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UFAM PSC 2021 | 2ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal do Amazonas

Processo Seletivo Contínuo — PSC 2021 · 2ª Etapa · Prova de Conhecimentos Gerais · Prova de Física (Q41-46) — resolução comentada Método TEF.

Q41
Termologia — Propagação do Calor — Garrafa Térmica

Criada em 1892 pelo físico inglês James Dewar (1842-1923), a garrafa térmica consiste, basicamente, de dois frascos, colocados um dentro do outro e unidos no pescoço. A figura a seguir mostra, esquematicamente, uma garrafa térmica:

Corte de uma garrafa térmica, com tampa, região de quase vácuo, parede dupla de vidro espelhado e o líquido quente ou gelado no interior

Considere as seguintes afirmativas:

I. As paredes da garrafa térmica são praticamente diatérmicas, de forma a reduzir, consideravelmente, as trocas de calor entre o conteúdo e o meio externo.
II. O vidro de que são feitas as paredes internas da garrafa térmica é espelhado para que o calor radiante seja refletido.
III. As paredes internas são duplas e separadas por uma região de quase vácuo, cuja função é tentar evitar a condução do calor.
IV. Para evitar as possíveis trocas de calor por convecção, basta fechar bem a tampa da garrafa térmica.

Assinale a alternativa CORRETA:

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

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2021 (2ª Etapa)

D
Resolução comentada

I. Para reduzir as trocas de calor, as paredes devem ser praticamente adiabáticas, e não diatérmicas. Falsa.

II. O espelhamento reflete a radiação térmica, reduzindo a troca de calor por irradiação. Verdadeira.

III. No vácuo não há meio material, de modo que a condução (e também a convecção) fica praticamente impedida entre as paredes. Verdadeira.

IV. A convecção exige que o fluido circule. Com a tampa bem fechada, o ar do exterior não se mistura com o conteúdo. Verdadeira.

Q42
Termologia — Calorimetria — Trocas de Calor

Numa aula de Física do 2º ano, o professor realizou, com a ajuda de um dos alunos da turma, a seguinte demonstração: 1) Com duas garrafas PET cortadas, aqui denominadas de recipientes A e B, o aluno colocou um copo de água em A e dois copos de água em B; 2) Em seguida colocou, simultaneamente, três cubos de gelo nos dois recipientes; 3) Esperou por um minuto de modo que os cubos de gelo não derretessem por completo; 4) Com a ajuda de uma colher, retirou os seis pedaços de gelo que sobraram e, em seguida, colocou uma mão dentro de cada recipiente, verificando que a água no recipiente A estava mais fria que no recipiente B.

Dois recipientes, A e B, com água e três cubos de gelo em cada um

Desprezando quaisquer trocas de calor com o ambiente, pode-se afirmar que a:

I. quantidade de calor cedida pela água aos cubos de gelo é a mesma nos dois recipientes.
II. diminuição de temperatura da água no recipiente A é o dobro da diminuição de temperatura da água no recipiente B.
III. quantidade de calor cedida pela água aos cubos de gelo é menor no recipiente A do que no recipiente B.

Assinale a alternativa CORRETA:

(A)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
(B)Somente a afirmativa I é verdadeira.
(C)Somente a afirmativa II é verdadeira.
(D)Somente a afirmativa III é verdadeira.
(E)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2021 (2ª Etapa)

A
Resolução comentada

Cada recipiente recebeu a mesma massa de gelo, e restou gelo em ambos (os cubos não derreteram por completo). Assim, o gelo fica a $0^\circ\text{C}$ e a mesma massa derrete em cada recipiente. Logo, a água de cada recipiente cede ao gelo a mesma quantidade de calor, $Q_A = Q_B$. I é verdadeira e III é falsa.

A água tem o mesmo calor específico nos dois casos, mas $m_B = 2\,m_A$. Como $Q = m\,c\,|\Delta T|$ e $Q_A = Q_B$:

\[m_A\,c\,|\Delta T_A| = 2\,m_A\,c\,|\Delta T_B| \;\Rightarrow\; |\Delta T_A| = 2\,|\Delta T_B|\]

A queda de temperatura em A é o dobro da de B, e por isso a água de A fica mais fria. II é verdadeira.

Q43
Termologia — Gases — Equação de Clapeyron

Considere a situação na qual um cilindro de oxigênio hospitalar com $50\text{ L}$ de capacidade, com o gás à pressão interna de $96\text{ atm}$ e à temperatura de $300\text{ K}$, vai ser utilizado para manter a saturação de oxigênio de um paciente em níveis adequados. Considerando o oxigênio como um gás ideal, podemos afirmar que se o consumo de oxigênio for regulado para fornecer $5{,}0\text{ L/min}$, à pressão de $2{,}4\text{ atm}$ e à temperatura de $300\text{ K}$, o intervalo de tempo até que a pressão interna do cilindro fique reduzida ao valor de $2{,}4\text{ atm}$ será de:

(A)$6\text{h}15\text{min}$
(B)$6\text{h}20\text{min}$
(C)$6\text{h}30\text{min}$
(D)$6\text{h}40\text{min}$
(E)$6\text{h}45\text{min}$

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2021 (2ª Etapa)

C
Resolução comentada

Com a temperatura constante ($300\text{ K}$), vale $pV = nRT = \text{constante}$ para uma mesma quantidade de gás.

Volume que todo o gás inicial ocuparia a $2{,}4\text{ atm}$:

\[p_1V_1 = p_2V_2 \;\Rightarrow\; 96\times50 = 2{,}4\times V_2 \;\Rightarrow\; V_2 = 2000\text{ L}\]

Ao final, o cilindro ainda contém gás a $2{,}4\text{ atm}$ ocupando os seus $50\text{ L}$. O volume fornecido ao paciente, medido a $2{,}4\text{ atm}$, é:

\[V_{usado} = 2000 - 50 = 1950\text{ L}\]

Com a vazão de $5{,}0\text{ L/min}$:

\[t = \frac{1950}{5{,}0} = 390\text{ min} = 6\text{ h }30\text{ min}\]

Q44
Ondulatória — Ondas — Equação Fundamental da Ondulatória

A figura a seguir mostra o instantâneo de duas ondas transversais A e B, que se propagam em cordas idênticas, com a mesma velocidade:

Gráfico y por x com duas ondas senoidais: a onda A, em azul, com amplitude maior e dois ciclos completos, e a onda B, em vermelho tracejado, com amplitude menor e um ciclo

A partir dessas informações, podemos afirmar que, para a onda A, a frequência é   I  , o comprimento de onda é   II   e a amplitude é   III   do que para a onda B.

Assinale a alternativa que preenche CORRETAMENTE as lacunas:

(A)I: o dobro; II: a metade; III: igual
(B)I: a metade; II: o dobro; III: igual
(C)I: o dobro; II: igual; III: o dobro
(D)I: a metade; II: o dobro; III: a metade
(E)I: o dobro; II: a metade; III: o dobro

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2021 (2ª Etapa)

E
Resolução comentada

No intervalo mostrado, a onda A completa dois ciclos e a onda B completa um. Portanto, $\lambda_A = \dfrac{\lambda_B}{2}$: o comprimento de onda de A é a metade.

As duas ondas têm a mesma velocidade $v$, e $v = \lambda f$ então fornece:

\[f = \frac{v}{\lambda} \;\Rightarrow\; f_A = \frac{v}{\lambda_B/2} = 2\,f_B\]

A frequência de A é o dobro.

Pela grade, a crista de A tem o dobro da altura da crista de B, então $A_A = 2\,A_B$: a amplitude de A é o dobro.

Q45
Óptica — Reflexão e Espelhos — Espelhos Esféricos

Num experimento realizado no laboratório de Física, um objeto linear $AB$ é colocado perpendicularmente ao eixo principal de um espelho esférico côncavo de centro de curvatura $C$, foco principal $F$ e vértice $V$. O quadro a seguir mostra os resultados obtidos:

Posição do objetoCaracterísticas da imagem
1Entre F e V(   )Real, invertida e do mesmo tamanho do objeto.
2Entre F e C(   )Real, invertida e menor que o objeto.
3Em C(   )Real, invertida e maior que o objeto.
4Além de C(   )Virtual, direita e maior que o objeto.

Assinale a alternativa que associa, CORRETAMENTE, a posição do objeto com as características da imagem, de cima para baixo:

(A)4 – 3 – 2 – 1
(B)3 – 4 – 2 – 1
(C)3 – 2 – 4 – 1
(D)3 – 4 – 1 – 2
(E)4 – 3 – 1 – 2

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2021 (2ª Etapa)

B
Resolução comentada

Para um espelho côncavo:

— objeto além de C (posição 4): imagem real, invertida e menor;
— objeto em C (posição 3): imagem real, invertida e do mesmo tamanho;
— objeto entre F e C (posição 2): imagem real, invertida e maior;
— objeto entre F e V (posição 1): imagem virtual, direita e maior.

Preenchendo os parênteses das características, de cima para baixo: "mesmo tamanho" corresponde à posição 3; "menor", à 4; "maior", à 2; e "virtual, direita e maior", à 1. A sequência é $3 - 4 - 2 - 1$.

Q46
Óptica — Lentes — Lente de Aumento (Lupa)

Uma estudante deseja examinar uma folha de cupuaçuzeiro com o auxílio de uma lupa de distância focal igual a $5\text{ cm}$. Para que possa ver detalhes da estrutura da folha, ampliada em cinco vezes, a lupa deve formar uma imagem   I  , com a distância entre a folha e o centro da lupa igual a   II  .

Assinale a alternativa que completa, CORRETAMENTE, as lacunas:

(A)I: virtual; II: $4\text{ cm}$
(B)I: real; II: $4\text{ cm}$
(C)I: virtual; II: $2\text{ cm}$
(D)I: real; II: $2\text{ cm}$
(E)I: virtual; II: $2{,}5\text{ cm}$

Gabarito oficial COMPEC/UFAM — PSC 2021 (2ª Etapa)

A
Resolução comentada

Para ampliar a imagem de um objeto com uma lupa, o objeto fica entre o foco e a lente; a imagem é virtual, direita e maior.

O aumento linear é $A = \dfrac{f}{f - p}$ (com $f \gt 0$ para lente convergente). Para $A = 5$ e $f = 5\text{ cm}$:

\[5 = \frac{5}{5 - p} \;\Rightarrow\; 5 - p = 1 \;\Rightarrow\; p = 4\text{ cm}\]

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