PROSEF 2016.1 — Processo Seletivo Formativo · 1ª Fase · Conhecimentos Gerais Contemporâneos · Física Q15, Q18, Q20, Q21, Q29, Q32 e Q34 · 50 questões objetivas · aplicada em 08/11/2015.
Gabarito preliminar (Modelo 1): Q15 C · Q18 D · Q20 C · Q21 D · Q29 A · Q32 B · Q34 E, conforme divulgado pela Bahiana em 09/11/2015. 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.
Q15
Eletricidade — Eletrostática — Potencial e Campo Elétrico na Membrana Celular
MARQUES, Adriana Benetti et al. Ser Protagonista: Física 3: ensino médio. São Paulo: Edições SM, 2009, p. 59.
A figura representa a variação de potencial elétrico entre as partes externa e interna de uma célula, denominado potencial de membrana. Esse potencial é medido posicionando-se um dos polos de um medidor de voltagem no interior de uma célula e o outro no líquido extracelular.
Com base nessa informação e considerando-se a intensidade do campo elétrico em uma membrana celular igual a $7{,}5\cdot10^{6}\text{ N/C}$ e a carga elétrica fundamental igual a $1{,}6\cdot10^{-19}\text{ C}$, é correto afirmar:
A)A diferença de potencial $\Delta V$ medido com as pontas dos dois microeletrodos no fluido extracelular é $-70\text{ mV}$.
B)A espessura da membrana celular é de, aproximadamente, $80\ \text{Å}$.
C)A intensidade da força elétrica que atua em um íon $\text{Ca}^{++}$ na membrana é igual a $2{,}4\cdot10^{-12}\text{ N}$.
D)A energia potencial adquirida por um íon $\text{K}^{+}$ que entra na célula é igual a $1{,}12\cdot10^{-17}\text{ J}$.
E)O íon $\text{K}^{+}$ que atravessa perpendicularmente a membrana de espessura $d$ descreve movimento retilíneo e uniforme, sob a ação exclusiva de uma força elétrica.
Gabarito:
C
Resolução
Medida do potencial. O potencial de membrana ($-70\text{ mV}$) é a diferença entre o interior da célula e o líquido extracelular. Com as duas pontas no fluido extracelular, ambas estão no mesmo potencial e $\Delta V=0$.
Espessura. Em campo uniforme, $E=\dfrac{|\Delta V|}{d}\Rightarrow d=\dfrac{70\cdot10^{-3}}{7{,}5\cdot10^{6}}\approx9{,}3\cdot10^{-9}\text{ m}=93\ \text{Å}$ (com $1\ \text{Å}=10^{-10}\text{ m}$), valor maior que $80\ \text{Å}$.
Força sobre o $\text{Ca}^{++}$. A carga do íon é $q=2e=3{,}2\cdot10^{-19}\text{ C}$ e $F=qE=3{,}2\cdot10^{-19}\cdot7{,}5\cdot10^{6}=2{,}4\cdot10^{-12}\text{ N}$.
Energia do $\text{K}^{+}$. $E_p=q\,|\Delta V|=1{,}6\cdot10^{-19}\cdot70\cdot10^{-3}=1{,}12\cdot10^{-20}\text{ J}$, e não $10^{-17}\text{ J}$.
Movimento. Sob a ação de uma força elétrica constante ($F=qE$), a aceleração é constante e o movimento é uniformemente variado, não uniforme; além disso, há outras forças (por exemplo, de viscosidade e das proteínas do canal).
Q18
Eletromagnetismo — Força Magnética — Partículas Carregadas em Campo Uniforme
A figura representa o trecho de uma artéria de formato cilíndrico, em perspectiva longitudinal, na qual fluem plasmas sanguíneos que contêm, predominantemente, os íons Na⁺ e Cl⁻, imersos na região de um campo magnético uniforme de intensidade $B$.
Desprezando-se a força de resistência viscosa do plasma sanguíneo e admitindo-se que as velocidades dos íons têm módulos iguais a $v$ e que as direções formam um ângulo de $60^\circ$ com as linhas de indução magnética, é correto afirmar que os íons Na⁺ e Cl⁻, submetidos à ação de uma força magnética descrevem
A)movimentos circulares de raios iguais.
B)movimentos espirais de sentidos opostos.
C)trajetórias helicoidais uniformes de raios iguais.
D)trajetórias helicoidais uniformes, de sentidos opostos, com respectivos raios de, aproximadamente, $R_{\text{Na}^+}$ e $1{,}6\,R_{\text{Na}^+}$ e os respectivos passos de, aproximadamente, $p_{\text{Na}^+}$ e $1{,}6\,p_{\text{Na}^+}$.
E)trajetórias helicoidais uniformes, de mesmo sentido, com respectivos raios de, aproximadamente, $1{,}6\,R_{\text{Cl}^-}$ e $R_{\text{Cl}^-}$ e os respectivos passos de, aproximadamente, $1{,}6\,p_{\text{Cl}^-}$ e $p_{\text{Cl}^-}$.
Gabarito:
D
Resolução
Decomposição. A componente $v_\perp=v\,\text{sen}\,60^\circ$ (perpendicular a $\vec B$) gera movimento circular uniforme de raio $R=\dfrac{m\,v_\perp}{|q|\,B}$; a componente $v_\parallel=v\cos60^\circ$ (paralela a $\vec B$) não sofre força e mantém movimento uniforme. A composição é uma hélice, e não um círculo ou uma espiral.
Passo. O período do movimento circular é $T=\dfrac{2\pi m}{|q|B}$ e o passo é $p=v_\parallel\,T=\dfrac{2\pi m\,v\cos60^\circ}{|q|B}$.
Comparação. Os dois íons têm a mesma velocidade e a mesma carga em módulo, de modo que $R$ e $p$ são proporcionais à massa do íon. Com as massas atômicas aproximadas $m_{\text{Cl}}\approx35{,}5\text{ u}$ e $m_{\text{Na}}\approx23\text{ u}$, tem-se $\dfrac{m_{\text{Cl}}}{m_{\text{Na}}}\approx1{,}6$: o raio e o passo do íon cloreto são cerca de $1{,}6$ vez maiores que os do íon sódio.
Sentidos. As cargas são de sinais opostos ($\text{Na}^+$ e $\text{Cl}^-$), portanto a força magnética $\vec F=q\,\vec v\times\vec B$ tem sentidos opostos e os íons giram em sentidos contrários em torno das linhas de campo.
Q20
Mecânica — Hidrostática — Pressão Arterial e Teorema de Stevin
OKUNO, E.; CALDAS, I. L.; CHOW, C. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: Harbra, 1982, p.309. Adaptado.
A figura mostra a pressão arterial média e a pressão venosa média, em cm de água, para uma pessoa de $1{,}80\text{ m}$ de altura, em vários níveis em relação ao coração.
Admitindo-se a densidade do sangue igual à da água, $1{,}0\text{ g/cm}^3$, e o módulo da aceleração da gravidade local igual a $10\text{ m/s}^2$, é correto afirmar, com base nessas informações e nos conhecimentos da Física, que
A)a pressão arterial no cérebro desse indivíduo é igual a $1{,}03\cdot10^{5}\text{ Pa}$.
B)a pressão alta pode provocar o desmaio porque ocorre a diminuição de fluxo sanguíneo no cérebro de um indivíduo.
C)as pressões arteriais em todas as partes do corpo de uma pessoa, deitada sobre uma superfície horizontal, são de, aproximadamente, $1{,}36\cdot10^{4}\text{ Pa}$.
D)o princípio de Pascal fundamenta a recomendação de que, no momento da verificação da pressão arterial, o braço do paciente deve sempre estar apoiado no nível do coração.
E)um manômetro aberto, contendo mercúrio, ao ser utilizado para medir as pressões arteriais em vários pontos de um indivíduo deitado, deve ter a altura da coluna de mercúrio em torno de $100\text{ cm}$.
Gabarito:
C
Resolução
Conversão. $1\text{ cmH}_2\text{O}=\rho g h=1000\cdot10\cdot0{,}01=100\text{ Pa}$. Ao nível do coração, a pressão arterial média é $136\text{ cmH}_2\text{O}=1{,}36\cdot10^{4}\text{ Pa}$.
Pessoa deitada. Com todo o corpo à mesma altura do coração, a pressão não varia com a posição e vale, em qualquer ponto, cerca de $136\text{ cmH}_2\text{O}\approx1{,}36\cdot10^{4}\text{ Pa}$ (pressão manométrica).
Cérebro. Em pé, o cérebro está cerca de $60\text{ cm}$ acima do coração, e a pressão arterial é de $80\text{ cmH}_2\text{O}\approx8\cdot10^{3}\text{ Pa}$ (e não $1{,}03\cdot10^{5}\text{ Pa}$, valor próximo da pressão atmosférica absoluta).
Desmaio. O desmaio ocorre quando a pressão arterial cai e o fluxo de sangue ao cérebro diminui; pressão alta não provoca essa diminuição de fluxo.
Posição do braço. O braço deve estar na altura do coração porque a pressão varia com a profundidade/altura em um fluido em equilíbrio (teorema de Stevin, $\Delta p=\rho g\Delta h$), e não por causa do princípio de Pascal.
Manômetro de mercúrio. $136\text{ cmH}_2\text{O}$ equivale a $\dfrac{136}{13{,}6}=10\text{ cmHg}$ ($100\text{ mmHg}$); a coluna teria, portanto, cerca de $10\text{ cm}$, e não $100\text{ cm}$.
Q21
Ondulatória — Acústica — Tubo Sonoro Fechado e Canal Auditivo
O canal auditivo da figura representa o órgão de audição humano que mede, em média, cerca de $2{,}5\text{ cm}$ de comprimento e que pode ser comparado a um tubo sonoro fechado, no qual a coluna de ar oscila com ventre de deslocamento na extremidade aberta e nó de deslocamento na extremidade fechada.
Considerando-se que a velocidade de propagação do som no ar é igual a $340{,}0\text{ m/s}$ e que a coluna de ar oscila segundo um padrão estacionário fundamental no canal auditivo, pode-se afirmar – pela análise da figura associada aos conhecimentos da Física – que
A)o comprimento da onda sonora que se propaga no canal auditivo é igual a $2{,}5\text{ cm}$.
B)a frequência das ondas sonoras que atingem a membrana timpânica é, aproximadamente, igual a $13\,600{,}0\text{ Hz}$.
C)a frequência fundamental de oscilação da coluna de ar no canal auditivo é igual a $340{,}0\text{ Hz}$.
D)a frequência de vibração da membrana timpânica produzida pela oscilação da coluna de ar é igual a $3\,400{,}0\text{ Hz}$.
E)a frequência do som transmitido ao cérebro por impulsos elétricos é o dobro da frequência da vibração da membrana timpânica.
Gabarito:
D
Resolução
Modo fundamental em tubo fechado. Nó na extremidade fechada e ventre na aberta: $L=\dfrac{\lambda}{4}\Rightarrow\lambda=4L=4\cdot2{,}5=10\text{ cm}=0{,}10\text{ m}$, e não $2{,}5\text{ cm}$.
Frequência fundamental. $f=\dfrac{v}{\lambda}=\dfrac{340}{0{,}10}=3\,400\text{ Hz}$. Esse é o valor da frequência fundamental da coluna de ar, que faz a membrana timpânica vibrar com a mesma frequência (ressonância forçada); os valores $340\text{ Hz}$ e $13\,600\text{ Hz}$ resultam de erros de potência de dez e de usar $\lambda=L$ ou $\lambda=L/4$.
Transmissão ao cérebro. Os impulsos nervosos codificam a informação do som, mas sua frequência de disparo não é o dobro da vibração da membrana timpânica.
Q29
Óptica — Refração — Gota d’Água como Lente Convergente
MARQUES, Adriana Benetti et al. Ser Protagonista: Física, 2º ano, Ensino Médio, São Paulo, Edições SM, 2013, p. 251.
A figura representa a imagem de um astronauta – plano de fundo – que aparece em uma gota d’água – primeiro plano – que está flutuando na Estação Espacial Internacional.
A análise da figura, com base nos conhecimentos da Física, permite afirmar:
A)Os raios de luz refletidos que partem do astronauta, após atravessarem a gota d’água, convergem para formar a imagem real, invertida e reduzida.
B)A gota d’água se comporta como um espelho convexo que proporciona a redução nas dimensões das imagens e o aumento no campo visual.
C)O fenômeno ondulatório com predominância de reflexão possibilita a formação da imagem virtual, invertida e reduzida do objeto.
D)A formação de imagem nítida no interior da gota d’água é favorecida pelos fenômenos de difração e interferência construtiva.
E)A gota d’água funciona como uma lente divergente porque conjuga uma imagem virtual e reduzida do objeto.
Gabarito:
A
Resolução
Refração, não reflexão. A luz do astronauta atravessa a gota e sofre refração duas vezes (ao entrar e ao sair); a gota, mais refringente que o ar ($n_{água}\approx1{,}33$) e com formato esférico, comporta-se como uma lente convergente.
Imagem. Para um objeto distante (maior que a distância focal da lente), a lente convergente conjuga uma imagem real, invertida e reduzida; é por isso que o astronauta aparece de cabeça para baixo e menor dentro da gota.
Espelho convexo e reflexão. Espelhos convexos formam imagens virtuais e direitas (por reflexão); a gota forma imagem invertida, o que mostra que o fenômeno principal não é a reflexão. A difração e a interferência não são os fenômenos que formam a imagem nítida.
Lente divergente. Lentes divergentes conjugam imagens virtuais e direitas; a imagem invertida é característica de lente convergente.
Q32
Termologia — Calorimetria — Quantidade de Calor Sensível
Considerando-se a densidade do ferro igual a $8{,}0\text{ g/cm}^3$ e a do alumínio igual a $3{,}0\text{ g/cm}^3$, o calor específico do ferro igual a $0{,}12\text{ cal/g}^\circ\text{C}$ e o do alumínio igual a $0{,}24\text{ cal/g}^\circ\text{C}$, e supondo-se que as panelas de ferro e de alumínio têm o mesmo volume e que sofrem as mesmas variações de temperatura, pode-se afirmar que a razão entre a quantidade de calor liberada pela panela de ferro e a quantidade de calor liberada pela panela de alumínio é de, aproximadamente,
A)$1{,}0$
B)$1{,}3$
C)$2{,}0$
D)$2{,}5$
E)$3{,}6$
Gabarito:
B
Resolução
Para o mesmo volume $V$ e a mesma variação de temperatura, $Q=m\,c\,\Delta\theta=\rho\,V\,c\,\Delta\theta$.
Mecânica — Cinemática — Lançamento Oblíquo e Salto à Distância
DURAN, José Henrique Rodas. Biofísica: Conceitos e Aplicações, ed. 2, São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011, p. 40.
A figura representa o movimento do centro de massa de um atleta que realiza um salto à distância.
Desprezando-se o efeito da resistência do ar, considerando-se o módulo da aceleração da gravidade local igual a $g$ e sabendo-se que o centro de massa está a uma altura $h$ acima da superfície horizontal, é correto afirmar:
A)O tempo do salto é igual ao dobro do tempo de subida.
B)O módulo do vetor velocidade $v_0$ é igual a $v_0\,\text{sen}\,\theta+v_0\cos\theta$.
C)O tempo gasto pelo salto à distância é determinado pela expressão $h=v_0\,\text{sen}\,\theta\;t+\dfrac g2\,t^2$.
D)O intervalo de tempo $t$ necessário para que a posição do centro de massa do atleta se desloque do ponto B até C é determinado pela expressão $h=\dfrac g2\,t^2$.
E)A distância AC é igual a $\dfrac{v_0^2}{g}\,\text{sen}\,2\theta+v_0\cos\theta\;t$, sendo $t$ o tempo gasto para percorrer a altura $h$ em lançamento vertical de cima para baixo, com velocidade inicial de módulo $v_0\,\text{sen}\,\theta$.
Gabarito:
E
Resolução
A → B (mesma altura). O alcance horizontal é $AB=\dfrac{v_0^2\,\text{sen}\,2\theta}{g}$, e o tempo de A a B é o dobro do tempo de subida. Como o centro de massa ainda precisa descer a altura $h$ até C, o tempo total do salto é maior que o dobro do tempo de subida.
Módulo de $\vec v_0$. Os módulos das componentes não se somam: $v_0=\sqrt{(v_0\,\text{sen}\,\theta)^2+(v_0\cos\theta)^2}$.
B → C. Em B, a velocidade vertical tem módulo $v_0\,\text{sen}\,\theta$ e aponta para baixo (simetria do lançamento). Assim, o tempo $t$ de B a C satisfaz $h=v_0\,\text{sen}\,\theta\;t+\dfrac g2\,t^2$, que não é a expressão do tempo total do salto, nem equivale a $h=\dfrac g2\,t^2$ (queda a partir do repouso vertical).
Alcance total. Somando $AB$ e o deslocamento horizontal de B a C, feito com velocidade horizontal constante $v_0\cos\theta$: $AC=\dfrac{v_0^2\,\text{sen}\,2\theta}{g}+v_0\cos\theta\;t$, em que $t$ é o tempo de B a C, isto é, de queda da altura $h$ com velocidade inicial vertical $v_0\,\text{sen}\,\theta$ para baixo.
