PROSEF 2016.2 — Processo Seletivo Formativo · 1ª Fase · Conhecimentos Gerais Contemporâneos · Física Q14, Q21, Q29, Q38, Q39, Q44 e Q45 · 50 questões objetivas · aplicada em 22/05/2016.
Gabarito preliminar (Modelo 1): Q14 B · Q21 A · Q29 C · Q38 D · Q39 E · Q44 C · Q45 B, conforme divulgado pela Bahiana em 23/05/2016. 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 Q38: com a densidade do enunciado (0,16 mg/cm³), os valores numéricos das alternativas D e E ficam 100 vezes acima do calculado; a questão parece conter inconsistência nos dados, e o gabarito preliminar indica a alternativa D.
Q14
Óptica — Dispersão e Instrumentos — Espectrofotômetro e Prisma
A figura representa a estrutura básica de um espectrofotômetro, um instrumento que pode ser utilizado para determinar o nível de proteção UV que os óculos de sol oferecem.
Ao lançar raios UV através das lentes, um espectrofotômetro UV mede a quantidade de raios UV que passam através delas. Se não se tem certeza sobre o par de óculos de sol, o oftalmologista pode verificar as lentes para determinar se eles podem ajudar a manter os olhos seguros, com o auxílio de um espectrofotômetro.
A análise da estrutura básica de um espectrofotômetro, com base nos conhecimentos de Física, permite afirmar:
A)O colimador é constituído por uma lente que conjuga imagem virtual direita e menor de um objeto real.
B)As componentes da luz branca que se propagam em um prisma óptico apresentam os índices de refração diferentes entre si porque o espectro de cada uma apresenta a velocidade de propagação diferente.
C)A cor aparente da solução de amostra que absorve todos os comprimentos de onda visíveis permanece imutável em relação à cor original.
D)A largura mínima da fenda de passagem do seletor de comprimentos de onda é igual a soma dos comprimentos de ondas dos espectros visíveis.
E)A dispersão em várias cores de um feixe de luz que atravessa o monocromador ou a rede de difração se deve ao fenômeno ondulatório de difração.
Gabarito:
B
Resolução
Colimador. O colimador é uma lente (ou sistema) que transforma o feixe divergente da fonte em um feixe de raios paralelos; não conjuga imagem virtual, direita e menor de um objeto real.
Dispersão no prisma. Como $n=\dfrac{c}{v}$ e a velocidade da luz em um mesmo meio depende da cor (frequência), cada componente da luz branca tem um índice de refração diferente no prisma ($n$ cresce do vermelho ao violeta) e, por isso, é desviada de modo diferente, o que decompõe a luz.
Cor aparente. Uma solução que absorve todos os comprimentos de onda visíveis não devolve luz aos olhos e é vista como preta, de modo que sua cor aparente muda em relação à cor original.
Fenda. A fenda seleciona uma faixa estreita de comprimentos de onda (idealmente uma única cor); sua largura não é a soma dos comprimentos de onda do espectro.
Monocromador. No prisma, a decomposição decorre da refração dos raios com índices diferentes; a difração é o fenômeno responsável apenas em redes de difração, e a afirmação generaliza para o monocromador “ou” a rede.
Q21
Mecânica — Gravitação — Movimento Orbital da Estação Espacial Internacional
Quando o astronauta americano Scott Kelly retornou do espaço, após passar quase um ano na Estação Espacial Internacional, EEI, disse sentir fortes dores pelo corpo, nos músculos e nas articulações e relatou que mal consegue dizer sente dor, devido à intensidade. Ele também relata algo que não havia sentido antes: agora, ele começou a sentir hipersensibilidade na pele. Segundo o astronauta, isso ocorre porque a pele não encostou em nada por muito tempo, o que causa uma ardência ao deitar e ao sentar, por exemplo. Mas o que transformou a viagem de Kelly interessante, além dos 340 dias que ele passou na EEI e as 5 440 voltas que deu ao redor de nosso planeta, foi o fato de que seu irmão gêmeo, Mark Kelly, ficou aqui na Terra para que cientistas conseguissem estudar o impacto psicológico e fisiológico de uma viagem longa no espaço sobre o corpo humano. Os irmãos gêmeos foram submetidos a uma bateria de exames psicológicos e fisiológicos antes e depois da viagem espacial. Eles foram alvos de pesquisa por dois anos.
Sabendo-se que a Estação Espacial Internacional, EEI, encontra-se em órbita a uma altitude de $350\text{ km}$, que viaja a uma velocidade média de $2{,}77\cdot10^{4}\text{ km/h}$, que o módulo da aceleração da gravidade na superfície da Terra é de $10\text{ m/s}^2$ e que o raio da Terra é $6{,}4\cdot10^{6}\text{ m}$, é correto afirmar:
A)A Estação Espacial Internacional completava uma volta ao redor da Terra em um intervalo de tempo da ordem de $10^{2}$ min.
B)A frequência angular da Estação Espacial Internacional é igual a $1500{,}0\text{ Hz}$, considerando-se $\pi$ igual a $3$.
C)O astronauta Scott Kelly – que cresceu no espaço cerca de 5 centímetros em menos de um ano – se encontrava sob a ação da gravidade de, aproximadamente, $8{,}4\text{ m/s}^2$.
D)A diminuição da massa muscular e da densidade óssea dos astronautas no espaço deve-se à ação da força centrípeta ao girar em torno da Terra.
E)Um astronauta pode prolongar a vida no vácuo se preencher o pulmão de oxigênio e prender a respiração enquanto espera o socorro da tripulação.
Gabarito:
A
Resolução
Período. A velocidade é $v=2{,}77\cdot10^{4}\text{ km/h}=\dfrac{2{,}77\cdot10^{7}}{3600}\approx7{,}7\cdot10^{3}\text{ m/s}$. O raio da órbita é $r=6{,}4\cdot10^{6}+3{,}5\cdot10^{5}=6{,}75\cdot10^{6}\text{ m}$, e o período é $T=\dfrac{2\pi r}{v}=\dfrac{2\cdot3\cdot6{,}75\cdot10^{6}}{7{,}7\cdot10^{3}}\approx5{,}3\cdot10^{3}\text{ s}\approx88\text{ min}$, ou seja, da ordem de $10^{2}$ min (mantissa $8{,}8>3{,}16$).
Frequência angular. $\omega=\dfrac{2\pi}{T}\approx\dfrac{6}{5{,}3\cdot10^{3}}\approx1{,}1\cdot10^{-3}\text{ rad/s}$; frequência angular se mede em rad/s, e não em Hz, e o valor citado está muito acima do correto.
Gravidade em órbita. $g(h)=g_0\left(\dfrac{R}{R+h}\right)^2=10\left(\dfrac{6{,}4}{6{,}75}\right)^2\approx9{,}0\text{ m/s}^2$, e não $8{,}4\text{ m/s}^2$. O astronauta flutua porque está em queda livre (ausência de peso aparente), não porque a gravidade seja nula.
Perda de massa muscular e óssea. Ela decorre da microgravidade (ausência de peso aparente, que reduz o esforço dos músculos e ossos), e não da ação da força centrípeta.
Vácuo. No vácuo, a diferença de pressão extrema causa danos graves ao organismo (por exemplo, a expansão dos gases nos pulmões); prender a respiração com os pulmões cheios agrava o quadro, não prolonga a vida.
Há vários anos a radiação UV-C é utilizada na desinfecção de água, sendo os usos mais comuns em água potável, efluentes tratados e água de reuso. Com o uso da radiação UV-C há uma significativa redução no consumo de produtos químicos que, por vezes, são despejados no meio ambiente e, em alguns casos, tornam-se subprodutos com alto potencial danoso.
Tratando-se da natureza e das propriedades físicas da radiação ultravioleta, é correto afirmar:
A)A radiação ultravioleta que inativa os micro-organismos é constituída por campos elétricos e magnéticos de intensidades constantes.
B)A radiação UV-C de comprimento de onda de 254 bilionésimo do metro propaga-se em líquidos de densidades diferentes, mantendo seu comprimento de onda constante.
C)A radiação de intensidade $30\text{ mJ/s}\cdot\text{cm}^2$ – dose suficiente para destruir $99{,}9\%$ da maioria dos micro-organismos presentes na água – emitida por equipamento de UV é equivalente a $300\text{ W/m}^2$.
D)A radiação ultravioleta é produzida sempre que os elétrons a altas velocidades são atirados contra um alvo metálico.
E)A radiação UV-C germicida, de comprimento de onda de $254$ nanômetro – emitida por uma lâmpada UV que se propaga no ar, de índice de refração igual a $1$ – tem frequência igual a $7{,}2\cdot10^{16}\text{ Hz}$.
Gabarito:
C
Resolução
Campos. Uma onda eletromagnética é formada por campos elétrico e magnético variáveis no tempo, e não por campos de intensidades constantes.
Mudança de meio. Ao passar de um meio para outro, a frequência permanece e a velocidade muda; como $\lambda=\dfrac{v}{f}$, o comprimento de onda também muda em líquidos de índices de refração diferentes.
Unidades. $30\text{ mJ/s}\cdot\text{cm}^2=\dfrac{30\cdot10^{-3}\text{ J/s}}{10^{-4}\text{ m}^2}=300\text{ W/m}^2$, valor igual ao da afirmação sobre a intensidade.
Produção. Elétrons de alta velocidade atirados contra um alvo metálico produzem raios X (radiação de freamento); a radiação ultravioleta é emitida, por exemplo, por lâmpadas de vapor de mercúrio.
Frequência. $f=\dfrac{c}{\lambda}=\dfrac{3{,}0\cdot10^{8}}{254\cdot10^{-9}}\approx1{,}2\cdot10^{15}\text{ Hz}$, e não $7{,}2\cdot10^{16}\text{ Hz}$.
Q38
Mecânica — Densidade, Peso e Pressão — Aerogel de Grafeno
Parece que a Ciência e Tecnologia dos Materiais deu mais um grande passo científico. Os pesquisadores da Universidade de Zhejiang, na China, quebraram um novo recorde ao desenvolverem o sólido menos denso já existente, chamado de aerogel de grafeno. O material é sólido poroso, derivado de um gel cuja parte líquida foi substituída por um gás, tem densidade de apenas $0{,}16\text{ mg/cm}^3$, menos que os $0{,}18\text{ mg/cm}^3$ do antecessor, o aerogel de grafite.
O aerogel de grafeno possui propriedades incríveis como a elevada resistência mecânica, capaz de suportar até quatro mil vezes o seu próprio peso, e extrema elasticidade, com a capacidade de recuperação elástica sem precedentes, que o faz voltar a forma normal depois de comprimido, absorvendo 90% da energia. Por ser um material pouco denso, consegue absorver até 900 vezes o seu próprio peso em produtos orgânicos, como óleo.
Com base nas informações do texto e nos conhecimentos de Física, é correto afirmar:
A)A massa da espuma de aerogel de grafeno contida em um volume de $6{,}25\cdot10^{-1}\text{ cm}^3$ é igual a $0{,}1\text{ g}$.
B)Uma pequena esfera metálica, abandonada de uma altura $h$ acima de uma espuma de aerogel de grafeno, retorna à posição inicial antes do final da queda, desprezado o efeito da resistência do ar.
C)O aerogel de grafeno constituído, quase que inteiramente, por um gás se comporta como um excelente condutor térmico que propaga energia térmica pelo processo de condução.
D)A massa de óleo contida no volume de $1{,}0\text{ cm}^3$ de uma espuma de aerogel de grafeno poderá ser, no máximo, $14{,}4\text{ g}$, admitindo-se o módulo da aceleração da gravidade $10\text{ m/s}^2$.
E)O aerogel de grafeno, com formato cúbico de aresta igual a $1{,}0\text{ cm}$, suporta a pressão máxima de $6{,}4\cdot10^{3}\text{ Pa}$.
Gabarito:
D
Resolução
Dados. $\rho=0{,}16\text{ mg/cm}^3=1{,}6\cdot10^{-4}\text{ g/cm}^3$; em $1{,}0\text{ cm}^3$ há $m=1{,}6\cdot10^{-4}\text{ g}=1{,}6\cdot10^{-7}\text{ kg}$.
Massa em $6{,}25\cdot10^{-1}\text{ cm}^3$. $m=\rho V=0{,}16\cdot0{,}625=0{,}10\text{ mg}=1{,}0\cdot10^{-4}\text{ g}$, e não $0{,}1\text{ g}$.
Energia e rebote. O aerogel absorve $90\%$ da energia na compressão; a esfera não retorna à posição inicial com a energia que tinha (apenas parte dela é devolvida), de modo que a afirmação é incorreta.
Condução térmica. Um material constituído quase que inteiramente por gás tem baixíssima condutividade térmica: é excelente isolante, e não condutor.
Óleo. O aerogel absorve até $900$ vezes o seu próprio peso: $m_{óleo}=900\cdot1{,}6\cdot10^{-4}\text{ g}=0{,}144\text{ g}$ em $1{,}0\text{ cm}^3$. O valor $14{,}4\text{ g}$ da afirmação é $100$ vezes maior.
Pressão. Suportando $4000$ vezes o próprio peso, o cubo de aresta $1{,}0\text{ cm}$ suporta $F=4000\cdot1{,}6\cdot10^{-7}\cdot10=6{,}4\cdot10^{-3}\text{ N}$ sobre $A=1{,}0\cdot10^{-4}\text{ m}^2$: $p=\dfrac FA=64\text{ Pa}=6{,}4\cdot10^{1}\text{ Pa}$, também $100$ vezes menor que $6{,}4\cdot10^{3}\text{ Pa}$.
Observação. Os valores de $14{,}4\text{ g}$ e de $6{,}4\cdot10^{3}\text{ Pa}$ só seriam obtidos com densidade de $16\text{ mg/cm}^3$, 100 vezes maior que a do enunciado: há inconsistência nos dados da questão. O gabarito preliminar da banca (Modelo 1) indica a alternativa que trata da massa de óleo.
Q39
Mecânica — Impulso e Quantidade de Movimento — Poliestireno Expandido (Isopor)
No imaginário popular, materiais como o isopor servem apenas para aplicações simples, como nas embalagens ou em atividades escolares. No entanto, o poliestireno expandido, EPS, é muito versátil. Sua aplicação já se consolidou tanto no segmento comercial como no residencial.
Com base nas propriedades físicas sobre a utilização do isopor, é correto afirmar:
A)Uma lâmina de poliestireno, de constante dielétrica de $2{,}5\text{ kV/mm}$, com $1{,}0\text{ mm}$ de espessura pode ser submetida a uma tensão mínima de $2{,}5\text{ kV}$ sem produzir descarga elétrica.
B)Um bloco de poliestireno de formato retangular exerce mesma pressão sobre uma superfície plana e horizontal independentemente do lado da face em contato com a superfície.
C)O alto poder de isolamento do isopor deve-se ao fato de que as ligações dos elétrons mais externos de seus átomos estão ligadas fracamente.
D)O módulo do peso de um bloco de poliestireno – de densidade igual a $0{,}03\text{ g/cm}^3$, com volume igual a $1{,}0$ litro – permanece constante, independente da sua localização na superfície da Terra.
E)O uso do poliestireno expandido como embalagens de proteção de objetos é explicado pelo Teorema do Impulso.
Gabarito:
E
Resolução
Rigidez dielétrica. O valor em kV/mm é a rigidez dielétrica (campo máximo sem descarga), e não a “constante dielétrica”; a lâmina de $1{,}0\text{ mm}$ suporta, no máximo, $2{,}5\text{ kV}$ sem descarga, e não “no mínimo”.
Pressão. $p=\dfrac{F}{A}$; como o peso é o mesmo e a área da face de apoio muda, a pressão depende da face em contato com a superfície.
Isolante. O isopor é isolante porque os elétrons mais externos estão fortemente ligados aos átomos (poucos elétrons livres), e não fracamente.
Peso. $P=mg$; como $g$ varia (com a altitude e a latitude), o peso do bloco, de massa $m=\rho V=30\text{ g}$, não é o mesmo em todos os pontos da superfície terrestre.
Embalagem. Pelo teorema do impulso, $I=F\,\Delta t=\Delta Q$; a espuma deforma-se e aumenta o intervalo de tempo $\Delta t$ da colisão, de modo que, para a mesma variação da quantidade de movimento, a força média sobre o objeto é menor.
Q44
Eletricidade — Eletrodinâmica — Receptor Elétrico e Força Contraeletromotriz
[A questão traz a fotografia de um misturador de laboratório com motor elétrico.]
Considere-se o misturador alimentado por uma fonte de tensão contínua.
Com base nos conhecimentos de eletricidade, é correto afirmar:
A)A diferença de potencial $U$ estabelecida nos terminais do misturador é igual à força contraeletromotriz menos a queda de potencial em forma de dissipação devido à resistência dos enrolamentos e dos contatos, o que faz com que o aparelho se esquente.
B)O misturador transforma, integralmente, a energia elétrica em energia mecânica durante o seu funcionamento.
C)A força contraeletromotriz do misturador aumenta em proporção direta com o aumento da frequência de rotação do motor.
D)A força contraeletromotriz de um misturador submetido a uma tensão com intensidade variável sempre se mantém constante.
E)A potência útil do gerador corresponde à potência útil do receptor elétrico.
Gabarito:
C
Resolução
Equação do receptor. Em um motor, $U=\varepsilon^{\prime}+r^{\prime}\,i$: a tensão aplicada é a soma da força contraeletromotriz com a queda de potencial na resistência interna, e não a diferença.
Rendimento. Parte da potência elétrica consumida é dissipada por efeito Joule ($r^{\prime}i^2$) nos enrolamentos e contatos, de modo que a conversão em energia mecânica não é integral.
Fcem e rotação. A força contraeletromotriz surge por indução (Faraday-Lenz) e é proporcional à taxa de variação do fluxo, ou seja, à frequência de rotação do motor: $\varepsilon^{\prime}\propto\omega$.
Tensão variável. Se a tensão aplicada varia, a rotação e, portanto, a fcem também variam; ela não se mantém constante.
Potências. A potência útil do gerador (total menos dissipada nele) é a potência elétrica fornecida ao circuito; a do receptor é a parte da potência recebida que se converte em outra forma de energia; elas não são, em geral, iguais.
Q45
Eletromagnetismo — Corrente Alternada — Valor Eficaz e Período
A transmissão da energia elétrica gerada nas usinas hidrelétrica, termoelétrica, nuclear ou eólica até a subestação é realizada por linhas de transmissão de alta potência, usando corrente alternada, conforme representada na figura.
Com base nos conhecimentos de Física e considerando-se a oscilação da corrente senoidal descrita pela equação $i=2\sqrt2\,\text{sen}(120\pi t)$, é correto afirmar:
A)O valor eficaz da corrente alternada é igual a $1{,}0\text{ A}$.
B)O período da oscilação da corrente senoidal é de, aproximadamente, $0{,}017\text{ s}$.
C)Em uma cidade em que a tensão da rede elétrica é de $220{,}0\text{ V}$, a tensão eficaz nas tomadas residenciais é de, aproximadamente, $127\text{ V}$.
D)A velocidade angular constante de rotação da bobina disposta perpendicularmente às linhas de indução uniforme do gerador é igual a $60\pi\text{ rad/s}$.
E)O valor eficaz de uma corrente alternada é equivalente à metade da energia dissipada por um resistor percorrido por uma corrente contínua no mesmo intervalo de tempo.
Gabarito:
B
Resolução
Comparação com a equação geral. De $i=i_{max}\,\text{sen}(\omega t)$ tem-se $i_{max}=2\sqrt2\text{ A}$ e $\omega=120\pi\text{ rad/s}$.
Valor eficaz. $i_{ef}=\dfrac{i_{max}}{\sqrt2}=\dfrac{2\sqrt2}{\sqrt2}=2{,}0\text{ A}$, e não $1{,}0\text{ A}$.
Velocidade angular da bobina. $\omega=120\pi\text{ rad/s}$ (o dobro de $60\pi$), pois $\omega$ da bobina é o mesmo da corrente gerada.
Tensão nas tomadas. O valor de $127\text{ V}$ é a tensão entre fase e neutro em sistemas trifásicos de $220\text{ V}$ entre fases ($220/\sqrt3\approx127$), uma informação adicional, que não decorre do enunciado nem da corrente descrita.
Definição de valor eficaz. O valor eficaz de uma corrente alternada é o valor da corrente contínua que dissipa a mesma potência (energia no mesmo tempo) no mesmo resistor, e não “a metade” dela.
