfrac{p'}{p}$:

\[p' = \frac{30}{5} = 6\text{ cm}\]

\[\frac{1}{f} = \frac{1}{p} + \frac{1}{p'} = \frac{1}{30} + \frac{1}{6} = \frac{6}{30} \;\Rightarrow\; f = 5{,}0\text{ cm}\]

Imagem real e invertida: pode ser projetada numa tela. I e III são verdadeiras.

Espelho convexo. A imagem é virtual e direita, com $A = +\dfrac{1}{5} = -\dfrac{p'}{p}$, então $p' = -6\text{ cm}$:

\[\frac{1}{f} = \frac{1}{30} - \frac{1}{6} = \frac{1 - 5}{30} = -\frac{4}{30} \;\Rightarrow\; f = -7{,}5\text{ cm}\]

II e IV são verdadeiras.

Q46
Óptica — Refração — Profundidade Aparente

Numa brincadeira que parece mágica, uma moeda é colocada no centro do fundo de um recipiente de plástico, não transparente, vazio e que se encontra sobre uma mesa. Inicialmente, um observador sentado consegue ver a moeda. Sem que o observador mexa com a cabeça e a direção de seus olhos, o recipiente é afastado até que a moeda deixa de ser vista. A seguir, com cuidado para não mover a moeda, coloca-se água no recipiente e o observador volta a ver a moeda. Na realidade, o que o observador vê é a imagem:

(A)virtual, acima da posição da moeda, formada pela refração dos raios luminosos que partem da moeda.
(B)real, acima da posição da moeda, formada pela refração dos raios luminosos que partem da moeda.
(C)virtual, acima da posição da moeda, formada pela reflexão dos raios luminosos que partem da moeda.
(D)real, acima da posição da moeda, formada pela reflexão dos raios luminosos que partem da moeda.
(E)virtual, ao lado da moeda, formada pela difração dos raios luminosos que partem da moeda.

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A
Resolução comentada

Os raios que partem da moeda sofrem refração ao passar da água para o ar. Como o ar é menos refringente, os raios se afastam da normal.

O observador interpreta os raios que chegam aos olhos como vindos do prolongamento deles, que se cruza num ponto mais alto do que a moeda. Os prolongamentos, e não os próprios raios, se encontram, e por isso a imagem é virtual e aparece acima da posição real da moeda (a profundidade aparente é menor).

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