Questões 48 a 54 — enunciados, alternativas e resoluções
Total: 7 questões de Física. Conteúdos: magnetismo, ondas, termodinâmica, torque, cinemática, calorimetria e hidrostática.
48
Campo magnético
Movimento de carga elétrica
Uma carga q é lançada, com uma velocidade vertical v, perpendicularmente a um campo magnético uniforme horizontal B, de acordo com a figura a seguir.
Sobre o movimento executado pela partícula, desprezando o campo gravitacional, afirma-se que é
A) helicoidal e uniforme.
B) circular e uniforme.
C) circular e uniformemente variado.
D) retilíneo e uniforme.
E) retilíneo e uniformemente variado.
A força magnética tem módulo F = |q|vB e permanece sempre perpendicular à velocidade da partícula.
Assim, ela não realiza trabalho e não altera o módulo da velocidade. Sua função é apenas mudar continuamente a direção do vetor velocidade, atuando como força centrípeta.
Como a velocidade é perpendicular ao campo magnético, a trajetória é circular e o movimento é uniforme.
Alternativa correta: B
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Ondas em cordas
Velocidade de propagação
Um estudante, dispondo de uma corda homogênea de 5 m de comprimento e 4 kg de massa, faz um experimento, tensionando-a com uma força de 180 N. Uma perturbação na corda tracionada faz que uma onda se propague por ela com uma velocidade de
A) 20 m/s.
B) 25 m/s.
C) 30 m/s.
D) 10 m/s.
E) 15 m/s.
A densidade linear da corda é
μ = m/L = 4/5 = 0,8 kg/m.
A velocidade de uma onda transversal em uma corda tracionada é
v = √(F/μ) = √(180/0,8) = √225 = 15 m/s.
Alternativa correta: E
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Termodinâmica
Gás ideal em transformação isovolumétrica
À temperatura de 27 °C, um gás monoatômico ideal, com pressão de 4,8 · 107 N/m², ocupa um volume de 10 L. Em determinado instante, são adicionados 10 kcal de calor ao sistema, e seu volume não é alterado. Para essas condições, a variação de temperatura do gás
Como o volume permanece constante, o gás não realiza trabalho. Logo, todo o calor recebido aumenta sua energia interna:
Q = ΔU = nCVΔT.
Para um gás monoatômico ideal, CV = 3R/2 = 12 J/mol·K.
40.000 = 200 · 12 · ΔT
ΔT = 16,7 K.
Alternativa correta: E
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Estática e rotação
Torque de uma força
A figura a seguir apresenta um cilindro rotacionando no sentido horário em torno do eixo de rotação indicado. Sobre esse corpo, atuam quatro forças de mesmo módulo.
Considerando o texto e a imagem, depreende-se que o(a)
A) força 3 não realiza torque, uma vez que ela atua a uma distância menor que as forças 1 e 2.
B) torque resultante no cilindro é nulo, pois o somatório das forças é zero.
C) força 4 não realiza torque sobre o cilindro, pois o seu prolongamento passa pelo centro O.
D) torque realizado pela força 3 possui módulo menor que o realizado pela força 4.
E) torque realizado pelas forças 1 e 2 possuem módulos diferentes.
O torque de uma força em relação ao eixo depende da distância perpendicular entre o eixo e a linha de ação da força:
τ = Fd.
Quando a linha de ação passa pelo eixo de rotação, o braço de alavanca é nulo e, portanto, o torque também é nulo.
Na figura, o prolongamento da linha de ação da força 4 passa pelo centro O.
Alternativa correta: C
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Cinemática
Gráficos da posição e da aceleração
O movimento, em condições ideais, de um corpo pode ser classificado como retilíneo e uniforme quando a variação de posição em função do tempo é constante para intervalos temporais sucessivamente iguais. Já um movimento retilíneo uniformemente variado é classificado devido a uma variação linear da velocidade em função do tempo.
Com base nessas informações, os gráficos que representam de forma coerente a variação da posição e da aceleração para uma mesma classe de movimento são:
Dado: o encontro dos eixos cartesianos de cada gráfico representa a origem de par ordenado igual a zero.
No movimento retilíneo uniforme, a posição varia linearmente com o tempo, enquanto a aceleração é nula.
A única alternativa que apresenta simultaneamente um gráfico linear de posição por tempo e aceleração igual a zero é a alternativa C.
Alternativa correta: C
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Calorimetria
Mistura de água e gelo
Em um recipiente com paredes adiabáticas, de capacidade térmica desprezível, contendo 120 g de água a 50 °C, colocam-se 36 g de gelo a 0 °C. O calor específico da água é 1,0 cal/g·°C; e o calor de fusão do gelo, 80 cal/g.
No equilíbrio térmico, o recipiente possuirá
A) 156 g de água a uma temperatura de 20 °C.
B) 21 g de água e 135 g de gelo, ambos a 0 °C.
C) 156 g de água a uma temperatura de 40 °C.
D) 135 g de água e 21 g de gelo, ambos a 0 °C.
E) 156 g de gelo a uma temperatura de 0 °C.
A água pode ceder, ao esfriar até 0 °C:
Qágua = 120 · 1 · 50 = 6.000 cal.
Para derreter completamente o gelo:
Qfusão = 36 · 80 = 2.880 cal.
Como 6.000 cal > 2.880 cal, todo o gelo derrete. O calor restante é
Qrestante = 6.000 − 2.880 = 3.120 cal.
Esse calor aquece os 156 g de água formados:
3.120 = 156 · 1 · T
T = 20 °C.
Alternativa correta: A
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Hidrostática
Empuxo e flutuação
Uma balsa em forma de paralelepípedo de massa m = 500 kg, que faz travessias comunicando duas comunidades ribeirinhas, está flutuando em repouso, sem passageiros, com 5 cm submersos. Assim, infere-se que, se a balsa tiver sua parte submersa aumentada em 3 cm, o peso do objeto colocado sobre ela foi de
A) 2500 N.
B) 3000 N.
C) 4000 N.
D) 1500 N.
E) 1000 N.
Como a área da base da balsa é constante, o volume deslocado é diretamente proporcional à altura submersa.
Com 5 cm submersos, o empuxo equilibra o peso da balsa de massa 500 kg. O acréscimo de 3 cm corresponde a uma massa adicional:
