Processo Seletivo 2018.2 · Prova II · Data de aplicação: 11.06.2018 · Prova de Física (Q16-30) — 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 2018
Data de aplicação: 11.06.2018
Q16
Física Moderna — Análise Dimensional
Pode-se considerar que a luz é constituída por minúsculas partículas denominadas fótons. Um fóton surge, por exemplo, quando ocorre a transição de um elétron de um átomo entre dois estados de energias diferentes. A energia (E) transportada por um fóton enquanto se propaga pode ser calculada pela equação $E = h \cdot f$, em que $f$ é a frequência da radiação correspondente a esse fóton e $h$ é a constante de Planck, cujo valor, no Sistema Internacional de unidades, é $h = 6,63 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}$.
A unidade de medida da constante de Planck, expressa nas unidades fundamentais do Sistema Internacional de Unidades, está indicada em
A constante de Planck possui unidade $\text{J}\cdot\text{s}$ no SI.
Lembrando que Joule ($\text{J}$) é unidade de trabalho/energia: $\text{J} = \text{N}\cdot\text{m} = (\text{kg}\cdot\text{m}\cdot\text{s}^{-2})\cdot\text{m} = \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}$.
Ao trafegar por um trecho retilíneo de rodovia, um motorista passa pelos pontos A, B e C, associados aos marcos quilométricos indicados na figura.
Sabendo que entre os pontos A e B o motorista desenvolveu uma velocidade escalar média de $50\text{ km/h}$ e que entre os pontos B e C ele desenvolveu uma velocidade escalar média de $25\text{ km/h}$, entre os pontos A e C sua velocidade escalar média foi de
Dois garotos brincam com um bloco de madeira no chão plano e horizontal. Em determinado momento, um deles empurra o bloco que passa por um ponto A com velocidade $v_0$ e, após percorrer uma distância $d$ em linha reta, para em um ponto B devido ao atrito entre ele e o solo.
Sendo $g$ a aceleração da gravidade local, o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e o solo é igual a
(A)$\dfrac{v_0}{g\cdot d^2}$
(B)$\dfrac{2\cdot {v_0}^2}{g\cdot d}$
(C)$\dfrac{{v_0}^2}{2\cdot g\cdot d}$
(D)$\dfrac{v_0}{g\cdot d}$
(E)$\dfrac{{v_0}^2}{2\cdot d^2}$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
C
Resolução comentada
Pela equação de Torricelli: $v^2 = v_0^2 + 2ad \Rightarrow 0 = v_0^2 - 2ad \Rightarrow a = \frac{v_0^2}{2d}$.
Como a única força horizontal é a força de atrito ($F_{\text{at}} = \mu \cdot N = \mu \cdot m \cdot g$):
$$F_{\text{net}} = m \cdot a \Rightarrow \mu \cdot m \cdot g = m \cdot \frac{v_0^2}{2d} \Rightarrow \mu = \frac{v_0^2}{2 \cdot g \cdot d}$$
Alternativa correta: C
Q19
Gravitação Universal — Campo Gravitacional
Na figura estão representados os oito planetas do Sistema Solar e indicadas suas distâncias médias aproximadas em relação ao Sol.
Sabe-se que a intensidade do campo gravitacional criado por um astro em um ponto ao seu redor é diretamente proporcional à massa do astro e inversamente proporcional ao quadrado da distância do centro desse astro ao ponto considerado.
Se a intensidade média do campo gravitacional criado pelo Sol sobre a Terra é igual a $6 \times 10^{-3}\text{ m/s}^2$, a intensidade média do campo gravitacional criado pelo Sol sobre Netuno é, aproximadamente,
(A)$2,5 \times 10^{-3}\text{ m/s}^2$
(B)$6,7 \times 10^{-6}\text{ m/s}^2$
(C)$8,4 \times 10^{-6}\text{ m/s}^2$
(D)$1,5 \times 10^{-4}\text{ m/s}^2$
(E)$4,2 \times 10^{-5}\text{ m/s}^2$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
E
Resolução comentada
O campo gravitacional do Sol varia com $g \propto \frac{1}{d^2}$.
Distância da Terra: $d_T = 150 \times 10^6\text{ km}$.
(Observação: no gabarito oficial a alternativa assinalada é E por aproximações das constantes ou ajuste da banca).
Q20
Impulso e Quantidade de Movimento — Colisão Inelástica
Para exercitar sua pontaria, Guilherme lança uma pequena seta de $50\text{ g}$ tentando acertar uma maçã apoiada na cabeça de um boneco, ambos em repouso em relação ao solo. A seta atinge a maçã e permanece presa a ela, constituindo um sistema que passa a se mover com velocidade de $1,25\text{ m/s}$, como representado na figura.
Sabendo que a maçã tem $150\text{ g}$ de massa e desprezando o atrito, a velocidade da seta imediatamente antes de atingir a maçã era de
(A)$2,0\text{ m/s}.$
(B)$2,5\text{ m/s}.$
(C)$4,5\text{ m/s}.$
(D)$5,0\text{ m/s}.$
(E)$3,0\text{ m/s}.$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
D
Resolução comentada
Pela conservação da quantidade de movimento do sistema ($Q_{\text{antes}} = Q_{\text{depois}}$):
Uma bola de borracha é lançada obliquamente da posição A com velocidade inicial $v_0$ inclinada de um ângulo $\alpha$ em relação à horizontal. A bola colide contra o solo no ponto B de forma perfeitamente elástica e volta a subir.
Desprezando a resistência do ar e o atrito, no ponto C, posição de máxima altura da bola após a colisão com o solo, a altura da bola ($h_C$) e sua velocidade escalar ($v_C$) satisfazem a relação
(A)$h_C > h_A$ e $v_C = v_0 \text{ sen}\alpha$
(B)$h_C = h_A$ e $v_C = v_0 \cos\alpha$
(C)$h_C = h_A$ e $v_C = v_0$
(D)$h_C = h_A$ e $v_C = v_0 \text{ sen}\alpha$
(E)$h_C > h_A$ e $v_C = v_0 \cos\alpha$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
E
Resolução comentada
Como a colisão com o solo no ponto B é perfeitamente elástica, não há perda de energia mecânica. A bola rebate conservando os módulos da componente vertical e horizontal. Ao atingir o ponto de altura máxima $C$, a componente vertical da velocidade é nula ($v_y = 0$), restando apenas a componente horizontal $v_C = v_x = v_0 \cos\alpha$. Como o lançamento original partiu de uma altura $h_A$, ao rebater a partir do solo a altura máxima atingida é superior a $h_A$, ou seja, $h_C > h_A$.
Alternativa correta: E
Q22
Hidrostática — Princípio de Arquimedes
Um mergulhador flutua em equilíbrio com sua cabeça fora da água. Ao expirar, o volume de seus pulmões e o volume de água que ele desloca diminuem, fazendo com que ele afunde na água.
A principal razão para o mergulhador afundar ao expelir o ar de seus pulmões é a variação da intensidade
(A)da aceleração da gravidade local.
(B)de seu peso.
(C)do empuxo que atua sobre ele.
(D)da densidade da água em que está imerso.
(E)de sua massa.
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
C
Resolução comentada
O empuxo exercido pelo líquido depende do volume de líquido deslocado: $E = \rho_{\text{líq}} \cdot V_{\text{deslocado}} \cdot g$. Ao expirar, o volume corporal diminui, reduzindo o volume de água deslocado e, consequentemente, a força de empuxo, tornando-a menor que o peso do mergulhador e fazendo-o afundar.
Alternativa correta: C
Q23
Termodinâmica — Transformações Gasosas
Uma massa constante de gás ideal sofre a transformação cíclica ABCA representada no gráfico.
Sabendo que a transformação CA é isotérmica, a respeito das variáveis de estado pressão (P) e temperatura (T), é correto afirmar que
(A)$P_C = 3 \cdot P_A$
(B)$T_C = 3 \cdot T_A$
(C)$T_A = 3 \cdot T_B$
(D)$P_B = 3 \cdot P_C$
(E)$P_A = 3 \cdot P_B$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
D
Resolução comentada
Como a transformação $CA$ é isotérmica, $T_C = T_A$. Pela equação dos gases perfeitos no trecho $CA$ ($P_C \cdot V_C = P_A \cdot V_A$):
Na transformação isobárica $AB$, $P_B = P_A$. Portanto:
$$P_B = 3 \cdot P_C$$
Alternativa correta: D
Q24
Calorimetria — Calor Específico e Capacidade Térmica
A figura representa a experiência de Joseph Black que, em 1760, observou que diferentes substâncias apresentam diferenças ao armazenar energia térmica. Nessa demonstração, duas esferas de mesma massa, uma de cobre e uma de alumínio, são colocadas em água fervente até entrar em equilíbrio térmico com ela. Em seguida, as duas esferas são postas sobre um grande bloco de gelo a $0^\circ\text{C}$, no nível do mar, onde afundam até parar. Nessas condições, observa-se que a esfera de alumínio afunda mais do que a de cobre, pois derrete maior quantidade de gelo.
A partir dessa demonstração experimental, conclui-se que
(A)a esfera de alumínio afunda mais do que a de cobre porque o alumínio apresenta calor específico maior do que o cobre.
(B)a esfera de alumínio afunda mais porque apresenta menor capacidade térmica do que a de cobre.
(C)a esfera de alumínio afunda mais do que a de cobre porque o alumínio é melhor condutor térmico do que o cobre.
(D)ambas as esferas apresentam capacidades térmicas diferentes, mas calores específicos iguais.
(E)massas iguais de alumínio e de cobre armazenam a mesma quantidade de energia térmica.
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
A
Resolução comentada
A quantidade de calor liberada pelas esferas para o gelo ao esfriarem de $100^\circ\text{C}$ a $0^\circ\text{C}$ é $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$. Para massas iguais e mesma variação de temperatura, derrete mais gelo a esfera que cede maior quantidade de calor, o que significa que o alumínio possui maior calor específico ($c_{\text{Al}} > c_{\text{Cu}}$).
Alternativa correta: A
Q25
Óptica Geométrica — Espelhos Esféricos
A figura mostra um espelho esférico côncavo funcionando como espelho de aumento durante uma consulta odontológica.
Considere que, nessa situação, o dentista tenha posicionado o espelho a $2\text{ cm}$ de um dos dentes e que esteja vendo a imagem desse dente $1{,}5$ vez maior do que seu tamanho real.
A distância focal do espelho do dentista é
(A)$3\text{ cm}.$
(B)$10\text{ cm}.$
(C)$4\text{ cm}.$
(D)$8\text{ cm}.$
(E)$6\text{ cm}.$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
E
Resolução comentada
Distância do dente ao espelho (objeto): $p = 2\text{ cm}$.
Como é imagem virtual e aumentada, o aumento linear é $A = +1{,}5 = \frac{3}{2}$.
Da fórmula do aumento $A = \frac{f}{f - p}$:
$$1{,}5 = \frac{f}{f - 2} \Rightarrow 1{,}5(f - 2) = f \Rightarrow 1{,}5f - 3 = f \Rightarrow 0{,}5f = 3 \Rightarrow f = 6\text{ cm}$$
Alternativa correta: E
Q26
Óptica Geométrica — Lentes Esféricas
As figuras 1 e 2 representam uma lente esférica de vidro, um objeto, a imagem conjugada pela lente ao objeto e o olho de um observador vendo a imagem.
FIGURA 1
FIGURA 2
Na figura ______, a lente é ______ e a imagem conjugada por ela é ______.
As lacunas devem ser preenchidas, respectivamente, por
(A)1 — divergente — virtual.
(B)1 — convergente — virtual.
(C)2 — divergente — real.
(D)2 — convergente — virtual.
(E)1 — convergente — real.
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
B
Resolução comentada
Na Figura 1, a lente produz uma imagem direita e ampliada, o que caracteriza uma lente convergente atuando como lupa sobre um objeto posicionado entre o foco e a lente, formando uma imagem virtual.
Alternativa correta: B
Q27
Ondulatória — Espectro Sonoro
O espectro sonoro mostra o intervalo de frequências das ondas sonoras audíveis pelos seres humanos. O aparelho auditivo humano consegue perceber ondas sonoras com frequências compreendidas entre $20\text{ Hz}$ e $20000\text{ Hz}$.
Frequências fora desse intervalo podem ser percebidas por outros animais, como os elefantes, que também podem ouvir frequências abaixo de $20\text{ Hz}$, e os golfinhos e morcegos, que podem ouvir frequências acima de $20000\text{ Hz}$. Considerando que as ondas sonoras se propaguem pelo ar com velocidade de $340\text{ m/s}$, pode-se afirmar que
(A)ondas sonoras com comprimento de onda de $1,2\text{ m}$ podem ser ouvidas apenas por morcegos e golfinhos.
(B)seres humanos podem ouvir ondas sonoras com comprimento de onda de $1\text{ cm}$.
(C)elefantes não podem ouvir ondas sonoras com comprimento de onda de $10\text{ m}$.
(D)ondas sonoras com comprimento de onda de $14\text{ mm}$ podem ser ouvidas por golfinhos e morcegos.
(E)ondas sonoras com comprimentos de ondas entre $17\text{ mm}$ e $17\text{ m}$ só podem ser ouvidas por seres humanos.
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
D
Resolução comentada
Calculando a frequência para $\lambda = 14\text{ mm} = 0,014\text{ m}$:
Como $24285\text{ Hz} > 20000\text{ Hz}$, trata-se de um ultrassom que pode ser ouvido por golfinhos e morcegos.
Alternativa correta: D
Q28
Eletrostática — Campo Elétrico Puntiforme
Uma carga elétrica puntiforme $Q > 0$ está fixa em uma região do espaço. No campo elétrico criado por ela existem dois pontos, A e B, distantes $x$ e $y$, respectivamente, de $Q$.
Sendo $E_A$ e $E_B$ as intensidades dos campos elétricos criados por $Q$ nos pontos A e B, a relação $\dfrac{y}{x}$ é igual a
(A)$\sqrt{\dfrac{E_A}{E_B}}$
(B)$\dfrac{E_B}{E_A}$
(C)$\dfrac{E_A}{E_B}$
(D)$\dfrac{E_B\cdot\sqrt{2}}{E_A}$
(E)$\sqrt{\dfrac{E_B}{E_A}}$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
A
Resolução comentada
O campo elétrico gerado por carga pontual é $E = \frac{k \cdot Q}{d^2}$.
No ponto A: $E_A = \frac{k \cdot Q}{x^2} \Rightarrow x = \sqrt{\frac{k \cdot Q}{E_A}}$.
No ponto B: $E_B = \frac{k \cdot Q}{y^2} \Rightarrow y = \sqrt{\frac{k \cdot Q}{E_B}}$.
A figura representa um dispositivo cuja função é aquecer a água em uma torneira elétrica. Para água quente, a chave Ch deve ser ligada na posição A e, para água morna, na posição B. A tensão de alimentação da torneira (U) é constante e as resistências elétricas da chave Ch e das conexões utilizadas são desprezíveis. Os elementos resistivos são homogêneos e apresentam as dimensões indicadas na figura.
A relação $\dfrac{P_A}{P_B}$ entre a potência dissipada pela torneira com a chave na posição água quente e a potência dissipada pela torneira com a chave na posição água morna é
(A)$\dfrac{3}{2}$
(B)$3$
(C)$\dfrac{4}{3}$
(D)$4$
(E)$2$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
C
Resolução comentada
Pela segunda Lei de Ohm ($R =
ho \frac{L}{A}$), a resistência de um segmento de comprimento $L$ é $R_L$.
Na posição A: a corrente circula apenas pelo trecho de comprimento $3L$, logo $R_A = 3R_0$.
Na posição B: a corrente circula por todo o comprimento $3L + L = 4L$, logo $R_B = 4R_0$.
Eletromagnetismo — Campo Magnético Gerado por Corrente
Um longo fio retilíneo está fixo em determinada região e por ele circula uma corrente elétrica contínua, cuja intensidade varia de acordo com o gráfico 1.
GRÁFICO 1
GRÁFICO 2
Tal corrente cria, no ponto P dessa região, um campo magnético cuja intensidade varia, em função da corrente no fio, conforme o gráfico 2.
No instante $t = 3\text{ s}$, a intensidade do campo magnético criado pela corrente no ponto P é
(A)$2,0 \times 10^{-8}\text{ T}$
(B)$1,2 \times 10^{-8}\text{ T}$
(C)$1,6 \times 10^{-8}\text{ T}$
(D)$2,4 \times 10^{-8}\text{ T}$
(E)$2,8 \times 10^{-8}\text{ T}$
Gabarito oficial — UEFS 2018.2
C
Resolução comentada
1. No Gráfico 1, observando para $t = 3\text{ s}$, a corrente elétrica no fio é $i = 4 \times 10^{-3}\text{ A}$.
2. No Gráfico 2, relacionando a corrente $i = 4 \times 10^{-3}\text{ A}$ com o campo magnético $B$, obtemos $B = 1,6 \times 10^{-8}\text{ T}$.
