Considere duas garrafas idênticas, uma contendo 1 kg de leite e outra contendo 1 kg de água, ambas inicialmente a 15 °C e expostas à temperatura ambiente de 21 °C. A capacidade térmica do leite integral é, aproximadamente, 3,93 kJ·K⁻¹·kg⁻¹ e da água é 4,19 kJ·K⁻¹·kg⁻¹. Considere que a condutividade e a emissividade térmica sejam as mesmas para os dois líquidos. Com base nessas informações, é correto afirmar que, ao atingir o equilíbrio térmico com o ambiente,
As duas garrafas recebem calor do ambiente do mesmo jeito (mesma condutividade, mesma emissividade, mesma diferença de temperatura no início). A diferença está em quanto calor cada líquido precisa.
Para subir de $15$ a $21\ ^\circ\text{C}$, $1\ \text{kg}$ de leite precisa de $3{,}93\cdot6\approx23{,}6\ \text{kJ}$, e a água de $4{,}19\cdot6\approx25{,}1\ \text{kJ}$. Recebendo calor no mesmo ritmo, o leite chega antes.
As outras: o leite tem calor específico menor (cai a A); não há mudança de fase entre $15$ e $21\ ^\circ\text{C}$ (cai a C); e, no equilíbrio, a água terá absorvido mais energia, não o leite (cai a D).
O combustível acondicionado no interior de um botijão de GLP — gás liquefeito de petróleo — de 13 kg ocupa aproximadamente 15% do espaço no estado gasoso, o restante encontra-se no estado líquido. Estando a fase gasosa e a fase líquida em equilíbrio térmico, é correto afirmar que
Vapor e líquido estão em contato e em equilíbrio. Desprezando o peso do próprio líquido, a pressão na superfície de separação é uma só: a do vapor é igual à do líquido. É a pressão de vapor do GLP naquela temperatura.
Sobre o vazamento: para o líquido virar gás, ele precisa de energia (calor latente de vaporização). Ele tira essa energia do ambiente, por isso o botijão chega a gelar e até a formar gelo na válvula quando vaza. O GLP recebe calor, e não cede; por isso a D está errada.
De acordo com dados de um fabricante de fogões, uma panela com 2,2 litros de água à temperatura ambiente chega a 90 °C em pouco mais de seis minutos em um fogão elétrico. O mesmo teste foi feito em um fogão convencional, a GLP, sendo necessários 11,5 minutos. Sobre a água aquecida, é correto afirmar que
Nos dois fogões, a mesma quantidade de água ($2{,}2\ \text{L}$) vai da mesma temperatura inicial até $90\ ^\circ\text{C}$. O calor absorvido pela água é $Q=mc\Delta\theta$, com os mesmos valores nos dois casos.
O que muda é o tempo, ou seja, a potência entregue à água. O fogão elétrico é mais rápido, mas a água recebe a mesma energia.
A D contradiz a própria fórmula: o calor depende, sim, da variação de temperatura.
O gasto de energia pelo corpo humano depende da atividade física em execução. Ficar sentado consome de 3 a 7 kJ/min, em pé há um gasto de 6 a 10 kJ/min, caminhar consome de 5 a 22 kJ/min e jogar voleibol faz uso de 14 a 39 kJ/min. Considerando as taxas máximas de consumo energético, pode-se dizer corretamente que as atividades que mais preservam recursos energéticos no organismo são, em ordem crescente:
Pegue os valores máximos de cada faixa: sentado $7$, em pé $10$, caminhando $22$ e jogando vôlei $39\ \text{kJ/min}$.
"Mais preservam os recursos" significa gastam menos. Em ordem crescente de gasto: sentado, em pé, caminhada, voleibol.
É só uma questão de leitura e ordenação, mas repare que a pergunta pede a ordem de gasto crescente, que é a mesma que a de preservação decrescente.
A humanidade acaba de chegar ao meio de um caminho considerado sem volta rumo a mudanças climáticas de grande impacto. Um estudo divulgado pelo serviço britânico de meteorologia mostrou que a temperatura média da Terra teve um aumento de 1,02 °C no período correspondente ao início da Revolução Industrial até os dias atuais. É a primeira vez que se registra um aumento dessa magnitude e se rompe o patamar de 1 °C, um flagrante desequilíbrio no planeta. A fonte predominante e a forma de transmissão dessa energia térmica que chega à Terra é, respectivamente,
A fonte da energia que aquece a Terra é o Sol. O efeito estufa não produz energia: ele retém parte do calor que a Terra devolveria ao espaço. Isso elimina B e C.
Entre o Sol e a Terra há vácuo, e a energia chega por ondas eletromagnéticas: irradiação. Convecção precisa de um fluido em movimento, e não serve para atravessar o espaço.
O aumento de temperatura citado no texto se deve à intensificação do efeito estufa, mas a energia de origem continua sendo solar.
Um estudo realizado pela Embrapa Agrobiologia demonstrou que a produção do etanol de cana-de-açúcar tem um balanço energético em torno de 9:1, o que significa que, para cada unidade de energia fóssil consumida durante o processo produtivo, são geradas nove unidades de energia renovável na forma de etanol. Sobre essa energia, é correto afirmar que houve, durante o processo de produção do etanol,
Energia não se cria: se transforma. A cana guarda, na forma de energia química, a energia do Sol captada pela fotossíntese. O processo de produção transforma essa energia química da cana na energia química do etanol, com outras conversões no caminho (mecânica nas moendas, térmica na destilação).
A B fala em "criação" de energia, o que viola a conservação. O balanço $9:1$ não significa que a energia surgiu do nada: a maior parte vem do Sol, e não do combustível fóssil gasto no processo.
A C e a D descrevem formas de energia que não são as principais na cana.
O periscópio é um instrumento ótico de uso bastante difundido em submarinos. O instrumento é utilizado para observação da superfície com o submarino ainda mergulhado. O princípio básico de funcionamento desse instrumento é a reflexão sucessiva da imagem por dois espelhos planos. No caso de um raio de luz horizontal incidir no espelho fora d’água, esse raio é refletido em uma direção vertical e posteriormente refletido pelo espelho no interior do submarino, de modo a sair do periscópio horizontalmente. Supondo que cada espelho absorva 50% do raio de luz incidente, a razão entre a intensidade da luz que incide no instrumento e a que sai do segundo espelho é
Cada espelho absorve metade da luz e reflete a outra metade. Depois do primeiro espelho sobra $\frac{I_0}{2}$; depois do segundo, $\frac{I_0}{4}$.
A pergunta pede a razão entre o que entra e o que sai:
$$\frac{I_0}{I_0/4}=4$$
Cuidado com a ordem da razão. A alternativa C, $\frac14$, é a razão inversa (saída sobre entrada).
Considere uma lâmpada emitindo luz monocromática sobre a superfície de um tanque com água. A luz que incide sobre a água se propaga até a superfície na forma de um cone com eixo perpendicular à água. Sendo o índice de refração da água superior ao do ar, pode-se afirmar corretamente que o cone de luz dentro da água
Ao passar do ar para a água, a luz se aproxima da normal, porque a água tem índice de refração maior.
O eixo do cone é perpendicular à água e não desvia. Os raios laterais, que chegam inclinados, entram na água mais próximos da vertical. O cone fica mais fechado: a abertura diminui.
É o mesmo motivo pelo qual uma lanterna apontada para dentro de uma piscina faz um feixe mais estreito dentro da água.
Em uma projeção de cinema, de modo simplificado, uma película semitransparente contendo a imagem é iluminada e a luz transmitida passa por uma lente que projeta uma imagem ampliada. Com base nessas informações, pode-se afirmar corretamente que essa lente é
A imagem precisa aparecer na tela, ou seja, ser real: os raios de luz precisam de fato se encontrar ali. E precisa ser maior que o filme.
Só uma lente convergente forma imagem real de um objeto real. Para ficar ampliada, a película fica entre o foco e o dobro da distância focal; a imagem sai invertida (por isso o filme é colocado de cabeça para baixo no projetor).
Lente divergente (A e D, bicôncava é divergente) só forma imagem virtual e menor. Lente plana não forma imagem.
Os parâmetros que caracterizam tanto ondas eletromagnéticas quanto ondas sonoras são:
Toda onda periódica, mecânica ou eletromagnética, tem frequência, comprimento de onda e velocidade de propagação, ligados por $v=\lambda f$.
"Cor" é a percepção de certas frequências da luz visível, e não se aplica ao som. "Energia dos fótons" é um conceito das ondas eletromagnéticas; o som não é feito de fótons.
Por isso só a alternativa A lista parâmetros comuns aos dois tipos de onda.
Considerando a distância que estamos do Sol, podemos tratá-lo como uma fonte de luz puntiforme que emite frentes de ondas eletromagnéticas esféricas. As frentes de onda luminosas que chegam à Terra podem ser tratadas como planas, porque têm
A frente de onda que sai do Sol é esférica, com centro no Sol. Quando chega à Terra, essa esfera tem raio de 150 milhões de quilômetros.
Uma esfera tão grande, vista num pedaço pequeno (o tamanho da Terra, ou de um laboratório), é praticamente plana, do mesmo jeito que a superfície da Terra parece plana para quem está nela. Raio de curvatura grande.
O comprimento de onda não tem nada a ver com isso: a frente de onda seria praticamente plana para qualquer comprimento de onda, a essa distância.
Considere que duas panelas elétricas, de diferentes fabricantes (Z e Y), elevam a temperatura da água de 21 °C até a fervura ao nível do mar. Em uma delas, a do fabricante Z, 2 litros de água fervem em 5 minutos e na outra, a do fabricante Y, 4 litros chegam à ebulição em 10 minutos. Sobre a potência utilizada para o aquecimento do líquido nas panelas dos fabricantes Z e Y, é correto afirmar que
A potência é o calor fornecido dividido pelo tempo: $P=\dfrac{mc\Delta\theta}{\Delta t}$. Nas duas panelas, a água vai de $21\ ^\circ\text{C}$ até ferver: o mesmo $\Delta\theta$.
A panela Z aquece $2\ \text{L}$ em $5\ \text{min}$; a Y, $4\ \text{L}$ em $10\ \text{min}$. Dobro da massa em dobro do tempo: a razão $\dfrac{m}{\Delta t}$ é a mesma.
$$\frac{P_Z}{P_Y}=\frac{2/5}{4/10}=1$$
Potências iguais. A Y só demora mais porque tem o dobro de água.
Considere uma pedra em queda livre e uma criança em um carrossel que gira com velocidade angular constante. Sobre o movimento da pedra e da criança, é correto afirmar que
Pedra em queda livre: a aceleração é $g$, constante em módulo, direção e sentido.
Criança no carrossel: velocidade angular constante significa movimento circular uniforme. A aceleração é centrípeta, com módulo $\omega^2R$ constante, mas direção sempre mudando (aponta para o centro).
Nos dois casos, o módulo da aceleração é constante. A pegadinha está na criança: rapidez constante não significa aceleração nula, porque a direção da velocidade está mudando o tempo todo.
Um automóvel desce uma rampa, com velocidade constante. Considere que o pneu tem diâmetro 60 cm e que gira sem deslizar. Se o tempo para o pneu dar uma volta completa for 0,314 s, a velocidade do carro, em m/s, é
Esta questão foi anulada pela CEV/UECE.
Rolando sem deslizar, em cada volta o carro anda o comprimento da circunferência do pneu: $\pi d=\pi\cdot0{,}60\approx1{,}885\ \text{m}$.
$$v=\frac{1{,}885}{0{,}314}\approx6{,}0\ \text{m/s}$$
O número $0{,}314$ foi escolhido para simplificar com $\pi$, e a conta sai limpa. Mas $6\ \text{m/s}$ não está entre as alternativas: a opção C traz $60$, provavelmente por um erro de unidade (centímetros no lugar de metros). Daí a anulação.
Em uma obra de construção civil, uma carga de tijolos é elevada com uso de uma corda que passa com velocidade constante de 13,5 m/s e sem deslizar por duas polias de raios 27 cm e 54 cm. A razão entre a velocidade angular da polia grande e da polia menor é
A corda passa pelas duas polias sem deslizar, então a borda de cada polia anda com a velocidade da corda. Mesma velocidade linear:
$$v=\omega_gR_g=\omega_mR_m\;\Longrightarrow\;\frac{\omega_g}{\omega_m}=\frac{R_m}{R_g}=\frac{27}{54}=\frac12$$
A polia grande gira na metade da velocidade angular da pequena. O valor $13{,}5\ \text{m/s}$ não é necessário para a razão.
De um modo simplificado, pode-se descrever mecanicamente um amortecedor automotivo como uma haste cujo tamanho varia mediante a aplicação de uma força de tração ou compressão na direção de seu comprimento. Essa haste oferece uma força de resistência oposta à força aplicada. Diferentemente de uma mola helicoidal, cuja força é proporcional ao deslocamento, no amortecedor a força é proporcional à velocidade de compressão ou de distensão. Nesse amortecedor ideal, sendo aplicada uma tração que faça seu comprimento $L$ variar como $L=2t$, onde $t$ é o tempo, a força de resistência é
No amortecedor, a força de resistência é proporcional à velocidade de variação do comprimento. Com $L=2t$, o comprimento aumenta $2$ unidades a cada segundo: a velocidade é constante e igual a $2$.
Velocidade constante e não nula, força constante e não nula.
É a diferença entre amortecedor e mola: numa mola, com $L$ crescendo, a força cresceria junto com a deformação. No amortecedor, o que importa é a rapidez da deformação, e não o quanto ela já foi.
Um ventilador de teto gira a uma velocidade angular de 420 rpm, tem 130 W de potência e hélice com 96 cm de diâmetro. Devido à força de atrito com o ar, há forças atuando ao longo de cada uma das hélices. Essas forças atuam em pontos localizados desde próximos ao eixo de rotação a pontos na extremidade da hélice, provocando torques diferentes em relação ao eixo de rotação. Considerando que a força de atrito em cada ponto seja proporcional à velocidade linear do ponto, é correto afirmar que esse torque, a uma distância $R$ do eixo de rotação, é proporcional a
Num ponto a uma distância $R$ do eixo, a velocidade linear é $v=\omega R$. Se o atrito do ar é proporcional à velocidade, ele é proporcional a $R$: $F\propto R$.
O torque dessa força em relação ao eixo é a força vezes o braço, que também é $R$:
$$\tau=F\cdot R\propto R\cdot R=R^2$$
Os dados numéricos (rotação, potência, diâmetro) são só contexto; a questão é sobre como as grandezas se relacionam.
Considere um pêndulo de relógio de parede feito com um fio flexível, inextensível, de massa desprezível e com comprimento de 24,8 cm. Esse fio prende uma massa puntiforme e oscila com uma frequência próxima a 1 Hz. Considerando que a força de resistência do ar seja proporcional à velocidade dessa massa, é correto afirmar que
No pêndulo, a energia potencial gravitacional é mínima no ponto mais baixo. É lá que a velocidade, e a energia cinética, são máximas.
Se a resistência do ar é proporcional à velocidade, ela também é máxima no ponto mais baixo, onde a energia potencial é mínima.
A A inverte (nos extremos a velocidade é zero, e o atrito também). A B contradiz a conservação: cinética e potencial são máximas em pontos opostos. A C também inverte.
Considere um sistema em que as unidades fundamentais sejam força, cujo símbolo para sua unidade de medida seja G, e velocidade, com unidade simbolizada por H. Em termos dessas unidades, potência seria dada em unidades de
Potência mecânica pode ser escrita como força vezes velocidade: $P=F\cdot v$ (é o trabalho por tempo, $\dfrac{F\,d}{t}$, com $\dfrac{d}{t}=v$).
Com força medida em G e velocidade em H, a potência fica em $G\times H$.
Faz sentido no SI: newton vezes metro por segundo dá joule por segundo, que é o watt.
A potência elétrica dissipada em um resistor ôhmico pode ser dada pelo produto da tensão aplicada pela corrente percorrida no elemento resistivo. Em termos de unidades fundamentais do SI, a potência é dada em unidades de
Potência é energia por tempo. Escreva o joule em unidades fundamentais: $1\ \text{J}=1\ \text{N}\cdot\text{m}=1\ \text{kg}\cdot\dfrac{\text{m}}{\text{s}^2}\cdot\text{m}=1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}$.
Dividindo por segundo:
$$1\ \text{W}=1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-3}$$
O enunciado fala em tensão vezes corrente para distrair: não importa como a potência foi calculada, a unidade é sempre a mesma. A alternativa A é a unidade de força (newton).