PROSEF 2013.2 — Processo Seletivo Formativo · 1ª Fase · Conhecimentos Gerais Contemporâneos · Física Q11, Q15, Q22, Q33, Q36, Q37 e Q44 · 50 questões objetivas · aplicada em 16/06/2013.
Gabarito definitivo (Modelo 1): Q11 C · Q15 D · Q22 B · Q33 D · Q36 E · Q37 A · Q44 A, conforme divulgado pela Bahiana em 17/06/2013. A banca numerava as alternativas de 1 a 5 (aqui, A a E) e publicou três modelos de caderno; os gabaritos acima correspondem ao modelo cujo enunciado e ordem de alternativas coincidem com esta prova. Atenção à Q22: a afirmação sobre a aplicação industrial dos raios gama (gamagrafia) também descreve um uso real, o que torna a questão discutível; o gabarito indica a afirmação sobre a produção dos raios X.
Q11
Mecânica — Hidrodinâmica — Equação de Bernoulli e Sustentação em uma Vela
[A questão traz a figura de um veleiro: em destaque, o deslizamento da brisa pelas faces côncava e convexa da vela, com o vento incidindo sobre ela. Fonte: HowStuffWorks, “Como funcionam os veleiros — A vela”.]
Na figura, a parte em destaque representa esquematicamente o deslizamento da brisa na face côncava da vela e o empuxo que atua sobre a vela.
Considerando-se o movimento da brisa como sendo escoamento estacionário, o módulo das velocidades da brisa nas proximidades das faces côncava e convexa da vela $v_1$ e $v_2$, respectivamente, a densidade do ar, $d$, e os conhecimentos da hidrodinâmica, é correto afirmar:
A)As linhas de corrente nas proximidades da face côncava da vela estão mais próximas do que nas proximidades da face convexa.
B)O tempo gasto pelas moléculas do ar para percorrerem a face convexa da vela é maior do que o tempo gasto para percorrerem a face côncava.
C)A diferença de pressão entre os lados da vela que produz o empuxo é igual a $\dfrac{d\,(v_2^2-v_1^2)}{2}$.
D)A pressão do ar na região da face côncava da vela é menor do que a pressão do ar na região da face convexa.
E)O módulo do empuxo é igual a $2d\,(v_2^2-v_1^2)A$, sendo $A$ a área da vela.
Gabarito:
C
Resolução
Bernoulli. Em escoamento estacionário, sem diferença de altura apreciável, $p+\dfrac12 d\,v^2$ é constante ao longo de uma linha de corrente. Entre as duas faces: $p_{côncava}+\dfrac12 d\,v_1^2=p_{convexa}+\dfrac12 d\,v_2^2$.
Diferença de pressão. Daí, $\Delta p=p_{côncava}-p_{convexa}=\dfrac{d\,(v_2^2-v_1^2)}{2}$. Como $v_2>v_1$ (a brisa é mais rápida na face convexa), $\Delta p>0$: a pressão é maior na face côncava, e a força resultante empurra a vela para o lado convexo.
Linhas de corrente. Onde a velocidade é maior (face convexa), as linhas de corrente ficam mais próximas, e não o contrário.
Tempo de percurso. A face convexa tem trajeto mais longo, mas a velocidade maior ali não faz as moléculas “se reencontrarem”: a afirmação sobre os tempos de percurso não decorre da equação de Bernoulli e, com $v_2>v_1$, não pode ser usada para explicar o empuxo.
Módulo do empuxo. $E=\Delta p\cdot A=\dfrac{d\,(v_2^2-v_1^2)}{2}A$, e não $2d\,(v_2^2-v_1^2)A$.
Q15
Termologia — Termodinâmica — Motor de Combustão Interna de Quatro Tempos
[A questão traz a figura das quatro etapas do motor de quatro tempos: admissão (válvula de admissão aberta), compressão, explosão (todas as válvulas fechadas) e exaustão (válvula de exaustão aberta). Fonte: <http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/index.aspx>. Acesso em: 8 maio 2013.]
O motor de uma motocicleta funciona do mesmo modo que o motor de um carro de combustão interna.
Considere-se o motor de combustão interna de quatro tempos, como o esquematizado na figura, cujo princípio básico é colocar uma pequena quantidade de combustível e queimá-lo, gerando uma quantidade enorme de energia em forma de calor e de gases em violenta expansão. O motor suga uma quantidade da mistura ar/combustível e a comprime com o pistão dentro do cilindro, depois dispara uma faísca no momento exato, incendiando a mistura. Essa energia empurra os pistões que, através das bielas, fazem girar o virabrequim e, ao final, os gases queimados são expelidos pelo escapamento, e o ciclo recomeça.
Com base nas informações e no conhecimento da termodinâmica, é correto afirmar:
A)O ciclo descrito por um motor de quatro tempos é o Ciclo de Carnot.
B)A mistura combustível/ar penetra espontaneamente no cilindro porque a pressão interna do cilindro é maior do que a pressão externa.
C)Se a mistura combustível/ar explodir durante a fase da compressão, ocorrerá o aumento da potência do motor.
D)A energia cinética dos gases em expansão, no terceiro tempo, é transmitida para o pistão que movimenta o eixo do virabrequim e faz o veículo se movimentar.
E)A energia química proveniente da combustão é integralmente convertida em energia mecânica no quarto tempo, isto é, na exaustão.
Gabarito:
D
Resolução
Ciclo. O motor de quatro tempos (admissão, compressão, explosão e exaustão) é modelado pelo ciclo Otto, e não pelo ciclo de Carnot, que é formado por duas isotermas e duas adiabáticas.
Admissão. A mistura penetra porque o pistão desce e diminui a pressão interna, que fica menor do que a externa; ela não entra por ser a pressão interna maior.
Explosão na compressão. Se a ignição ocorre durante a compressão, a expansão dos gases se opõe ao movimento do pistão: o trabalho útil diminui, e o motor pode ser danificado (detonação).
Terceiro tempo. No tempo da explosão, os gases quentes se expandem e empurram o pistão: a energia térmica/cinética dos gases se converte em trabalho do pistão, que movimenta o virabrequim.
Quarto tempo. A exaustão apenas expulsa os gases queimados; a conversão em energia mecânica ocorre no terceiro tempo, e nunca é integral: parte da energia é dissipada como calor e perdida nos gases de escape (segunda lei da termodinâmica).
Q22
Física Moderna — Radiações Ionizantes — Raios X e Raios Gama
Sobre radiações ionizantes como os raios $X$ e os raios $\gamma$ que favorecem a produção de radicais livres no organismo, é correto afirmar:
A)O feixe de raios $X$ que penetra perpendicularmente na região de um campo magnético uniforme permanece nesse campo, descrevendo movimento circular uniforme.
B)Os raios $X$ são produzidos sempre que elétrons a altas velocidades são atirados contra um alvo metálico ou pela oscilação dos elétrons das camadas mais internas dos átomos.
C)Os raios $\gamma$ são utilizados na indústria para detectar pequenas falhas em equipamentos de metal pesado.
D)Os raios $\gamma$ e os raios $X$ apresentam as mesmas propriedades físicas porque são originados dos processos nucleares de fissão, fusão ou decaimento radioativo.
E)Os raios $\gamma$ são utilizados na tomografia computadorizada porque possuem menor comprimento de onda e maior poder de penetração sem causar danos ao corpo do paciente.
Gabarito:
B
Resolução
Raios X em campo magnético. Os raios X são ondas eletromagnéticas, sem carga elétrica; não sofrem força magnética e não descrevem movimento circular.
Produção de raios X. São produzidos pela desaceleração brusca de elétrons rápidos ao atingirem um alvo metálico (radiação de freamento) e pelas transições de elétrons para as camadas internas dos átomos (raios X característicos).
Aplicação industrial dos raios gama. A gamagrafia, de fato, é usada na indústria para inspecionar soldas e peças metálicas; a afirmação descreve uma aplicação real, o que a torna discutível como alternativa incorreta. O gabarito definitivo da banca, porém, indica a afirmação sobre a produção dos raios X.
Origem. Os raios gama têm origem em processos nucleares, mas os raios X são produzidos na eletrosfera ou por freamento; as propriedades (comprimento de onda e energia) também diferem.
Tomografia. A tomografia computadorizada usa raios X, e não raios gama, e as radiações ionizantes podem causar danos ao organismo, o que as torna cuidados de dose.
Q33
Mecânica — Hidrostática — Pressão Arterial em mmHg, Pascal e Arquimedes
A determinação indireta da pressão arterial só se tornou possível a partir de 1880, quando von Basch, na Alemanha, idealizou o primeiro aparelho, que nada mais era que uma bolsa de borracha cheia de água e ligada a uma coluna de mercúrio ou a um manômetro. Comprimindo-se a bolsa de borracha sobre a artéria até o desaparecimento do pulso, obtinha-se a pressão sistólica.
A DETERMINAÇÃO indireta da pressão arterial.... Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Press%C3%A3o_arterial>. Acesso em: 10 maio 2013.
Com base nas informações do texto e nos conhecimentos de Física e, considerando-se a pressão atmosférica igual a $76\text{ cmHg}$, a densidade do mercúrio igual a $13{,}6\text{ g/cm}^3$, o módulo da aceleração da gravidade local, $10\text{ m/s}^2$ e os valores ideais das pressões sistólica e diastólica, para um adulto jovem, respectivamente, iguais a $120\text{ mmHg}$ e $80\text{ mmHg}$, é correto afirmar:
A)A consequência do ato de comprimir a bolsa de borracha cheia de água é justificada pelo Princípio de Arquimedes.
B)O posicionamento da bolsa de borracha cheia de água colocada no antebraço na mesma altura do coração é uma consequência do Princípio de Pascal.
C)A ordem de grandeza da pressão arterial sistólica medida no sistema internacional de unidades é igual a $10^{5}\text{ Pa}$.
D)A variação das pressões arteriais sistólica e diastólica de um adulto jovem é, aproximadamente, igual a $5{,}4\text{ kPa}$.
E)As pressões sanguíneas arterial, venosa e capilar, na mesma região do corpo humano, apresentam o mesmo valor.
Ordem de grandeza. $p_{sistólica}\approx1{,}6\cdot10^{4}\text{ Pa}$ é da ordem de $10^{4}\text{ Pa}$, e não $10^{5}\text{ Pa}$ (que é da ordem da pressão atmosférica).
Arquimedes. Comprimir a bolsa e transmitir a pressão ao braço se explica pela transmissão da pressão nos fluidos (Pascal), e o empuxo não está em jogo; o Princípio de Arquimedes trata do empuxo.
Altura do coração. A bolsa é posicionada na altura do coração para que a pressão medida não seja alterada pela coluna de sangue entre a bolsa e o coração (Teorema de Stevin, $\Delta p=\rho g\,\Delta h$), e não por Pascal.
Valores no sistema circulatório. As pressões arterial, venosa e capilar na mesma região são diferentes (a pressão cai da artéria para os capilares e destes para as veias).
Q36
Mecânica — Gravitação — Satélites do GPS em Órbita
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é composto por 27 satélites em órbita ao redor da Terra. Um receptor GPS padrão não só situará a pessoa, no mapa, em um determinado local como também irá traçar seu caminho, por um mapa, à medida que a pessoa se desloca. Ao deixar o receptor ligado, ele permanecerá em constante comunicação com os satélites GPS, indicando a sua posição. Com essas informações e com seu relógio interno, o receptor pode dar diversas indicações, tais como: a distância que a pessoa percorreu (odômetro), por quanto tempo, a velocidade atual desenvolvida (velocímetro), a velocidade média, uma trilha – que mostra, no mapa, exatamente por onde se deslocou –, o tempo estimado até o destino final, caso mantenha sua velocidade atual.
Cada um dos satélites do GPS é movido à luz solar e pesa aproximadamente $1360$ a $1814\text{ kgf}$, circundando o globo terrestre em uma altura de $19300\text{ km}$, realizando duas rotações completas, a cada dia.
Com base nessas informações e nos conhecimentos de Física, é correto afirmar:
A)Os satélites que se encontram numa altura de $19300\text{ km}$ apresentam pesos que variam de $13600\text{ N}$ a $18140\text{ N}$.
B)Os 27 satélites do GPS podem ser classificados como satélites geoestacionários.
C)Os satélites de pesos diferentes que gravitam na mesma órbita apresentam velocidades orbitais diferentes.
D)As três leis de Kepler não se aplicam aos satélites do GPS porque eles gravitam em torno da Terra.
E)Os satélites de pesos diferentes que percorrem a mesma órbita, no mesmo sentido, não colidem porque, nessa órbita, eles possuem velocidades angulares iguais.
Gabarito:
E
Resolução
Velocidade orbital. Na órbita circular, $\dfrac{GMm}{r^2}=\dfrac{mv^2}{r}\Rightarrow v=\sqrt{\dfrac{GM}{r}}$ e $\omega=\sqrt{\dfrac{GM}{r^3}}$: dependem do raio da órbita e da massa da Terra, não da massa do satélite. Satélites na mesma órbita e no mesmo sentido têm a mesma velocidade e a mesma velocidade angular, e por isso não colidem.
Peso. $1\text{ kgf}=10\text{ N}$ é o peso na superfície da Terra; a $19300\text{ km}$ de altitude a gravidade é bem menor, de modo que o peso é muito menor que $13600$ a $18140\text{ N}$.
Geoestacionários. Um satélite geoestacionário tem período de $24\text{ h}$ e permanece sobre o mesmo ponto; os satélites do GPS têm período de $12\text{ h}$ (duas voltas por dia), e portanto não são geoestacionários.
Massa do satélite. Como $v$ independe de $m$, satélites de pesos diferentes na mesma órbita têm a mesma velocidade, e não velocidades diferentes.
Leis de Kepler. Valem para qualquer corpo em órbita sob ação gravitacional de um corpo central, como os satélites em torno da Terra.
Q37
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Propriedades e Produção de Micro-ondas
Tratando-se das propriedades físicas de micro-ondas utilizadas no sistema de navegação por satélite, é correto afirmar:
A)As micro-ondas podem ser produzidas utilizando duas hastes condutoras com extremidades associadas a um gerador elétrico, e uma chave que deve ser ligada e desligada rapidamente.
B)Os campos elétrico e magnético, ambos variáveis, que compõem a onda micro-ondas, se propagam em meios homogêneos com oposição de fase.
C)A razão entre a intensidade do campo magnético $B$ e a do campo elétrico $E$ é constante e igual à velocidade de propagação da radiação luminosa $v$.
D)As micro-ondas são usadas nas transmissões de comunicações porque essas ondas não sofrem interferência destrutiva nem difração.
E)O curto tempo de exposição às micro-ondas favorece a produção de melanina que bronzeia a pele, porém o excesso poderá provocar o câncer de pele.
Gabarito:
A
Resolução
Produção. Cargas elétricas aceleradas emitem ondas eletromagnéticas. Em um dipolo (duas hastes condutoras) ligado a um gerador com chave que liga e desliga rapidamente, a corrente varia rapidamente e as cargas oscilam, produzindo ondas, que podem estar na faixa das micro-ondas.
Fase dos campos. Em uma onda eletromagnética, os campos elétrico e magnético oscilam em fase, perpendiculares entre si e à direção de propagação, e não em oposição de fase.
Razão entre os campos. Em módulo, $\dfrac{E}{B}=v$ (no vácuo, $c$); a razão $\dfrac{B}{E}$ vale $\dfrac1v$, e não $v$.
Interferência e difração. Como todas as ondas, as micro-ondas sofrem interferência (construtiva e destrutiva) e difração.
Efeito biológico. A produção de melanina (bronzeamento) está associada à radiação ultravioleta, e não às micro-ondas.
Q44
Eletricidade — Eletrostática — Íons em um Campo Elétrico Uniforme (Biomembrana)
Um incremento no consumo de frutas e legumes frescos e uma redução na ingestão de alimentos industrializados podem aumentar a presença de potássio na dieta e levar a uma redução de 24% no risco de derrames na população. Pesquisa realizada mostra que nas pessoas que consumiam de 3,5g a 4,7g de potássio por dia, o risco de derrame era 24% menor do que no grupo que ingeriam menos quantidade desse nutriente. O potássio serve de contraponto à ação do sódio, componente do sal fortemente ligado à hipertensão – fator de risco para derrames e outras doenças cardiovasculares. Atualmente, a recomendação é de até 5,0g de sal por dia, o que equivale a 2,0g de sódio.
MISMETTI, D. Mais potássio na dieta reduz risco de derrame. Folha de São Paulo, C7, 5 abr 2013. Adaptado.
A figura representa a disposição de cargas positiva e negativa numa trecho de biomembrana. Sabe-se que para cada três íons sódio que saem da célula, apenas dois íons potássio entram nela. Os íons sódio e os íons potássio são importantes na produção de diferença de potencial elétrico na membrana plasmática das células nervosas e nas musculares, propiciando a transmissão do impulso elétrico nessas células.
Com base nas informações e nos conhecimentos de Física, desprezando-se a viscosidade do meio, é correto afirmar:
A)Os íons potássio e os íons sódio que se encontram na biomembrana experimentam uma força elétrica de igual intensidade.
B)Os íons sódio e os íons potássio atravessam a biomembrana com aceleração de mesmo módulo.
C)Os íons sódio e os íons potássio atravessam a biomembrana, descrevendo movimento retilíneo uniforme.
D)A concentração de íons potássio é mais alta no meio extracelular do que no meio intracelular.
E)Os íons sódio alcançam o meio extracelular com o módulo da velocidade menor do que os íons potássio alcançam o meio intracelular.
Gabarito:
A
Resolução
Força elétrica. Entre as camadas da membrana o campo elétrico é uniforme. Íons sódio e potássio têm a mesma carga ($+e$): $F=eE$ tem o mesmo módulo para os dois.
Aceleração. Pela segunda lei de Newton, $a=\dfrac{F}{m}$; como a massa do íon sódio ($\approx23\text{ u}$) é diferente da do potássio ($\approx39\text{ u}$), as acelerações têm módulos diferentes.
Tipo de movimento. Há força resultante constante (campo uniforme, sem viscosidade): o movimento é uniformemente variado, e não uniforme.
Concentração. A concentração de potássio é maior no meio intracelular, e a de sódio, no extracelular.
Velocidades. Com mesma força e mesmo deslocamento, o íon de menor massa (sódio) ganha mais velocidade ($v^2=2ad$ e $a\propto1/m$); logo, o sódio não alcança velocidade menor que a do potássio.
