UNEB · 2011 — Física com resolução

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Processo Seletivo 2011 · Ciências da Natureza · Física: Q18, Q21, Q25, Q28, Q30, Q35, Q37, Q39.

Q18
Termologia — Propagação do calor — Energia solar incidente em um plantio

O capim, do tipo elefante, foi importado da África há 100 anos para alimentar o gado em períodos de estiagem. Resistente à seca e capaz de se desenvolver, mesmo em solos pobres, ele foi usado durante décadas por pecuaristas de regiões inóspitas do país. [...] A energia resultante é transferida para uma subestação conectada à rede nacional de distribuição elétrica. (VARGAS, 2010, p. 112).

A Terra recebe continuamente do Sol energia equivalente a 1,3kW/m2 e em torno de 30% dessa energia é refletida pela atmosfera, não alcançando a superfície do planeta.

Sabendo-se que a radiação solar incide perpendicularmente sobre uma área plana de oito hectares de plantio de capim-elefante e que um hectare é igual a um hectômetro quadrado, pode-se afirmar que a energia absorvida pelo capim-elefante, em 10h de insolação, é aproximadamente igual, em kWh, a

01)
1,1.104
02)
3,5.105
03)
3,9.106
04)
7,3.105
05)
7,5.104

Gabarito.

04
Resolução comentada

Chega à superfície 70% de 1,3 kW/m², ou seja, 0,91 kW/m². A área é 8 hm² = 8·(100 m)² = 8,0·10⁴ m²:

$$E=I\,A\,\Delta t=0{,}91\cdot8{,}0\times10^{4}\cdot10\approx7{,}3\times10^{5}\ \mathrm{kWh}$$

Alternativa 04.

Q21
Eletricidade — Campo elétrico — Campo elétrico uniforme em uma camada de tecido

Pesquisadores desenvolveram um filtro projetado para purificar a água que permite a passagem de bactérias, as quais são mortas ao atravessarem o filtro. Em vez de capturar fisicamente as bactérias, como a maioria dos filtros faz, o nanofiltro deixa que elas passem, matando-as nessa passagem com um campo elétrico que atravessa o algodão, que se torna altamente condutor graças aos materiais que são incorporados em suas fibras. Em teste de laboratório, mais de 98 por cento das bactérias Escherichia coli presentes na água foram mortas ao passarem por uma camada de tecido de algodão nanorrevestido de 6,3cm de espessura, submetido a uma tensão de 30 volts. [...] (FILTRO ..., 2010)

Com base nas informações do texto, pode-se concluir que o campo elétrico estabelecido na camada de tecido de algodão nanorrevestido tem intensidade, expressa no Sistema Internacional de Medidas, aproximadamente igual a

01)
476,2
02)
47,6
03)
4,8
04)
0,4
05)
0,5

Gabarito.

01
Resolução comentada

Em um campo uniforme, E = U/d, com d = 6,3 cm = 6,3·10⁻² m:

$$E=\frac{U}{d}=\frac{30}{6{,}3\times10^{-2}}\approx476{,}2\ \mathrm{V/m}$$

Alternativa 01.

Q25
Termologia — Termodinâmica — Potência de uma máquina térmica a partir do diagrama pV
Diagrama pressão (10⁵ Pa) por volume (10⁻³ m³) de um ciclo trapezoidal percorrido no sentido horário.

A figura representa o diagrama de um ciclo descrito por um sistema cilindro-pistão de uma máquina térmica.

Considerando-se o fluido de trabalho como sendo um gás ideal e sabendo-se que a máquina descreve dois ciclos por segundo, é correto afirmar que a potência desenvolvida por essa máquina é igual, em W, a

01)
2500,0
02)
1200,0
03)
860,0
04)
600,0
05)
100,0

Gabarito.

02
Resolução comentada

O ciclo é percorrido no sentido horário, logo o trabalho é positivo e igual à área do trapézio de bases 2·10⁵ Pa e 1·10⁵ Pa (alturas em p) e largura ΔV = (5 − 1)·10⁻³ m³:

$$W=\frac{(2+1)\times10^{5}}{2}\cdot4\times10^{-3}=600\ \mathrm{J}$$

Com f = 2 ciclos/s:

$$P=W\,f=600\cdot2=1200\ \mathrm{W}$$

Alternativa 02.

Q28
Mecânica — Conceitos de Física — Energia das ondas e geração elétrica

Navegar é preciso, observou certo dia o poeta português Fernando Pessoa. Boiar, também. Pelo menos é no que acreditam os engenheiros responsáveis pelo projeto e construção de três imensas balsas vermelhas. O Parque de Ondas da Aguçadora, nome da praia em frente a qual o projeto-piloto foi montado, é a primeira fazenda portuguesa de aproveitamento da energia das ondas. As estruturas cilíndricas flutuadoras, chamadas Pelamis, lembram banana-boats. [...] As balsas são semissubmersíveis e articuladas. Elas se ligam umas às outras como os gomos de um rolo de salsichas. [...] Em um movimento de gangorra, as balsas sobem e descem ao sabor da ondulação. No interior de cada uma, há um reservatório com óleo sob alta pressão. A ondulação faz o óleo se mover para frente e para trás, acionando os geradores que produzem 750 quilowatts de eletricidade, transferidos por um cabo submarino ao continente. (MOON, 2010).

Com base nas informações do texto e nos conhecimentos sobre mecânica newtoniana, mecânica ondulatória e eletromagnetismo, é correto afirmar:

01)
A força resultante que atua sobre as estruturas cilíndricas flutuadoras é a força de empuxo que a água do mar exerce sobre as Pelamis.
02)
A frequência do movimento das balsas que sobem e descem é igual ao dobro da frequência das ondas do mar.
03)
A energia elétrica produzida nos geradores se deve à movimentação das bobinas que ficam imersas na região do campo magnético, produzindo variação do fluxo magnético em função do tempo.
04)
A energia elétrica produzida pelas ondas do mar deve ser conduzida para o continente, utilizando-se cabo submarino, mantido à baixa tensão e percorrido por uma corrente elétrica de alta intensidade.
05)
O princípio da produção de energia elétrica a partir da energia mecânica produzida pelas ondas do mar, com o movimento do óleo mantido sob alta pressão no reservatório, é fundamentado na lei de Pascal.

Gabarito.

03
Resolução comentada

• 01 (F): o empuxo equilibra o peso; a resultante é a soma de todas as forças e, para balsas que oscilam, é dada pela dinâmica do movimento, não só pelo empuxo.

• 02 (F): a balsa oscila com a frequência da onda que a excita, e não com o dobro.

• 03 (V): o movimento relativo entre bobinas e campo varia o fluxo magnético e, pela lei de Faraday, induz fem.

• 04 (F): para reduzir as perdas por efeito Joule (P = Ri²), a transmissão usa alta tensão e baixa corrente.

• 05 (F): o princípio de geração elétrica é a indução eletromagnética; a lei de Pascal explica a transmissão de pressão no óleo, mas não a produção de eletricidade.

Alternativa 03.

Q30
Eletricidade — Eletrostática — Raios e descargas elétricas

Sobre a descarga elétrica que desencadeia reações químicas entre poluentes lançados por diversas fontes na atmosfera terrestre, formando compostos ácidos que caem em forma de chuva ácida, é correto afirmar:

01)
Os raios caem preferencialmente sobre objetos pontiagudos porque, nas vizinhanças desses objetos, existem campos elétricos intensos que ionizam o ar dessas regiões.
02)
A descarga elétrica que ocorre entre partes de uma mesma nuvem resulta da movimentação das cargas elétricas dos pontos de maior potencial para os de menor potencial.
03)
Os raios, formados por cargas elétricas em movimento ordenado, produzem ondas mecânicas que podem ser ouvidas por observadores que se encontram em repouso no solo.
04)
A descarga elétrica entre as nuvens ocorre quando se estabelece, nessa região, um campo elétrico uniforme de intensidade menor do que a rigidez dielétrica do ar.
05)
O trovão, resultante do efeito térmico das correntes, é uma onda transversal que apresenta o fenômeno de polarização.

Gabarito.

01
Resolução comentada

• 01 (V): é o poder das pontas: o campo elétrico é mais intenso nas vizinhanças de pontas, onde pode ionizar o ar.

• 02 (F, imprecisa): o sentido do movimento depende do sinal das cargas, e em uma nuvem são os elétrons que se deslocam dos pontos de menor para os de maior potencial.

• 03 (F, imprecisa): o som do trovão resulta da expansão térmica do ar aquecido pela descarga, e não do movimento ordenado de cargas.

• 04 (F): a descarga ocorre quando o campo supera a rigidez dielétrica do ar.

• 05 (F): o trovão é onda sonora, mecânica e longitudinal, e ondas longitudinais não se polarizam.

Alternativa 01.

Q35
Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Campo elétrico de uma onda eletromagnética

Considere uma radiação infravermelha com frequência de 1,0.1013Hz, que se propaga afastando-se da superfície terrestre, com velocidade de módulo igual a 3,0.105km/s. Sabendo-se que, em determinado instante, o campo magnético da radiação tem intensidade igual a 6,0.10−5T, e o sentido de sul para norte, é correto afirmar que, nesse instante, a característica vetorial do campo elétrico dessa radiação pode ser expressa como

01)
3,0.10−8 V/m, direção vertical, de norte para sul.
02)
2,0.1013 V/m, direção inclinada, formando ângulo de 60o com a horizontal.
03)
2,0.1013 V/m, direção inclinada, formando ângulo de 45o com a horizontal.
04)
1,8.104 V/m, direção horizontal, de oeste para leste.
05)
1,8.104 V/m, direção inclinada, formando ângulo de 30o com a horizontal.

Gabarito.

04
Resolução comentada

Em uma onda eletromagnética no vácuo, E = cB, com c = 3,0·10⁸ m/s:

$$E=cB=3{,}0\times10^{8}\cdot6{,}0\times10^{-5}=1{,}8\times10^{4}\ \mathrm{V/m}$$

O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético e à direção de propagação, e o produto vetorial E × B tem o sentido da propagação. Adotando x para leste, y para norte e z para cima: B aponta para y (sul → norte) e a propagação, para z (afastando-se da superfície). Como x̂ × ŷ = ẑ, E aponta para x, ou seja, é horizontal, de oeste para leste.

Alternativa 04.

Q37
Mecânica — Dinâmica — Leis de Newton e movimento dos corpos celestes

Em 1687, Isaac Newton publicou seu trabalho, alicerçado nos estudos de Kepler, Galileu e Descartes, no célebre tratado Philosophiae Naturalis Principia Mathematica — Princípios matemáticos de filosofia natural —, assombrando o mundo do conhecimento. A coleção consistia de três volumes. No volume III, Newton revela seu gênio de maneira mais extraordinária. Nele apresenta a descrição quantitativa exata dos movimentos dos corpos celestes, com base nas três leis do movimento. (BRENNAN, 1998, p. 46)

Sobre o movimento dos corpos celestes e as três leis do movimento de Newton, é correto afirmar:

01)
No universo newtoniano, todo objeto é caracterizado por seu peso, o qual indica a tendência de um objeto a resistir a qualquer mudança em seu estado de movimento.
02)
As várias forças que produzem uma mudança de movimento é uma combinação das diferentes intensidades, direções e sentidos dessas forças.
03)
A força centrípeta que atua sobre um corpo que realiza um movimento circular uniforme não obedece à segunda lei de Newton, porque essa força não atua sobre um corpo que descreve movimento retilíneo.
04)
A segunda lei de Newton evidencia que os módulos das forças de atração que dois corpos exercem um sobre o outro são sempre iguais.
05)
A força centrípeta que mantém os planetas em suas órbitas, em torno do Sol, varia inversamente com o cubo da distância que separa o Sol desses planetas.

Gabarito.

02
Resolução comentada

• 01 (F): a tendência a resistir à mudança de movimento é a inércia, medida pela massa, e não pelo peso.

• 02 (V): a resultante é a soma vetorial das forças, com suas intensidades, direções e sentidos.

• 03 (F): a força centrípeta obedece à segunda lei: F = mv²/R.

• 04 (F): a igualdade dos módulos das forças de atração é a terceira lei (ação e reação).

• 05 (F): a força gravitacional varia com o inverso do quadrado da distância.

Alternativa 02.

Q39
Óptica — Óptica geométrica — Olho humano, lentes e câmara escura

Para que ocorra a visão, é necessário que exista uma fonte de luz. [...] A luz entra pela pupila e atravessa o cristalino, o qual projeta uma imagem na retina. [...] Na produção de filmes 3D, a câmara estereoscópica simula a visão do olho humano. Cada lente é colocada a cerca de seis centímetros uma da outra. [...] Um truque utilizado pela indústria é filmar através de uma lente e usar um espelho para projetar uma imagem deslocada em uma segunda lente. (KILNER, 2010).

Com base nas informações do texto e nos conhecimentos sobre Óptica Geométrica, é correto afirmar:

01)
A imagem formada na retina do olho tem as mesmas características da imagem formada em uma câmara escura.
02)
A imagem formada por uma lente convergente de um objeto situado a qualquer posição diante dessa lente pode ser reproduzida pelo cristalino do olho.
03)
A lente da câmara estereoscópica utilizada para produzir filme 3D é divergente.
04)
O espelho usado para projetar uma imagem deslocada em uma segunda lente é convexo.
05)
O olho que observa por uma lente com filtro vermelho vê imagem dessa cor porque essa lente reflete difusamente a luz vermelha proveniente da tela.

Gabarito.

01
Resolução comentada

• 01 (V): em ambos os casos a imagem é real, invertida e menor que o objeto.

• 02 (F): o cristalino só forma imagem nítida na retina de objetos dentro de certo intervalo de distâncias (ponto próximo e ponto remoto), e não para qualquer posição.

• 03 (F): a câmara projeta imagem real sobre o sensor, o que exige lente convergente.

• 04 (F): para deslocar a imagem sem deformá-la usa-se espelho plano; o texto não indica espelho convexo.

• 05 (F): um filtro vermelho transmite a luz vermelha e absorve as demais; não a reflete difusamente.

Alternativa 01.

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