PROSEF 2014.1 — Processo Seletivo Formativo · 1ª Fase · Conhecimentos Gerais Contemporâneos · Física Q11, Q19, Q20, Q29, Q30 e Q38 · 50 questões objetivas · aplicada em 03/11/2013.
Gabarito definitivo (Modelo 1): Q11 E · Q19 B · Q20 D · Q29 D · Q30 B · Q38 C, conforme divulgado pela Bahiana em 11/11/2013. 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. Questão anulada: a Q41 (íons em campo magnético), de Física, foi anulada pela banca e por isso não consta desta página. Atenção à Q19: a alternativa sobre o campo magnético variável também é fisicamente aceitável; o gabarito indica a afirmação sobre a fem induzida.
Q11
Eletricidade — Corrente Elétrica — Condução Elétrica em Sólidos, Resistividade e Condutância
Sobre a condução elétrica no material sólido, é correto afirmar:
A)A condutância e a condutividade elétrica são grandezas físicas que podem ser designadas com a mesma unidade.
B)A unidade da condutividade elétrica é igual a $\Omega^{-1}$, no SI.
C)A condutância elétrica de um fio de constantan de resistividade elétrica igual a $5\cdot10^{-7}\,\Omega\text{m}$ a $20^\circ\text{C}$ é igual a $2\cdot10^{6}$ siemens.
D)A condutância elétrica de um fio condutor pode ser determinada utilizando-se um circuito constituído por um voltímetro, um amperímetro, um reostato e o próprio fio condutor, todos associados em série.
E)O coeficiente de temperatura $\alpha$, presente na expressão empírica para determinar a resistência de um condutor $R$, em função da temperatura $\theta$, $R=R_0(1+\alpha\Delta\theta)$, depende, dentre outros, da natureza do material.
Gabarito:
E
Resolução
Condutância e condutividade. A condutância de um condutor é $G=\dfrac1R$ (unidade siemens, $\text{S}=\Omega^{-1}$), e a condutividade é $\sigma=\dfrac1\rho$ (unidade $\text{S/m}=\Omega^{-1}\text{m}^{-1}$): são grandezas diferentes, com unidades diferentes.
Unidade da condutividade. No SI, $\sigma$ se mede em $\Omega^{-1}\text{m}^{-1}$ ($\text{S/m}$), e não em $\Omega^{-1}$, que é a unidade da condutância.
Fio de constantan. A condutividade vale $\sigma=\dfrac1\rho=\dfrac{1}{5\cdot10^{-7}}=2\cdot10^{6}\text{ S/m}$; a condutância de um fio depende ainda de sua área e de seu comprimento ($G=\sigma A/\ell$) e, sem esses dados, não é $2\cdot10^{6}\text{ S}$.
Medida. O voltímetro deve ser ligado em paralelo com o fio; ligá-lo em série (com o amperímetro e o reostato) impede a medida correta da ddp.
Coeficiente de temperatura. O coeficiente $\alpha$ da expressão $R=R_0(1+\alpha\Delta\theta)$ é característico do material do condutor.
Sobre o transformador – aparelho constituído por um circuito primário e outro circuito secundário, independentes, que envolvem um núcleo de ferro fechado e alicerçam os processos físicos envolvidos na revolução digital –, é correto afirmar:
A)O circuito primário de um transformador percorrido por uma corrente elétrica contínua cria um campo elétrico uniforme na região onde se encontra o circuito secundário.
B)O circuito primário de um transformador percorrido por uma corrente elétrica alternada induz uma força eletromotriz no circuito secundário, mesmo estando aberto.
C)A utilização da liga de ferro na construção do núcleo do transformador se deve ao custo desse material, mesmo que sua duração seja comprometida pela oxidação.
D)O circuito primário mantido sob uma tensão alternada produz um campo magnético variável no circuito secundário.
E)O aumento do número de voltas de fio do circuito secundário, em relação ao número de voltas de fio do circuito primário, em torno do núcleo, reduz a tensão induzida no circuito secundário porque a resistência elétrica varia em proporção direta ao comprimento do fio.
Gabarito:
B
Resolução
Corrente contínua. Em corrente contínua, o fluxo magnético no núcleo é constante; não há indução no secundário, e o fenômeno em questão é magnético, e não a criação de um campo elétrico uniforme.
Fem induzida. Com corrente alternada no primário, o fluxo magnético no núcleo varia no tempo e, pela lei de Faraday–Lenz, surge uma fem induzida no secundário ($\varepsilon=-\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$), mesmo com o circuito aberto (nesse caso, sem corrente, mas com fem).
Material do núcleo. O ferro (macio, laminado) é usado por sua alta permeabilidade magnética, que concentra o fluxo no núcleo, e não por razões de custo.
Campo magnético variável. A afirmação é fisicamente aceitável: o campo magnético variável do núcleo atravessa o secundário. A formulação “no circuito secundário”, porém, atribui ao primário diretamente o que ocorre pelo núcleo, e o gabarito da banca indica a afirmação sobre a fem induzida, o que torna a questão discutível.
Relação de espiras. $\dfrac{V_s}{V_p}=\dfrac{N_s}{N_p}$: aumentar $N_s$ em relação a $N_p$ aumenta a tensão induzida; a resistência do fio não determina essa tensão.
Q20
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Relação E/B, Equação da Onda e Emissão
Com base nos conhecimentos de Física, sobre as propriedades físicas de ondas eletromagnéticas que possibilitam a transmissão de dados sem fio, via Wireless, é correto afirmar:
A)Um espectro de radiação eletromagnética, após ser absorvido pela matéria, pode perturbar átomos e moléculas e sempre ser reemitido com o mesmo espectro.
B)A superposição de ondas eletromagnéticas gera intersecção das linhas de força com as linhas de indução magnética.
C)Um capacitor associado a uma pilha de tensão $U$ ao estabelecer um campo elétrico uniforme entre suas armaduras passa a emitir ondas eletromagnéticas.
D)A razão entre a intensidade máxima de um campo elétrico e a intensidade máxima de um campo magnético de uma onda eletromagnética que se propaga no vácuo é igual, aproximadamente, a $3{,}0\cdot10^{8}\text{ m/s}$.
E)Uma onda de radiofrequência hipotética com função de onda $E(x,t)=40\cos\left[2\pi\left(\dfrac{t}{8}-\dfrac{x}{10}\right)+\dfrac{\pi}{4}\right]$, no SI, se propaga em um meio material com velocidade de módulo igual a $80{,}0\text{ m/s}$.
Gabarito:
D
Resolução
Absorção e reemissão. Após a absorção, a matéria pode reemitir a radiação em outros comprimentos de onda (por exemplo, na fluorescência); não é sempre o mesmo espectro.
Superposição. A superposição de ondas gera interferência (soma dos campos), e não “intersecção” das linhas de campo elétrico com as de campo magnético.
Capacitor. Um campo elétrico uniforme e constante entre as armaduras não gera ondas; é preciso que cargas sejam aceleradas (campos variáveis no tempo).
Razão $E/B$. Em uma onda eletromagnética no vácuo, $\dfrac{E_{máx}}{B_{máx}}=c\approx3{,}0\cdot10^{8}\text{ m/s}$.
Velocidade da onda. Da forma $E=E_0\cos\left[2\pi\left(\dfrac tT-\dfrac x\lambda\right)+\varphi\right]$, tem-se $T=8\text{ s}$ e $\lambda=10\text{ m}$, logo $v=\dfrac{\lambda}{T}=\dfrac{10}{8}=1{,}25\text{ m/s}$, e não $80{,}0\text{ m/s}$.
Q29
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Bluetooth: Comprimento de Onda, Intensidade e Tempo de Propagação
O Bluetooth é uma forma de transmissão de dados sem fio que possibilita a comunicação entre dispositivos eletrônicos como telefones celulares, notebooks, computadores, impressoras, câmeras digitais e consoles de videogames digitais através de uma frequência de rádio de curto alcance, globalmente licenciada, que está dentro do raio de alcance.
Considerando-se a velocidade de propagação da onda eletromagnética no ar igual a $3{,}0\cdot10^{8}\text{ m/s}$, a frequência de ondas de rádio utilizada igual a $2{,}5\text{ GHz}$ e a potência da fonte emissora, $600\text{ mW}$, uma abordagem do ponto de vista da mecânica newtoniana permite afirmar:
A)Os aparelhos em funcionamento consomem $6{,}0\text{ J}$ de energia elétrica, a cada segundo.
B)O comprimento de onda utilizada na transmissão de dados via Bluetooth é igual a $12{,}0\text{ mm}$.
C)A intensidade da radiofrequência captada por um aparelho receptor que se encontra a $1{,}0\text{ m}$ do aparelho emissor é aproximadamente igual a $2{,}0\text{ W/m}^2$.
D)O tempo que leva para transmitir informações de um aparelho emissor para o receptor que se encontra a $1\text{ km}$ de distância é de, aproximadamente, $3\,\mu\text{s}$.
E)A intensidade de ondas de radiofrequência captada por um aparelho receptor é igual a $7{,}5\cdot10^{-1}\pi\,d^{-2}$, no SI, sendo $d$ a distância entre dois aparelhos.
Gabarito:
D
Resolução
Potência. $600\text{ mW}=0{,}6\text{ W}$ é a potência emitida: $0{,}6\text{ J}$ por segundo (e não $6{,}0\text{ J}$), sem informação sobre o consumo elétrico do aparelho.
Comprimento de onda. $\lambda=\dfrac{c}{f}=\dfrac{3{,}0\cdot10^{8}}{2{,}5\cdot10^{9}}=0{,}12\text{ m}=120\text{ mm}$, e não $12{,}0\text{ mm}$.
Intensidade a $1{,}0\text{ m}$. $I=\dfrac{P}{4\pi d^2}=\dfrac{0{,}6}{4\cdot3{,}14\cdot1^2}\approx4{,}8\cdot10^{-2}\text{ W/m}^2$, e não $2{,}0\text{ W/m}^2$.
Tempo de propagação. $t=\dfrac{d}{c}=\dfrac{1000}{3{,}0\cdot10^{8}}\approx3{,}3\cdot10^{-6}\text{ s}\approx3\,\mu\text{s}$.
Intensidade em função de $d$. $I=\dfrac{0{,}6}{4\pi d^2}=\dfrac{0{,}15}{\pi}\,d^{-2}\approx4{,}8\cdot10^{-2}\,d^{-2}$ (SI), que não coincide com a expressão dada.
Q30
Óptica — Refração e Reflexão Total — Fibra Óptica e Lei de Snell
Em um sistema de comunicação que realiza transmissão de dados, utilizando cabos de fibra óptica, sabe-se que o índice de refração do ar é igual a $1$, que o índice de refração do vidro é $\sqrt2$ e que o feixe incide sobre a área da seção transversal da fibra com ângulo de incidência igual a $45^\circ$.
Com base na informação, assinale as proposições verdadeiras com V e as falsas com F.
( ) O feixe luminoso penetra no núcleo da fibra com o ângulo de refração igual a $30^\circ$.
( ) O feixe que se propaga no núcleo incide na interface núcleo-casca com ângulo de incidência igual a $60^\circ$.
( ) O feixe de luz sofre reflexão total na interface núcleo-vidro, formando um ângulo de $90^\circ$.
( ) A transmissão da luz pela fibra óptica segue o princípio da reflexão, obedecendo às leis da reflexão da óptica geométrica.
A alternativa que contém a marcação correta, de cima para baixo, é a
A)V V V V
B)V V F V
C)F F V V
D)F V V F
E)F V F F
Gabarito:
B
Resolução
1ª proposição (verdadeira). Na entrada: $n_{ar}\,\text{sen}\,45^\circ=n_{vidro}\,\text{sen}\,r\Rightarrow\dfrac{\sqrt2}{2}=\sqrt2\,\text{sen}\,r\Rightarrow\text{sen}\,r=\dfrac12\Rightarrow r=30^\circ$.
2ª proposição (verdadeira). O raio refratado forma $30^\circ$ com a normal da face de entrada, isto é, com o eixo da fibra; a interface núcleo–casca é paralela ao eixo, e sua normal é perpendicular a ele: o ângulo de incidência é $90^\circ-30^\circ=60^\circ$.
3ª proposição (falsa). Para haver reflexão total é preciso que o ângulo de incidência seja maior que o ângulo limite da interface, o que depende do índice da casca (não fornecido); além disso, não se fala em “formar $90^\circ$” na reflexão.
4ª proposição (verdadeira). A condução da luz ao longo da fibra é feita por sucessivas reflexões totais na interface núcleo–casca, que obedecem às leis da reflexão (ângulo de incidência igual ao de reflexão, no mesmo plano).
Q38
Óptica — Refração Atmosférica e Efeito Doppler da Luz — Posição Aparente de uma Estrela
Um observador, em um ponto fixo na Terra, contempla uma estrela no firmamento à noite.
Com base nos conhecimentos sobre fenômenos ondulatórios e princípios da óptica geométrica, é correto afirmar:
A)A cor do espectro da luz emitida por uma estrela que se aproxima da Terra é percebida por um observador com desvio para o vermelho.
B)A natureza da imagem de uma estrela vista por um observador na Terra é real porque a atmosfera se comporta como uma lente biconcava.
C)Um observador, ao contemplar uma estrela no firmamento, vê a imagem virtual dessa estrela com a posição aparente mais elevada do que a real.
D)A distância aparente de uma estrela $D$ é igual a $d\cdot n_{ar}$, em que $d$ é a posição real da estrela e $n_{ar}$, o índice de refração do ar, considerando-se a densidade do ar constante no campo gravitacional.
E)Se um observador fixo na Terra percebesse a cor do espectro da luz emitida por uma estrela com desvio para o violeta, então, teria a constatação de que o universo estaria em expansão.
Gabarito:
C
Resolução
Efeito Doppler. Uma estrela que se aproxima tem a luz deslocada para o violeta (maior frequência); o desvio para o vermelho ocorre no afastamento.
Natureza da imagem. A atmosfera não forma uma imagem real; o que se vê é uma imagem virtual (prolongamento dos raios que chegam aos olhos).
Posição aparente. O índice de refração do ar cresce à medida que se desce na atmosfera. Os raios vindos de uma estrela sofrem refrações sucessivas que os curvam em direção à normal; o observador vê a estrela na direção do raio que chega aos seus olhos, em uma posição aparente mais elevada que a real.
Distância aparente. A refração atmosférica altera a direção aparente, e não multiplica a distância por $n_{ar}$.
Desvio para o violeta. Desvio para o violeta indica que a estrela se aproxima; a expansão do universo está associada ao desvio para o vermelho (afastamento das galáxias).
