Considere uma massa puntiforme se deslocando em linha reta ao longo do eixo $x$ de um sistema de referência, partindo da origem no sentido crescente das coordenadas de posição. Suponha que o gráfico da energia potencial $U(x)$ dessa massa seja uma reta paralela ao eixo $x$ até a coordenada $x_1>0$. A partir de $x_1$, começa a crescer e, em $x_2>x_1$, $U(x)$ atinge um máximo; em seguida, decresce até atingir o mesmo valor que $U(x_1)$. Pode-se dizer que a partícula se desloca ao encontro de uma barreira de potencial. Considere somente a energia mecânica e o sistema conservativo. Para que a partícula atravesse a barreira de potencial, é necessário que sua energia mecânica
Em um sistema conservativo, a energia mecânica permanece constante. Para ultrapassar a barreira, a partícula precisa manter energia cinética não negativa no ponto de máximo potencial.
Logo, deve ocorrer $E_m>U(x_2)$. Alternativa A.
Os aparelhos de televisão que antecederam a tecnologia atual, de LED e LCD, utilizavam um tubo de raios catódicos para produção da imagem. De modo simplificado, esse dispositivo produz uma diferença de potencial da ordem de 25 kV entre pontos distantes de 50 cm um do outro. Com a simplificação acima, pode-se estimar corretamente que o campo elétrico por onde passa esse feixe de elétrons é
Para campo aproximadamente uniforme, $E=\dfrac{\Delta V}{d}$.
$E=\dfrac{25.000}{0{,}50}=50.000\ \text{V/m}$. Alternativa C.
Precipitador eletrostático é um equipamento que pode ser utilizado para remoção de pequenas partículas presentes nos gases de exaustão em chaminés industriais. Suponha que uma delas tenha massa $m$, adquira uma carga de valor $q$ e fique submetida a um campo elétrico de módulo $E$. A força elétrica sobre essa partícula é dada por
A força elétrica sobre uma carga em um campo elétrico uniforme tem módulo $F_e=|q|E$.
Portanto, a expressão pedida é $qE$. Alternativa D.
A produção de energia luminosa a partir de energia elétrica é realizada em residências pelas três principais tecnologias: lâmpadas de filamento de tungstênio, de gás fluorescente e LED. Em todas essas tecnologias há conversão de energia elétrica em energia
Nenhuma lâmpada converte integralmente energia elétrica em luz; parte é dissipada como energia térmica.
Assim, há produção de energia luminosa e calor. Alternativa B.
Uma lâmpada incandescente é conectada por dois fios à bateria de 12 V de um carro através de um interruptor cuja resistência é desprezível. Após a lâmpada ser ligada, a corrente elétrica que passa pelo interruptor e a diferença de potencial elétrico entre seus terminais são sempre
Com o interruptor fechado, há corrente no circuito, portanto $i>0$.
Como sua resistência é desprezível, $\Delta V=Ri\approx0$. Alternativa C.
O rádio de um carro é conectado por dois fios à bateria de 12 V através de um interruptor. Considerando a resistência elétrica do interruptor desprezível e que a corrente elétrica fornecida ao rádio é 2 A, é correto afirmar que a potência dissipada no interruptor é
A potência dissipada é $P=Ri^2$.
Como $R\approx0$, resulta $P\approx0$. Alternativa D.
Em um experimento A, um fio condutor muito fino é disposto em linha reta sobre uma mesa isolante horizontal e conduz corrente constante. Em um segundo experimento, B, o mesmo fio é disposto na forma de uma circunferência também sobre a mesa. Em ambas as situações o fio está contido no plano da mesa. É correto afirmar que, no plano da mesa, os campos magnéticos produzidos pela corrente elétrica nos dois experimentos são
Pela regra da mão direita, o campo magnético de um fio retilíneo é tangente a circunferências centradas no fio; nos pontos do plano da mesa, ele é perpendicular a esse plano.
No centro da espira circular, o campo também é perpendicular ao plano da mesa. Logo, ambos são verticais. Alternativa A.
Em um dado intervalo de tempo, a luz do Sol disponibiliza 1.000 J de energia a um painel solar fotovoltaico. Esse painel fornece a uma lâmpada 100 J, e a lâmpada disponibiliza 90 J na forma de energia luminosa. A eficiência energética de conversão no painel solar e no processo completo é, respectivamente,
No painel: $\eta_p=100/1.000=0{,}10=10\%$.
No processo completo: $\eta=90/1.000=0{,}09=9\%$. Alternativa B.
Considere que a cabine de um elevador despenque sem atrito em queda livre de uma altura de 3 m. Considerando que a cabine tenha massa de 500 kg e a aceleração da gravidade seja 10 m/s², a energia cinética ao final da queda será, em kJ,
Pela conservação da energia mecânica, $K_f=mgh$.
$K_f=500\cdot10\cdot3=15.000\ \text{J}=15\ \text{kJ}$. Alternativa C.
Um raio de luz incide sobre uma chapa de vidro semitransparente com ângulo de incidência de 30°. Percebe-se a saída de três raios: um refletido na primeira face, outro refletido na segunda face e retornando ao lado da incidência, e o terceiro transmitido. Sobre os raios, é correto afirmar que os dois que saem pelo lado que incide a luz são
Em uma lâmina de faces paralelas, os raios emergentes após reflexões internas são paralelos entre si.
O raio transmitido emerge paralelo ao incidente, sofrendo apenas deslocamento lateral. Alternativa B.
A trajetória de uma partícula sujeita a uma força de módulo constante e direção sempre perpendicular à velocidade é
Uma força sempre perpendicular à velocidade não altera o módulo da velocidade, apenas sua direção.
Com módulo constante, ela atua como força centrípeta, produzindo movimento circular uniforme. Alternativa A.
Em um gás ideal, a pressão, o volume e a temperatura são relacionados pela equação $PV=nRT$. Para esse gás, a razão entre a pressão e a temperatura é
Da equação dos gases ideais, $P/T=nR/V$. Como $n=m/M$ e $\rho=m/V$, resulta $P/T=(R/M)\rho$.
Logo, para o mesmo gás, $P/T$ é diretamente proporcional à densidade. Alternativa D.
Considere que um elevador inicia uma subida de 13 andares e, durante a passagem de 11 desses andares, desloca-se com velocidade constante, até parar no 13º. Todas as variações de velocidade ocorrem durante a passagem pelo 1º e pelo 13º andar. Nessas condições, é correto afirmar que a tensão no cabo de sustentação é
No início da subida, a aceleração é para cima, então $T>mg+f$. Nos andares intermediários, $a=0$, e a tensão permanece constante.
Ao frear ainda subindo, a aceleração é para baixo, portanto a tensão diminui. Alternativa A.
Um varal de roupas é construído com uma corda flexível muito leve e inextensível, de comprimento $2c$, fixada pelas extremidades a duas paredes distanciadas de $2d$ uma da outra. Em um ponto no centro desse varal fica presa em repouso uma massa $m$. Assumindo que a aceleração da gravidade é $g$, a tensão na corda é dada por
Cada metade da corda tem comprimento $c$ e projeção horizontal $d$. Assim, a altura do triângulo é $h=\sqrt{c^2-d^2}$.
Se $\theta$ é o ângulo de cada ramo com a horizontal, $\sin\theta=h/c$. No equilíbrio, $2T\sin\theta=mg$. Logo, $T=\dfrac{mgc}{2\sqrt{c^2-d^2}}$. Alternativa C.
Um varal de roupas é construído com um cabo de aço longo, muito fino e flexível. Em dias de calor intenso, há dilatação térmica do cabo. Assim, é correto afirmar que, para uma dada massa presa ao centro do varal, a tensão no cabo de aço
Com o aquecimento, o cabo se alonga e o ponto central desce, aumentando o ângulo dos ramos com a horizontal.
Como $2T\sin\theta=mg$, o aumento de $\sin\theta$ reduz a tensão. Alternativa B.
Considerando como unidade de temperatura o grau Celsius, a unidade de medida do coeficiente de dilatação térmica no Sistema Internacional de Unidades é
Da expressão $\Delta L=\alpha L_0\Delta T$, segue $\alpha=\Delta L/(L_0\Delta T)$.
As unidades de comprimento se cancelam, restando °C⁻¹. Alternativa A.
Um projétil de uma arma de fogo tem massa 10 g e sai do cano com velocidade 350 m/s. Considerando somente o movimento de translação, uma moto de 350 kg teria a mesma energia cinética desse projétil caso se deslocasse a uma velocidade de
Igualando as energias: $\frac12m_pv_p^2=\frac12m_mv_m^2$.
$v_m=350\sqrt{0{,}01/350}=\sqrt{3{,}5}\ \text{m/s}$. Alternativa D.
Um recipiente fechado contém um gás ideal em condições tais que o produto $nRT$ sempre é constante, onde $n$ é o número de mols do gás, $T$ sua temperatura e $R$ a constante universal dos gases perfeitos. Sobre o gás, é correto afirmar que
Como $n$ e $R$ são constantes e $nRT$ permanece constante, a temperatura também é constante.
A energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura; portanto, permanece constante. Alternativa A.
Um pêndulo de relógio antigo foi construído com um fio metálico muito fino e flexível. Considerando exclusivamente os efeitos da temperatura ambiente no comprimento do fio, pode-se afirmar corretamente que, com um aumento de temperatura, o período e a frequência do pêndulo
O aquecimento aumenta o comprimento do fio. Como $T=2\pi\sqrt{L/g}$, o período aumenta.
A frequência é $f=1/T$, portanto diminui. Alternativa B.
Considere duas cargas elétricas de mesmo sinal, separadas por uma distância de 100 Å. Sobre o campo elétrico produzido pelas cargas, é correto afirmar que é
No ponto médio, os campos produzidos pelas duas cargas têm mesmo módulo e sentidos opostos.
A soma vetorial é nula apenas nesse ponto da linha que une as cargas. Alternativa D.