UFAM PSC 2025 | 2ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

Resolução comentada

Lendo o gráfico (com $P$ em $10^{4}\text{ Pa}$ e $V$ em $10^{-2}\text{ m}^3$): A $(2{,}0;\,1{,}0)$, B $(2{,}0;\,4{,}0)$ e C $(4{,}0;\,1{,}0)$. O ciclo é A → B → C → A.

(A) Falsa. Em uma isoterma o produto $PV$ é constante. Em B, $PV = 4\times10^{4}\times2\times10^{-2} = 800\text{ J}$; em C, $PV = 1\times10^{4}\times4\times10^{-2} = 400\text{ J}$. Como são diferentes, BC não é isotérmica.

(B) Falsa. AB é vertical: o volume é constante (isocórica) e a pressão aumenta, logo a temperatura aumenta. Com $W = 0$, a primeira lei dá $Q = \Delta U \gt 0$: o gás recebe calor, não cede.

(C) Verdadeira. O trabalho no ciclo é a área do triângulo ABC. A base é $\Delta V = (4{,}0 - 2{,}0)\times10^{-2} = 2{,}0\times10^{-2}\text{ m}^3$ e a altura é $\Delta P = (4{,}0 - 1{,}0)\times10^{4} = 3{,}0\times10^{4}\text{ Pa}$:

\[|W| = \frac{1}{2}\,\Delta V\,\Delta P = \frac{1}{2}\times2{,}0\times10^{-2}\times3{,}0\times10^{4} = 300\text{ J}\]

Para saber o sinal, vemos o sentido: A (embaixo, à esquerda) sobe até B, desce em diagonal até C e volta à esquerda por CA. O percurso é horário, e o ciclo horário realiza trabalho positivo: $W = +300\text{ J}$.

(D) Falsa. A energia interna é função de estado: ao completar o ciclo, o gás volta ao estado inicial e $\Delta U_{ciclo} = 0$.

(E) Falsa. Em AB o volume não varia, então o trabalho é nulo: $W_{AB} = 0$.

Resolução comentada

Vamos acompanhar a sequência de eventos com atenção à ordem.

1) Indução com a esfera aterrada. A esfera A tem carga positiva e atrai os elétrons da esfera B. Como B está ligada à terra por um fio condutor, elétrons sobem do solo e se acumulam em B, atraídos por A. No equilíbrio, B tem excesso de elétrons: está carregada negativamente (a carga fica concentrada no lado mais próximo de A, e a terra fornece o que faltar).

2) Corte do fio. Com o fio cortado, B fica isolada, mas mantém o excesso de elétrons que a terra lhe forneceu. A carga total de B é negativa.

3) Afastamento. Quando as esferas ficam muito distantes, a influência de A desaparece e os elétrons em excesso em B se redistribuem de modo uniforme pela superfície (as cargas de mesmo sinal se repelem). A esfera A continua positiva, com carga distribuída uniformemente.

Resultado final: A positiva, com cargas distribuídas, e B negativa, também com cargas distribuídas. É o que mostra a alternativa em que a esfera da esquerda tem sinais “+” e a da direita tem sinais “−” espalhados de modo uniforme.

As demais figuras mostram uma esfera B neutra (aterramento ignorado), positiva (sinal trocado) ou ainda polarizada, com cargas dos dois sinais (como se as esferas ainda estivessem próximas).

Resolução comentada

(A) Verdadeira. O timbre depende da forma da onda, isto é, do conjunto de harmônicos que acompanha a frequência fundamental. Um violino e um piano tocando a mesma nota (mesma frequência) têm timbres diferentes.

(B) Falsa. Na passagem de um meio para outro, a frequência é determinada pela fonte e não muda. O que muda são a velocidade e o comprimento de onda.

(C) Falsa. Como a frequência se conserva e a velocidade muda na refração, a relação $v = \lambda f$ mostra que o comprimento de onda também muda.

(D) Falsa. O som é uma onda mecânica e precisa de um meio material; no vácuo, ele não se propaga.

(E) Falsa. Quanto maior a frequência, mais agudo é o som. Os sons graves têm baixa frequência.

Resolução comentada

Como não há perdas, o calor cedido pelo bloco é inteiramente absorvido pela água. O equilíbrio ocorre a $60^\circ\text{C}$ (temperatura final do bloco e da água).

Calor absorvido pela água (de $25^\circ\text{C}$ a $60^\circ\text{C}$):

\[Q_{água} = m_a\,c_a\,\Delta T = 20\times1{,}0\times(60 - 25) = 700\text{ cal}\]

Calor cedido pelo bloco (de $T_f$, a temperatura do forno, até $60^\circ\text{C}$):

\[Q_{bloco} = m_b\,c_b\,(T_f - 60) = 100\times0{,}1\times(T_f - 60) = 10\,(T_f - 60)\]

Igualando as trocas ($Q_{bloco} = Q_{água}$):

\[10\,(T_f - 60) = 700 \implies T_f - 60 = 70\]

\[T_f = 130^\circ\text{C}\]

Resolução comentada

A explicação de Einstein é resumida pela equação do efeito fotoelétrico:

\[E_c = hf - \phi\]

em que $hf$ é a energia de cada fóton e $\phi$ é a função trabalho do metal. Cada fóton cede toda a sua energia a um elétron, como numa colisão.

(A) Verdadeira. Interação fóton–elétron como colisão: quanto maior $hf$, maior é a energia cinética $E_c$ do elétron ejetado.

(B) Falsa. Os elétrons são mantidos no átomo por forças de atração do núcleo, e só fótons com energia suficiente ($hf \geq \phi$) conseguem arrancá-los.

(C) Falsa. A luz vermelha é menos energética que a ultravioleta (menor frequência).

(D) Falsa. Aumentar a intensidade apenas aumenta o número de fótons por segundo, não a energia de cada um. Se a frequência é insuficiente, nenhum elétron é ejetado, por mais intensa que seja a luz.

(E) Falsa. A intensidade controla a quantidade de elétrons emitidos, não a velocidade deles; esta depende da frequência da luz.

Resolução comentada

Pela lei de Faraday, a corrente é induzida em uma espira quando há variação do fluxo magnético $\Phi = B\,A\cos\theta$ através dela. Com $\vec{B}$ perpendicular ao plano do anel, o fluxo é proporcional à área do anel que está dentro da região de campo.

P₁: o anel está atravessando a borda esquerda da região e entrando no campo. A área sob o campo cresce, o fluxo aumenta e surge corrente induzida.

P₂: o anel está inteiramente dentro da região, com velocidade constante. O campo é uniforme e a área sob o campo não varia; o fluxo é constante e não há corrente induzida, apesar de o anel estar em movimento.

P₃: o anel está atravessando a borda direita e saindo do campo. A área sob o campo diminui, o fluxo diminui e surge corrente induzida (em sentido oposto ao de P₁).

Há corrente induzida em P₁ e em P₃.