UEFS 2013.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Universidade Estadual de Feira de Santana
Processo Seletivo 2013.2 · Prova de Física (Q01–Q20) — resolução comentada Método TEF.
Dados da prova
Nas questões de Física, quando necessário, utilize os dados fornecidos no próprio enunciado.
Processo Seletivo: 2º Semestre de 2013
Banca: Consultec
Q01
Mecânica — Cinemática — Frenagem
Durante a etapa inicial da frenagem de um veículo, a desaceleração média deve ficar entre 1,0 e 3,0m/s 2. Frenagens com valores superiores aos dessa faixa podem causar problemas aos ocupantes do veículo, que, se estiverem em pé ou sentados sem o cinto de segurança, podem ser arremessados ou perder o equilíbrio. (FUKUI, 2009, p. 80). Nesse contexto e desprezando-se o tempo de reação do motorista, o tempo mínimo necessário para parar um veículo que se desloca com velocidade linear de 80,0km/h, em uma frenagem brusca, sem causar danos aos ocupantes, é aproximadamente igual, em s, a
(A)26,0
(B)13,0
(C)10,0
(D)7,4
(E)5,6
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D
Resolução comentada
Convertendo $80{,}0\text{ km/h}$ para o SI, $v_0=80/3{,}6\approx22{,}22\text{ m/s}$. Para minimizar o tempo sem ultrapassar a desaceleração admitida, usamos $a=3{,}0\text{ m/s}^2$. De $v=v_0-at=0$, resulta $t=22{,}22/3\approx7{,}4\text{ s}$.
Alternativa correta: D
Q02
Mecânica — Cinemática — Gráfico da aceleração
O gráfico representa a aceleração em função do tempo de um móvel que se desloca de uma cidade para outra. Sabendo-se que, no instante inicial, o móvel partiu do repouso, é correto afirmar que a velocidade escalar média desenvolvida nesse percurso é igual, em m/s, a
(A)5,0
(B)7,5
(C)10,0
(D)12,5
(E)15,0
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B
Resolução comentada
O gráfico tem aceleração de $1\text{ m/s}^2$ nos dez segundos iniciais, aceleração nula por vinte segundos e aceleração de $-1\text{ m/s}^2$ nos dez segundos finais. Partindo do repouso, as velocidades são $0\to10\to10\to0\text{ m/s}$. A distância é $50+200+50=300\text{ m}$, dando velocidade escalar média $v_m=300/40=7{,}5\text{ m/s}$.
Alternativa correta: B
Q03
Mecânica — Dinâmica — Resultante de forças
A figura, vista de cima, representa três forças coplanares que atuam sobre um objeto de massa igual a 100,0g, que se desloca na direção da força . Desprezando-se a força de atrito, admitindo-se que é igual a 1,4 e que a intensidade de cada força é igual a 1,0N, é correto afirmar que o módulo da aceleração do objeto é igual, em m/s 2, a
(A)2,4
(B)3,0
(C)4,0
(D)5,0
(E)5,4
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C
Resolução comentada
As duas forças simétricas inclinadas a $45^\circ$ têm componentes transversais que se anulam. Suas componentes na direção do movimento totalizam $2F\cos45^\circ\approx1{,}4\text{ N}$; a força oposta tem $1{,}0\text{ N}$. Logo, $F_R=0{,}4\text{ N}$ e, como $m=0{,}10\text{ kg}$, $a=F_R/m=4{,}0\text{ m/s}^2$.
Alternativa correta: C
Q04
Mecânica — Movimento circular — Engrenagens
A figura representa um tipo específico de engrenagens, denominado trem de engrenagens planetárias, utilizado quando se necessita que a rotação de entrada gire no mesmo sentido da rotação de saída. Sabendo-se que o diâmetro da engrenagem maior é seis vezes o diâmetro da engrenagem menor, é correto afirmar que, quando o eixo de um motor, que gira com frequência f, for introduzido no centro da engrenagem maior, a frequência de rotação da engrenagem menor será igual a
(A)f
(B)3f
(C)6f
(D)12f
(E)24f
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C
Resolução comentada
Em engrenagens sem escorregamento, a velocidade tangencial no ponto de contato é a mesma: $\omega_1r_1=\omega_2r_2$. Aplicando sucessivamente as relações entre as rodas do trem planetário representado, a frequência angular de saída é seis vezes a frequência indicada: $f_{saida}=6f$.
Alternativa correta: C
Q05
Mecânica — Cinemática — Lançamento oblíquo
A figura representa a trajetória descrita por um projétil lançado obliquamente com velocidade inicial , formando um ângulo θ com a superfície horizontal. Utiliza-se a modelagem dessa trajetória, com boa aproximação, para descrever o movimento do centro de massa de um atleta que realiza um salto em distância. Considere o módulo da aceleração da gravidade local igual a 10m/s 2 e despreze a resistência do ar. Com base nessas informações e considerando-se que um atleta, com aperfeiçoamento da técnica, consiga atingir, com ângulo de salto perfeito, o alcance máximo, D, de 10,0m, é correto afirmar que o módulo da velocidade inicial, v0, necessário para esse salto, é igual, em m/s, a
(A)11,0
(B)10,0
(C)9,4
(D)8,4
(E)7,5
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B
Resolução comentada
Para lançamento oblíquo em terreno plano, $D=v_0^2\sin(2\theta)/g$. No alcance máximo, $\theta=45^\circ$, portanto $\sin(2\theta)=1$. Com $D=10\text{ m}$ e $g=10\text{ m/s}^2$, segue $v_0=\sqrt{Dg}=10\text{ m/s}$.
Alternativa correta: B
Q06
Mecânica — Energia — Conservação no lançamento
A figura representa a trajetória descrita por um projétil lançado obliquamente com velocidade inicial , formando um ângulo θ com a superfície horizontal. Utiliza-se a modelagem dessa trajetória, com boa aproximação, para descrever o movimento do centro de massa de um atleta que realiza um salto em distância. Considere o módulo da aceleração da gravidade local igual a 10m/s 2 e despreze a resistência do ar. Com base nessas informações e nos conhecimentos de Física, é correto afirmar:
(A)O atleta descreve o salto com a quantidade de movimento constante.
(B)A energia cinética do atleta no instante que alcança o topo da trajetória é nula.
(C)O módulo da velocidade mínima do atleta, ao longo do movimento, é igual a v0cosθ.
(D)A energia mecânica do atleta decresce durante a subida e aumenta à medida que se aproxima do solo.
(E)O módulo da componente vertical da velocidade, no instante do salto, é maior do que a da componente horizontal.
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C
Resolução comentada
No movimento parabólico sem resistência do ar, $v_x=v_0\cos\theta$ permanece constante e $v_y=v_0\sin\theta-gt$ diminui até zerar no ápice. Portanto, a velocidade mínima em módulo ao longo da trajetória é exclusivamente a componente horizontal, $v_{min}=v_0\cos\theta$.
Alternativa correta: C
Q07
Mecânica — Quantidade de movimento — Impulso e colisão
Quando um carro colide com um obstáculo rígido e fixo, a força de contato, por ter intensidade muito grande, pode ser considerada como a resultante. Considerando-se que, durante a colisão com duração de 0,1s, o comprimento do carro foi amassado de 0,5m, é correto afirmar que o módulo da velocidade, imediatamente antes da colisão, era igual, em m/s, a
(A)34,0
(B)20,0
(C)19,0
(D)15,0
(E)10,0
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E
Resolução comentada
Considerando desaceleração aproximadamente uniforme durante o esmagamento, a velocidade vai de $v_0$ a zero em $0{,}1\text{ s}$. Assim, a velocidade média na colisão é $v_0/2$. Como $\Delta s=0{,}5\text{ m}$, temos $0{,}5=(v_0/2)\cdot0{,}1$, resultando $v_0=10\text{ m/s}$.
Alternativa correta: E
Q08
Mecânica — Hidrostática — Força em reservatório
Considere um reservatório fechado de água com capacidade de 1,5.10 5 litros e com área da base de 25,0m 2. Admitindo-se que o módulo da aceleração da gravidade local é igual a 10m/s 2 e a densidade da água, 1g/cm 3, a intensidade da força que atua no fundo do reservatório, quando estiver completamente cheio de água, será igual, em 10 6N, a
(A)0,5
(B)1,0
(C)1,5
(D)2,0
(E)2,5
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
C
Resolução comentada
O reservatório comporta $1{,}5\cdot10^5\text{ L}=150\text{ m}^3$. Com área da base $25\text{ m}^2$, a altura da coluna é $h=150/25=6\text{ m}$. A pressão hidrostática vale $p=\rho gh=1000\cdot10\cdot6=60000\text{ Pa}$. A força sobre o fundo é $F=pA=60000\cdot25=1{,}5\cdot10^6\text{ N}$.
Alternativa correta: C
Q09
Mecânica — Hidrostática — Empuxo e densidade
Considere um objeto imerso no ar e preso na extremidade de um dinamômetro que registra peso igual a 500,0gf e quando esse objeto é completamente submerso na água, a leitura do dinamômetro passa a ser de 350,0gf. Nessas condições, desprezando-se o empuxo exercido pelo ar sobre o objeto e considerando-se 1kgf igual a 10N, a densidade da água igual a 1,0g/cm3 e o módulo da aceleração da gravidade local, 10,0m/s 2, é correto afirmar que a densidade desse objeto é aproximadamente igual, em g/cm 3, a
(A)3,3
(B)4,0
(C)4,8
(D)5,2
(E)5,5
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A
Resolução comentada
O peso real é $500\text{ gf}$ e o aparente $350\text{ gf}$. O empuxo corresponde à diferença $150\text{ gf}$, equivalente ao peso de $150\text{ cm}^3$ de água. A massa do objeto equivale a $500\text{ g}$, logo sua densidade é $\rho=m/V=500/150\approx3{,}3\text{ g/cm}^3$.
Alternativa correta: A
Q10
Termologia — Calorimetria — Capacidade térmica
A tabela apresenta propriedades físicas de ferro e de alumínio, que são utilizados na confecção de panelas com a mesma dimensão e que permanecem no mesmo intervalo de tempo sobre chamas idênticas de um fogão. Considerando-se o calor específico e a densidade como sendo constante no intervalo térmico submetido e sabendo-se que as panelas atingem a mesma variação de temperatura, é correto afirmar que a
(A)capacitância térmica da panela de alumínio é maior que a de ferro.
(B)panela de alumínio tem massa quase três vezes maior que a da panela de ferro.
(C)panela de ferro, em contato com substâncias frias, libera uma quantidade de calor maior do que a de alumínio.
(D)panela de ferro e a de alumínio liberam a mesma quantidade de calor durante o cozimento de alimentos do mesmo peso e da mesma natureza.
(E)panela de alumínio absorve a mesma quantidade de calor que a panela de ferro quando expostas à chama de fogão durante o mesmo intervalo de tempo.
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
C
Resolução comentada
Para duas panelas de mesmo volume, a capacidade térmica depende de $C=mc=\rho Vc$. Ao comparar os valores de densidade e calor específico apresentados na tabela, o produto $\rho c$ do ferro é maior que o do alumínio. Assim, para a mesma variação de temperatura, a panela de ferro libera mais calor.
Alternativa correta: C
Q11
Termologia — Gases ideais — Transformações
O funcionamento do organismo dos seres vivos deste planeta pode ser comparado com o motor a combustão. No caso do corpo humano, somente 60% da energia consumida é transformada em trabalho. Sabendo-se que o calor específico do gelo é 0,5cal/g.oC e o calor de fusão, 80cal/g, e levando-se em consideração a parcela a ser transformada, na realização de trabalho diário, por uma pessoa, conclui-se que a massa do gelo, a −20 oC e pressão de 1,0atm, que pode ser fundida completamente ao absorver uma quantidade de energia equivalente a de uma dieta alimentar de 2700kcal, em kg, é de
(A)32,0
(B)25,0
(C)18,0
(D)15,0
(E)9,0
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
C
Resolução comentada
Somente $60\%$ das $2700\text{ kcal}$ fornecem a energia disponível: $Q=0{,}60\cdot2700=1620\text{ kcal}$. Cada grama de gelo requer $0{,}5\cdot20+80=90\text{ cal}$ para aquecer de $-20^\circ\text{C}$ a $0^\circ\text{C}$ e fundir. Portanto, $m=1{,}62\cdot10^6/90=18000\text{ g}=18\text{ kg}$.
Alternativa correta: C
Q12
Termologia — Termodinâmica — Ciclo de Diesel
A figura representa o diagrama pV de transformações termodinâmicas realizadas por um motor a diesel. Considerando-se a substância operante desse motor um gás ideal, é correto afirmar:
(A)No processo 2 → 3, ocorre uma transformação isocórica em que a máquina rejeita calor.
(B)No processo 3 → 4, a energia interna do sistema diminui porque o gás realiza trabalho sem receber calor.
(C)Na transformação 1 → 2, a energia interna do sistema aumenta porque ocorre uma expansão adiabática.
(D)Na transformação 4 → 1, a energia interna do sistema aumenta porque ocorre aquecimento do gás a volume constante.
(E)Na transformação cíclica, a variação da energia interna do sistema é maior do que 0 porque o trabalho é realizado sobre o gás.
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
B
Resolução comentada
No diagrama de um ciclo Diesel, a etapa $3\to4$ é expansão adiabática: o gás realiza trabalho e não recebe calor. Pela primeira lei, $\Delta U=-W<0$, e sua temperatura diminui. Em um ciclo completo, a variação da energia interna é nula.
Alternativa correta: B
Q13
Ondulatória — Ondas na água — Fenômenos ondulatórios
A figura representa a propagação de uma onda plana na superfície de um líquido contido em um recipiente. Sendo v a velocidade de propagação, λ, o comprimento de onda e θ, o ângulo entre frente de onda e o meio de separação, e sabendo-se que o módulo da velocidade da onda diminui quando ocorre a refração da região de maior profundidade para a de menor, marque com V as afirmativas verdadeiras e com F, as falsas. ( ) O comprimento de onda λ2 é igual a λ1senθ2/senθ1. ( ) A profundidade do meio 2 é maior do que a do meio 1. ( ) A frequência da onda no meio 1 é maior do que a do meio 2. ( ) A superposição da onda incidente com a refletida pela parede do recipiente é uma interferência destrutiva. A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a
(A)V V F F
(B)V F V V
(C)F V F V
(D)F V V V
(E)V F F V
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
E
Resolução comentada
Quando a onda muda para o meio mais raso, diminui a velocidade, mas mantém a frequência, pois ela depende da fonte. Pela lei da refração para ondas, $\lambda_2/\lambda_1=v_2/v_1=\sin\theta_2/\sin\theta_1$. A relação entre comprimentos de onda é verdadeira, a identificação da região mais profunda e a afirmação sobre frequência são falsas; a situação de superposição indicada admite interferência destrutiva. A sequência é V–F–F–V.
Alternativa correta: E
Q14
Ondulatória — Som — Eco e profundidade
Para determinar a profundidade de um poço artesiano vazio, um estudante que se encontra próximo da abertura desse poço, liga uma fonte que emite onda sonora de frequência 100,0Hz e de comprimento de onda 1,5m. Considerando-se que, no poço, a temperatura seja constante e sabendo-se que o eco é registrado por um aparelho após 4,0s, é correto afirmar que a profundidade desse poço, em m, é igual a
(A)600,0
(B)440,0
(C)400,0
(D)300,0
(E)150,0
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
D
Resolução comentada
A velocidade do som é $v=\lambda f=1{,}5\cdot100=150\text{ m/s}$. O eco percorre a ida até o fundo e a volta, portanto $2h=v\Delta t=150\cdot4=600\text{ m}$, de onde $h=300\text{ m}$.
Alternativa correta: D
Q15
Óptica — Espelhos — Formação de imagens
A figura representa o esquema simplificado de um holofote, construído com dois espelhos esféricos côncavos associados, para obter um feixe paralelo de luz cilíndrico com alta eficiência no aproveitamento da luz emitida por um pequeno filamento aquecido de uma lâmpada. Considerando-se que os espelhos obedecem às condições de Gauss e sabendo-se que f1 e f2 são, respectivamente, as distâncias focais dos espelhos 1 e 2, é correto afirmar:
(A)A distância do filamento ao espelho E1 é igual a 2f1.
(B)A distância entre os espelhos E1 e E2 é igual a f1 + 2f2.
(C)A imagem da lâmpada conjugada pelo espelho E2 é virtual.
(D)O filamento é colocado no centro de curvatura do espelho E1.
(E)O espelho E2 deve ser posicionado de forma que o seu foco coincida com a posição do filamento.
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
B
Resolução comentada
Para que a luz emergente seja aproximadamente paralela, o filamento deve estar no foco do espelho maior; a associação de dois espelhos côncavos redireciona os raios que se propagam no sentido oposto. A geometria focal dos espelhos da figura fornece a distância de separação igual a $f_1+2f_2$.
Alternativa correta: B
Q16
Ondulatória — Ondas — Propagação de ondas
A figura representa um trecho do perfil de uma perturbação produzida por um vibrador de placa retangular que toca a superfície da água contida em uma cuba transparente. Fazendo incidir perpendicularmente feixes de luz sobre a superfície da água, de densidade maior do que a do ar, e colocando-se um anteparo no fundo da cuba, com base nos conhecimentos de Física, é correto afirmar:
(A)Os feixes de luz que incidem sobre o anteparo sofrem o deslocamento lateral.
(B)O comprimento de onda varia em proporção direta com a frequência do vibrador.
(C)A velocidade de propagação da onda varia em proporção inversa com a frequência do vibrador.
(D)As regiões escuras no anteparo são projeções das cristas que atuam como lentes divergentes para os feixes incidentes.
(E)As cristas da onda atuam como lentes convergentes quando feixes de luz incidem perpendicularmente sobre a superfície da água.
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
E
Resolução comentada
A ondulação da superfície torna a interface água–ar alternadamente côncava e convexa para os feixes incidentes. Nas cristas, a curvatura age como uma lente convergente, concentrando os raios no anteparo. A frequência é determinada pelo vibrador; a velocidade de fase depende das condições do meio, e não varia inversamente à frequência por si só.
Alternativa correta: E
Q17
Eletricidade — Eletrostática — Campo elétrico uniforme
Considere um modelo teórico no qual uma partícula, de massa 2,0mg e eletrizada com carga 4,0µC, ao ser abandonada a partir do repouso nas proximidades de uma placa condutora eletrizada positivamente, realiza movimento ascendente e, ao percorrer a distância de 20,0cm, atinge a velocidade de módulo 2,0m/s, conforme a figura. Desprezando-se a resistência do ar e considerando-se o módulo da aceleração da gravidade local igual a 10,0m/s 2 e que o campo elétrico gerado por essa placa seja uniforme, é correto afirmar que o módulo do campo elétrico é igual, em N/C, a
(A)10,0
(B)25,0
(C)50,0
(D)65,0
(E)84,0
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
A
Resolução comentada
O movimento é uniformemente acelerado: $a=v^2/(2s)=2^2/(2\cdot0{,}20)=10\text{ m/s}^2$. Como a partícula sobe, a força elétrica deve vencer o peso e acelerar o corpo: $qE-mg=ma$. Com $m=2\cdot10^{-6}\text{ kg}$ e $q=4\cdot10^{-6}\text{ C}$, temos $E=m(a+g)/q=10\text{ N/C}$.
Alternativa correta: A
Q18
Eletricidade — Circuitos elétricos — Associação de lâmpadas
Considere um circuito elétrico composto por uma pilha, de força eletromotriz ε e resistência interna r, um amperímetro ideal, três lâmpadas incandescentes L1, L2 e L3, com as resistências elétricas respectivamente iguais a R1, R2 e R3, sendo R1> R2>R3, e os fios de ligação. Desprezando-se a resistência elétrica dos fios, é correto afirmar:
(A)A leitura do amperímetro é o valor indicado pela razão de seguintes grandezas físicas ε/( R1+R2+R3).
(B)A força eletromotriz ε é igual a U1+U2+U3, sendo U a diferença de potencial elétrico das lâmpadas.
(C)As três lâmpadas associadas em série apresentam brilho de mesma intensidade.
(D)A potência dissipada na lâmpada L3 é maior do que a das lâmpadas L2 e L1.
(E)O brilho da lâmpada L1 é maior do que o das demais lâmpadas.
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
E
Resolução comentada
As lâmpadas estão associadas em série com o gerador, logo são atravessadas pela mesma corrente $i$. A potência dissipada em cada uma é $P_i=i^2R_i$. Como $R_1>R_2>R_3$, a lâmpada $L_1$ dissipa maior potência e apresenta maior brilho, no modelo resistivo adotado.
Alternativa correta: E
Q19
Eletromagnetismo — Força magnética — Espectrógrafo de massa
A figura representa o esquema simplificado de um espectrógrafo de massa. Sabe-se que o íon, com a massa e a carga respectivamente iguais a 8,0.10 −27kg e 1,6.10 −19C, é acelerado por uma diferença de potencial elétrico igual a 1,0.10 3V e a intensidade do campo magnético uniforme, 1,0.10 −3T. 6 Processo Seletivo 2013.2 - UEFS 3 Física Com base nessas informações, é correto afirmar que a distância D, em m, é igual a
(A)20,0
(B)10,0
(C)7,0
(D)3,5
(E)1,0
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
A
Resolução comentada
A diferença de potencial acelera o íon, convertendo energia elétrica em energia cinética: $qU=mv^2/2$. Com $q=1{,}6\cdot10^{-19}\text{ C}$, $U=1{,}0\cdot10^3\text{ V}$ e $m=8{,}0\cdot10^{-27}\text{ kg}$, $v=\sqrt{2qU/m}=2{,}0\cdot10^5\text{ m/s}$. Ao ingressar no campo magnético, $qvB=mv^2/r$, logo $r=mv/(qB)=10\text{ m}$. O diâmetro da semicircunferência corresponde a $D=2r=20\text{ m}$.
Alternativa correta: A
Q20
Eletromagnetismo — Força magnética — Movimento de íons
A figura representa o esquema simplificado de um espectrógrafo de massa. Sabe-se que o íon, com a massa e a carga respectivamente iguais a 8,0.10 −27kg e 1,6.10 −19C, é acelerado por uma diferença de potencial elétrico igual a 1,0.10 3V e a intensidade do campo magnético uniforme, 1,0.10 −3T. 6 Processo Seletivo 2013.2 - UEFS 3 Física Com base nessas informações e nos conhecimentos de Física, marque com V as afirmativas verdadeiras e com F, as falsas. ( ) O módulo da aceleração do íon, na região do campo magnético uniforme, é igual 4,0.10 6km/s 2. ( ) A variação da quantidade de movimento do íon na região do campo magnético uniforme é igual a 1,6.10 -23kg.m/s. ( ) O trabalho mecânico realizado pela força magnética que atua sobre um íon que se desloca na região de um campo magnético uniforme é nulo. ( ) O módulo da velocidade com que o íon penetra na região do campo magnético uniforme depende da distância que separa a fonte de íons e o campo. A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a
(A)V V F F
(B)F F F V
(C)F V V F
(D)V F V F
(E)V F V V * * *
Gabarito UEFS 2013.2 — banca
D
Resolução comentada
Em continuação ao item anterior, $v=2{,}0\cdot10^5\text{ m/s}$ e $r=10\text{ m}$. A aceleração centrípeta no campo magnético é $a=v^2/r=4{,}0\cdot10^9\text{ m/s}^2=4{,}0\cdot10^6\text{ km/s}^2$ (V). Ao completar a semicircunferência, o módulo da variação vetorial do momento linear é $|\Delta\vec p|=2mv=3{,}2\cdot10^{-21}\text{ kg}\cdot\text{m/s}$, diferente do valor enunciado (F). A força magnética é perpendicular à velocidade e seu trabalho é nulo (V). A velocidade de ingresso depende de $qU=mv^2/2$, não da distância entre a fonte de íons e o campo (F). Sequência V–F–V–F.