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UESB 2024

Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

Vestibular 2024 · 2º Dia · Prova de Física (Q38-45) — resolução comentada Método TEF.

Q38
Ondulatória — Equação Fundamental da Onda

O texto seguinte servirá de base para responder à questão 38.

A Audição Humana

"Como se sabe, o som é uma onda mecânica produzida pela compressão e descompressão do ar, é captado por nosso ouvido o qual é formado pelo ouvido externo, ouvido médio e o ouvido interno decodificado e interpretado por uma região denominada córtex auditivo."

Como as pessoas percebem o som?

Anatomia do ouvido humano com ouvido externo, médio e interno

"As ondas sonoras, após atingir a orelha, são encaminhadas para o interior do canal auditivo, local onde está localizada uma fina membrana que é chamada de tímpano. O tímpano é muito delicado e sensível, de modo que pequenas variações de pressão são capazes de colocá-lo em estado de vibração. Essas vibrações são transmitidas a um conjunto de três pequenos ossos denominados de martelo, bigorna e estribo. As vibrações passam primeiro pelo martelo, que ao entrar em vibração aciona a bigorna e este finalmente faz o estribo vibrar. Durante esse processo as vibrações são ampliadas de forma que o ouvido passa a ter capacidade de perceber sons de intensidades muito baixas."

"Após serem ampliadas, as vibrações alcançam o ouvido interno, o qual possui forma de um caracol. Dentro dessa pequena estrutura existem pequenos pelos e um líquido que facilita a propagação do som. Após passar por essa estrutura, as ondas sonoras estimulam células nervosas que enviam, através de um nervo auditivo, os sinais ao cérebro humano. Já no cérebro esses sinais sofrem inúmeras modificações, que no final faz com que o ser humano tenha a percepção do som."

Por Marco Aurélio da Silva: A audição humana

O som no ar tem sua velocidade alterada com a variação da temperatura. A velocidade do som, no ar, a uma certa temperatura, vale $340\text{ m/s}$. O ouvido humano tem a capacidade de ouvir sons entre os intervalos das frequências $20\text{ Hz}$ e $20.000\text{ Hz}$, conhecido como o som audível. Seguindo esse pressuposto, o som mais agudo que o ouvido humano é capaz de ouvir, a essa temperatura, tem um comprimento de onda igual a:

(A)$20\text{ mm}.$
(B)$17\text{ mm}.$
(C)$20.000\text{ cm}.$
(D)$17\text{ m}.$
(E)$17\text{ cm}.$

Gabarito oficial — UESB 2024

(B)
Resolução comentada

O som mais agudo corresponde à frequência mais alta do espectro audível ($f = 20.000\text{ Hz}$).

Pela Equação Fundamental da Ondulatória ($v = \lambda \cdot f$):

$$340 = \lambda \cdot 20.000 \Rightarrow \lambda = \frac{340}{20.000} = 0,017\text{ m}$$

Convertendo para milímetros ($1\text{ m} = 1000\text{ mm}$):

$$\lambda = 0,017 \times 1000\text{ mm} = 17\text{ mm}$$

Alternativa correta: (B)

Q39
Eletromagnetismo — Transformadores e Indução Eletromagnética

O texto seguinte servirá de base para responder à questão 39.

O Transformador de Tensão

Esquema de um transformador de tensão com enrolamento primário e secundário

"As inúmeras instalações elétricas muitas vezes necessitam que a tensão fornecida pelas companhias de energia elétrica aumente ou diminua. Assim sendo, é necessária a utilização de um dispositivo que permita fazer essa transformação de tensão. Por exemplo, imagine que você compra um aparelho de mini system e descobre que ele é fabricado para funcionar com uma tensão de $110\text{ V}$, no entanto, em sua casa só existem tomadas com tensão de $220\text{ V}$. O que fazer nesse caso? A forma mais fácil de usar o aparelho de mini system, sem que ele seja danificado, é utilizar um aparelho denominado transformador. Esse aparelho consegue modificar tensões para que os aparelhos não sejam danificados."

"De funcionamento bem simples, o transformador é um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz. O transformador de tensão é constituído por uma peça de ferro, denominada de núcleo do transformador, ao redor do qual são enroladas duas bobinas. Em uma dessas bobinas é aplicada a tensão que se deseja transformar, ou seja, aumentar ou diminuir. Essa bobina é chamada de bobina primária ou enrolamento primário. Depois de transformada, a tensão é estabelecida nos terminais da outra bobina, que é denominada bobina secundária ou enrolamento secundário."

"Um transformador funciona do seguinte modo: ao aplicar uma tensão alternada no enrolamento primário surgirá uma corrente, também alternada, que percorrerá todo o enrolamento. Através dessa corrente estabelece-se um campo magnético no núcleo de ferro, esse por sua vez sofre várias flutuações e, consequentemente, surge um fluxo magnético que é induzido na bobina secundária."

Publicado por Marco Aurélio da Silva Santos

Os motores dos automóveis com motores a combustão (queima do combustível fóssil) necessitam, para a explosão, de uma centelha elétrica gerada por uma diferença de potencial de milhares de volts nas velas ligadas às bobinas. A elevação da tensão na bateria do automóvel é gerada pela:

(A)Elevação da tensão na bobina transformadora, somente em circuitos de corrente contínua.
(B)Elevação da tensão pela bobina que ocorre através da transmissão da corrente da bateria para as velas, por meio de ondas eletromagnéticas.
(C)Bobina que é um transformador de potência elétrica que aumenta a energia do enrolamento primário para uma energia que atinge milhares de volts no enrolamento secundário.
(D)Bobina, constituída por dois enrolamentos: o primário, que é atravessado por uma corrente variável e o secundário, que é induzido e gera alta tensão.
(E)Bobina, um circuito de eletricidade estática que atinge voltagens elevadas.

Gabarito oficial — UESB 2024

(D)
Resolução comentada

A bobina de ignição funciona como um autotransformador/transformador elevador: quando a corrente contínua vinda da bateria é interrompida subitamente (tornando-se variável no tempo), há uma variação rápida de fluxo magnético no primário, a qual induz uma alta voltagem (de dezenas de milhares de volts) no enrolamento secundário para gerar a centelha elétrica nas velas.

Alternativa correta: (D)

Q40
Cinemática — Lançamento Horizontal

Durante uma das brincadeiras de crianças, um menino, à beira de um riacho, atira uma pedra, posicionando-a horizontalmente a uma altura de $125\text{ cm}$.

Menino arremessando pedra horizontalmente na margem do riacho

Considerando que nesse local a aceleração da gravidade vale $10\text{ m/s}^2$, a resistência do ar pode ser desprezada e sabendo que a pedra percorre uma distância horizontal de $5\text{ m}$, desde a linha vertical que sai da mão do menino até atingir o solo, na outra margem do riacho, a velocidade com que a pedra atinge o solo é de:

(A)$40\text{ km/h}.$
(B)$60\text{ km/h}.$
(C)$20\text{ km/h}.$
(D)$11\text{ km/h}.$
(E)$15\text{ km/h}.$

Gabarito oficial — UESB 2024

(A)
Resolução comentada

1. Tempo de queda no eixo vertical ($h = 125\text{ cm} = 1,25\text{ m}$):

$$h = \frac{g t^2}{2} \Rightarrow 1,25 = \frac{10 \cdot t^2}{2} \Rightarrow 1,25 = 5 t^2 \Rightarrow t^2 = 0,25 \Rightarrow t = 0,5\text{ s}$$

2. Componente horizontal da velocidade ($v_x$):

$$d = v_x \cdot t \Rightarrow 5 = v_x \cdot 0,5 \Rightarrow v_x = 10\text{ m/s}$$

3. Componente vertical da velocidade ao tocar o solo ($v_y$):

$$v_y = g \cdot t = 10 \cdot 0,5 = 5\text{ m/s}$$

4. Velocidade resultante ao atingir o solo ($v$):

$$v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2} = \sqrt{10^2 + 5^2} = \sqrt{100 + 25} = \sqrt{125} \approx 11,18\text{ m/s}$$

5. Convertendo para km/h ($11,18 \times 3,6 \approx 40,24\text{ km/h} \approx 40\text{ km/h}$):

Alternativa correta: (A)

Q41
Dinâmica — Trabalho e Potência Mecânica

O documentário "Cabra Marcado para Morrer" mostra em uma de suas cenas camponeses trabalhando na construção de um telhado. Para cobrir a varanda da casa foram necessárias 180 telhas dispostas alternadamente e amarradas entre si por atrito e pelo próprio peso. O trabalhador precisa levantar cada telha de $1,2\text{ kg}$ do chão até $2\text{ m}$ de altura, uma por vez. Sabe-se que o trabalho todo demorou 3 horas pra ser finalizado, sem paradas para descanso. Assuma que a aceleração da gravidade vale aproximadamente $10\text{ m/s}^2$ em seus cálculos. Respectivamente sobre o trabalho e potência mecânica desenvolvidos nesta tarefa, analise as afirmativas a seguir, indicando V, para as verdadeiras, e F, para falsas:

( ) Ao levantar cada telha o homem acumula energia cinética e dissipa energia potencial gravitacional.

( ) A potência mecânica total será igual a 36 W e o trabalho 4380 J.

( ) Ao levantar cada telha a energia potencial acumulada é igual a 24 J.

( ) A potência total necessária para subir todas as telhas foi de 48 W.

( ) O trabalho será igual à variação da energia interna no movimento.

Assinale a alternativa com a sequência correta:

(A)F – V – F – V – V
(B)V – F – V – F – F
(C)F – F – V – F – F
(D)V – F – V – V – V
(E)F – V – F – F – V

Gabarito oficial — UESB 2024

(C)
Resolução comentada

1. Avaliando as afirmações:

• (F) Ao levantar a telha, acumula-se energia potencial gravitacional ($E_p = mgh$).

• (F) Trabalho total $= 180 \times (1,2 \times 10 \times 2) = 180 \times 24 = 4320\text{ J}$. Tempo $= 3\text{ h} = 10800\text{ s}$. Potência $= \frac{4320}{10800} = 0,4\text{ W}$.

• (V) Energia potencial acumulada por telha $= m \cdot g \cdot h = 1,2 \cdot 10 \cdot 2 = 24\text{ J}$.

• (F) A potência total é $0,4\text{ W}$, não $48\text{ W}$.

• (F) O trabalho útil é igual à variação de energia potencial gravitacional.

A sequência correta é F – F – V – F – F.

Alternativa correta: (C)

Q42
Eletrodinâmica — Associação de Pilhas/Geradores

Em alguns aparelhos eletrônicos, seu funcionamento depende diretamente da fonte que alimenta o seu circuito principal e assim fazendo com que suas funções sejam plenamente executadas. Para que um determinado aparelho funcione é necessária uma bateria de ddp $8,0\text{ V}$, que será obtida pela associação de várias pilhas ideais de $2,0\text{ V}$ cada uma.

Determine a opção que apresenta duas alternativas possíveis para o funcionamento correto desse aparelho eletrônico:

Esquema das opções de associação de pilhas em série e paralelo nas alternativas A, B, C, D e E
(A)Associação A (4 pilhas de 2V em série OU 2 ramos em paralelo de 4 pilhas de 2V em série)
(B)Associação B
(C)Associação C
(D)Associação D
(E)Associação E

Gabarito oficial — UESB 2024

(A)
Resolução comentada

Para obter $8,0\text{ V}$ a partir de geradores de $2,0\text{ V}$:

1. Deve-se ter $4$ pilhas conectadas em série: $2,0 + 2,0 + 2,0 + 2,0 = 8,0\text{ V}$.

2. Ou conectar em paralelo dois ramos idênticos, em que cada ramo possui 4 pilhas em série (mantendo a ddp de $8,0\text{ V}$ no circuito e aumentando a capacidade de corrente).

A única alternativa que apresenta ambas as configurações corretas com a polaridade sequencial (+ com -) é a Alternativa A.

Alternativa correta: (A)

Q43
Óptica Geométrica — Fontes e Feixes Luminosos

O documentário "Os Porcos e a Reza", além de ilustrar as atividades agrícolas e religiosas na Barragem de Pedras, insere o espectador na atmosfera do local, pelo emprego elaborado de sons e luzes entrelaçantes que mesclam a convivência compartilhada de homens e animais. No jogo de luzes e sombras brilhantemente explorado pelo filme, pode-se notar por diversas vezes a imagem de velas acesas. A respeito dos fenômenos ópticos usados pelos idealizadores, podemos assinalar como correta a seguinte afirmação:

(A)O reflexo especular da chama da vela nos fornece uma imagem invertida, real e distorcida.
(B)A chama da vela constitui uma fonte puntiforme de luz quando vista de muito perto.
(C)A luz da vela que atravessa as lentes convergentes da câmera de filmagem forma uma chama invertida, ampliada e conjugada.
(D)A reflexão da luz da vela na superfície curva da lente dos óculos fornece uma imagem direita, real e ampliada.
(E)Os raios de luz emitidos pela chama da vela divergem entre si.

Gabarito oficial — UESB 2024

(E)
Resolução comentada

A chama de uma vela atua como uma fonte de luz primária e extensa que emite feixes de luz divergentes que se espalham em todas as direções a partir de cada ponto do filamento/chama.

Alternativa correta: (E)

Q44
Estática — Equilíbrio do Corpo Extenso

Um arquiteto confeccionando, em um de seus projetos de design, deve manter todo o estilo e assinatura de suas obras, mas também montar uma estrutura que se mantenha em equilíbrio. Para isso se apropria de um projeto que já existe, chamado Tensegridade ou Integridade Tensional, que se utiliza da tensão, ou tração nos fios, cordas ou cabos e da integridade do equilíbrio de estruturas em corpos extensos, como madeiras, concreto ou plásticos. Uma dessas estruturas é a ponte estaiada sobre a Linha Vermelha na Cidade do Rio de Janeiro ou Ponte do Saber.

Fotografia da Ponte do Saber no Rio de Janeiro

Sobre essas estruturas, é correto afirmar que:

(A)Não há equilíbrio total em nenhuma estrutura arquitetônica.
(B)O somatório das forças e dos momentos sejam nulos.
(C)Somente o somatório dos torques é nulo.
(D)As estruturas não podem se manter estáticas.
(E)Somente a resultante das forças é nula.

Gabarito oficial — UESB 2024

(B)
Resolução comentada

Para um corpo extenso rígido estar em equilíbrio estático completo, duas condições de equilíbrio devem ser rigorosamente atendidas:

1. Equilíbrio de translação: a resultante de todas as forças aplicadas deve ser nula ($\Sigma \vec{F} = \vec{0}$).

2. Equilíbrio de rotação: o somatório de todos os momentos (ou torques) em relação a qualquer ponto deve ser nulo ($\Sigma \vec{M} = \vec{0}$).

Alternativa correta: (B)

Q45
Ondulatória — Efeito Doppler

No filme "Filho de Boi", o carro de som anuncia ao público por seus alto-falantes a seguinte mensagem: "Alô! Alô! O Circo Papa Léguas convida você para uma noite de grandes atrações... isso mesmo, não perca!".

Nesse contexto, analise as asserções a seguir relativamente à emissão e propagação de ondas sonoras pelo veículo em movimento:

(A)As ondas sonoras emitidas propagam-se somente em linha reta como oscilações transversais no ar.
(B)As frentes de onda emitidas pelo carro de som em movimento se aproximam entre si na dianteira da fonte sonora e se afastam entre si na parte posterior.
(C)As frentes de onda emitidas sofrem refração de Young conforme a direção da velocidade do vento muda.
(D)O som emitido pelos alto-falantes é gerado pela difusão do campo magnético de seus ímãs no espaço e pela consequente indução de campos elétricos variáveis no tempo, de acordo com a Lei de Faraday da indução eletromagnética.
(E)No espaço vazio o som propaga-se a uma velocidade de $340\text{ m/s}$ que varia com a temperatura do local.

Gabarito oficial — UESB 2024

(B)
Resolução comentada

Devido ao movimento da fonte sonora (Efeito Doppler), as frentes de onda são comprimidas à frente da fonte (comprimento de onda menor e frequência percebida maior) e espaçadas atrás dela (comprimento de onda maior e frequência percebida menor).

Alternativa correta: (B)

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