UNEB · 2022.2 — Física com resolução

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Vestibular 2022.2 · Ciências da Natureza · Física: Q16, Q17, Q18, Q19, Q20, Q21, Q22, Q23, Q24.

Q16
Mecânica — Dinâmica — Segunda lei de Newton e quantidade de movimento

Isaac Newton, em um de seus axiomas do primeiro livro dos Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, afirma que a força impressa é diretamente proporcional à variação [temporal] do [da quantidade] movimento. Esse axioma ficou conhecido como:

[Obs.: Considere F = força; m e M = massas; q = cargas; r = distância; v = velocidade; G = constante universal da gravitação; k = constante; t = tempo]

01)
Lei da Inércia, ∑ F = 0.
02)
Lei Gravitacional, F = [G.m.M]/r2.
03)
Lei da Ação e Reação, F12 = F21.
04)
Lei do Magnetismo, F = [k.q1.q2]/r2.
05)
Segunda Lei ou Princípio Fundamental da Dinâmica, F = ∆(m.v) / ∆t.

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

05
Resolução comentada

A força proporcional à taxa de variação da quantidade de movimento é a segunda lei de Newton:

$$F=\frac{\Delta(mv)}{\Delta t}$$

As demais leis são: inércia (ΣF = 0, 1ª lei), gravitação, ação e reação (3ª lei) e lei de Coulomb (a alternativa D, chamada de "magnetismo", traz a forma elétrica).

Alternativa 05.

Q17
Termologia — Calorimetria — Equivalente mecânico do calor
Ilustração do aparelho de Joule: recipiente com pás girando, movido por pesos que descem.

Na história da ciência, no séc. XIX, um conceito da termodinâmica teve participação importante no desenvolvimento e na aceitação de um dos princípios de conservação, tendo sido baseado em um fator constante que relacionava a caloria à energia medida pelo aparelho ilustrado a seguir. As denominações desse fator, do princípio de conservação e do autor do aparelho são, respectivamente:

01)
Frequência de Planck; conservação do momento; Max Planck.
02)
Constante de Hubble; conservação da paridade; Edwin Hubble.
03)
Equivalente flogístico; conservação da massa; James Watt.
04)
Equivalente mecânico do calor; conservação da energia; James Prescott Joule.
05)
Equivalente do calórico; conservação do momento angular; Thomas Newcomen.

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

04
Resolução comentada

O aparelho em que pesos que descem fazem girar pás dentro de um recipiente com água mostra que o trabalho mecânico se converte em calor, com a razão constante ≈ 4,18 J/cal. É o equivalente mecânico do calor, de James Prescott Joule, que sustenta o princípio de conservação da energia.

Alternativa 04.

Q18
Termologia — Gases ideais — Transformação isotérmica (lei de Boyle)

Quando a temperatura de uma amostra de gás permanece constante, sua variação de volume é

01)
diretamente proporcional à sua variação de número de moles.
02)
inversamente proporcional à sua variação de pressão.
03)
inversamente proporcional ao quadrado da energia interna.
04)
diretamente proporcional ao número de Avogadro.
05)
inversamente proporcional ao logaritmo neperiano da pressão.

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

02
Resolução comentada

Para uma massa fixa de gás ideal a temperatura constante vale a lei de Boyle:

$$p\,V=\mathrm{constante}$$

O volume varia de modo inversamente proporcional à pressão. (A alternativa B é a que traduz essa relação; as demais não decorrem da lei.)

Alternativa 02.

Q19
Eletricidade — Eletrostática — Poder das pontas
Linhas de campo em torno de uma placa e de um corpo com extremidade pontiaguda.

A figura a seguir ilustra um fenômeno físico bastante conhecido, que pode ser identificado como

01)
o poder da difração.
02)
o poder das pontas em um campo magnético.
03)
o poder da refração entre meios.
04)
o poder da polarização da luz.
05)
o poder da dilatação relativística temporal.

Gabarito.

02
Resolução comentada

A figura mostra as linhas de campo concentradas na extremidade pontiaguda do corpo, o que caracteriza o poder das pontas. Nenhuma das outras alternativas (difração, refração, polarização, dilatação do tempo) descreve esse padrão.

Alternativa 02.

Q20
Física moderna — Radioatividade — Radiação eletromagnética emitida pelo núcleo

A radiação eletromagnética emitida por um núcleo atômico é mais provável que seja na forma de

01)
raios gama.
02)
micro-ondas.
03)
ultrassom.
04)
luz visível.
05)
radiação infravermelha.

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

01
Resolução comentada

As transições entre níveis de energia do núcleo envolvem energias da ordem de MeV, e a radiação eletromagnética correspondente é a radiação gama. O ultrassom é onda mecânica, e micro-ondas, infravermelho e luz visível associam-se a transições moleculares e eletrônicas.

Alternativa 01.

Q21
Eletricidade — Eletrostática — Forças elétricas sobre um elétron
Três arranjos de um elétron (e) e dois prótons (p): (1) em linha, prótons do mesmo lado; (2) em linha, elétron entre os prótons; (3) em L.

As seguintes figuras mostram três arranjos envolvendo um elétron (e) e dois prótons (p).

Assinale a alternativa que representa a magnitude das forças eletrostáticas líquidas agindo sobre o elétron devido aos prótons.

01)
F1 > F2 > F3
02)
F1 = F2 > F3
03)
F1 > F3 > F2
04)
F2 > F1 > F3
05)
F2 > F3 > F1

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

03
Resolução comentada

Cada próton atrai o elétron com módulos a = ke²/d² e b = ke²/D².

(1) Os dois prótons estão do mesmo lado: forças de mesmo sentido, F1 = a + b.

(2) Prótons em lados opostos: forças em sentidos contrários, F2 = |a − b|.

(3) Forças perpendiculares:

$$F_3=\sqrt{a^2+b^2}$$

Como a + b > √(a² + b²) > |a − b|:

$$F_1>F_3>F_2$$

Alternativa 03.

Q22
Mecânica — Cinemática — Gráfico a × t e gráfico d × t
Gráfico da aceleração a em função do tempo t com quatro trechos: I positivo constante, II negativo constante, III nulo, IV positivo constante.

Considere o seguinte gráfico a × t (aceleração × tempo):

Assinale a alternativa que representa os quatro trechos do gráfico.

[Obs.: Considere d = distância; v = velocidade; t = tempo]

01)
Gráfico d × t em degraus decrescentes.
02)
Gráfico d × t que cresce e termina horizontal.
03)
Gráfico v × t com trechos curvo, crescente e decrescente.
04)
Gráfico v × t com trechos linear, constante, crescente e decrescente.
05)
Gráfico d × t com concavidade para cima, para baixo, reta e para cima.

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

05
Resolução comentada

Em cada trecho da aceleração, a curva d × t tem a seguinte forma:

I (a > 0): a velocidade cresce e d × t tem concavidade para cima. II (a < 0): a velocidade diminui e a concavidade é para baixo. III (a = 0): velocidade constante e d × t é uma reta. IV (a > 0): concavidade para cima novamente.

As opções com gráficos v × t (C e D) não correspondem: em III a velocidade seria constante e, em II, decrescente linear. As opções A e B não têm essa sucessão de concavidades. Resta a E.

Alternativa 05.

Q23
Ondulatória — Fenômenos ondulatórios — Difração, polarização e interferência

Os fenômenos ilustrados a seguir, A, B e C, são, respectivamente:

A: ondas planas atravessam uma fenda e se espalham além dela.
B: dois filtros polarizadores circulares sobrepostos sobre um texto.
C: padrão de ondas geradas por duas fontes próximas.
01)
refração, efeito Casimir, Doppler-Fizeau.
02)
polarização, reflexão, refração.
03)
Doppler-Fizeau, interferência, polarização.
04)
difração, polarização, interferência.
05)
efeito Casimir, polarização, refração.

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

04
Resolução comentada

A: a frente de onda plana, ao passar por uma fenda de largura da ordem de λ, se curva e se espalha, o que é difração.

B: a região de sobreposição dos dois filtros fica escura, característica de polarização.

C: a superposição das ondas de duas fontes forma regiões de reforço e anulamento, que é interferência.

Alternativa 04.

Q24
Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Faixas de frequência do infravermelho e da luz visível

A única diferença entre calor e luz é a frequência da radiação. As radiações de calor (infravermelhas) estão contidas em um intervalo [1] e as radiações luminosas estão em um intervalo [2]. Os intervalos [1] e [2] são, respectivamente:

01)
5.1011 Hz a 4.1013 Hz; 2.1014 Hz a 7.1014 Hz
02)
2.1010 Hz a 4.1014 Hz; 4.1015 Hz a 6.1016 Hz
03)
3.1010 Hz a 5.1020 Hz; 6.1014 Hz a 7.1014 Hz
04)
1.1011 Hz a 4.1014 Hz; 4.1014 Hz a 8.1014 Hz
05)
4.1011 Hz a 6.1014 Hz; 7.1014 Hz a 9.1014 Hz

Gabarito. As alternativas estão numeradas de 01 a 05, correspondendo às letras (A) a (E) da prova original.

04
Resolução comentada

A luz visível ocupa λ de cerca de 380 nm a 780 nm, isto é, f = c/λ de cerca de 4·10¹⁴ Hz a 8·10¹⁴ Hz. O infravermelho está logo abaixo, de cerca de 10¹¹ Hz a 4·10¹⁴ Hz. As duas faixas se encontram em 4·10¹⁴ Hz, como na alternativa D.

Alternativa 04.

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