Questões 31 a 35 — enunciados, alternativas e resoluções
Total: 5 questões de Física. Conteúdos: resistores ôhmicos, movimento harmônico simples, impulso e quantidade de movimento, dinâmica do movimento circular e ciclo de Carnot.
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Eletrodinâmica
Resistores ôhmicos e gráfico U × i
Durante o processo de desenvolvimento de sensores elétricos utilizados em equipamentos industriais, uma equipe de engenheiros analisou o comportamento de diferentes materiais condutores quando submetidos a variadas intensidades de corrente elétrica. Para isso, foi construído o gráfico a seguir, que relaciona a diferença de potencial elétrico (U) aplicada aos dispositivos com a corrente elétrica (i) estabelecida em cada um deles.
Alguns desses componentes apresentam resistência elétrica constante durante o funcionamento do circuito, enquanto outros sofrem variações associadas a fatores como temperatura e estrutura interna do material.
Os dispositivos classificados como resistores ôhmicos para qualquer corrente são representados pelas curvas
A) A e C.
B) A e D.
C) B e D.
D) A, C e E.
E) C, D e E.
Para um resistor ôhmico, a resistência elétrica permanece constante:
U = Ri.
Consequentemente, o gráfico de U em função de i deve ser uma reta que passa pela origem. No gráfico, apenas as curvas A e C satisfazem simultaneamente essas duas condições.
A curva B não é linear; D representa tensão constante; e E apresenta inclinação negativa e não passa pela origem.
Alternativa correta: A
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Movimento Harmônico Simples
Velocidade máxima
O sistema de corte de barbeadores elétricos modernos utiliza pequenas lâminas metálicas acopladas a motores de alta frequência. Durante o funcionamento, essas lâminas executam movimentos oscilatórios harmônicos simples extremamente rápidos com frequência de 120 Hz e amplitude de 2 mm. Considere 3 como valor aproximado para π.
A velocidade máxima atingida pela lâmina durante a oscilação é de
A) 0,24 m/s.
B) 0,72 m/s.
C) 1,44 m/s.
D) 3,0 m/s.
E) 6,0 m/s.
No movimento harmônico simples, a velocidade máxima é dada por
vmáx = ωA = 2πfA.
Convertendo a amplitude:
A = 2 mm = 2 · 10−3 m.
Logo, adotando π = 3:
vmáx = 2 · 3 · 120 · 2 · 10−3
vmáx = 1,44 m/s.
Alternativa correta: C
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Quantidade de movimento
Variação vetorial do momento linear
Um jogador de beach tennis rebate uma bola de massa m, que se aproxima horizontalmente da raquete com velocidade de módulo v. Após a rebatida, a bola retorna com o mesmo módulo de velocidade, passando a se mover em uma direção que forma um ângulo de 60° em relação à sua trajetória inicial. Despreze a ação da gravidade durante o curto intervalo de colisão.
Qual é o módulo da variação da quantidade de movimento da bola?
A) mv
B) √2 mv
C) √3 mv
D) 2mv
E) 2√3 mv
Os módulos das quantidades de movimento inicial e final são iguais:
pi = pf = mv.
Como a bola retorna, o ângulo de 60° indicado em relação à trajetória inicial corresponde a um ângulo de 120° entre os vetores pi e pf.
Aplicando a lei dos cossenos ao vetor Δp = pf − pi:
|Δp|² = pf² + pi² − 2pfpi cos 120°
|Δp|² = (mv)² + (mv)² − 2(mv)²(−1/2)
|Δp|² = 3m²v²
|Δp| = √3 mv.
Alternativa correta: C
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Dinâmica do movimento circular
Força centrípeta no ponto mais alto
Uma pequena bola presa a uma corda é colocada para girar em um plano vertical durante uma exibição circense. O artista responsável pela apresentação ajusta a velocidade da bola de modo que, ao passar pelo ponto mais alto da trajetória, a corda permaneça praticamente frouxa. Despreze a resistência do ar.
A força responsável pela aceleração centrípeta da bola, no ponto mais alto da trajetória, corresponde ao(à)
A) diferença entre a tração e o peso da bola.
B) soma entre o peso e a tração da corda.
C) força exercida pelo movimento circular.
D) tração na corda, apenas.
E) peso da bola, apenas.
No ponto mais alto da trajetória, o centro da circunferência encontra-se abaixo da bola. Portanto, a resultante centrípeta aponta verticalmente para baixo.
Em condições gerais, peso e tração apontam para o centro nesse ponto:
P + T = mv²/R.
Como a corda está praticamente frouxa, T ≈ 0. Assim, somente o peso fornece a força centrípeta necessária.
Alternativa correta: E
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Termodinâmica
Ciclo ideal de Carnot
Uma máquina de Carnot opera por meio de um ciclo termodinâmico ideal entre duas fontes térmicas de temperaturas distintas. Durante cada ciclo, o gás de trabalho passa por quatro transformações sucessivas, responsáveis pela absorção e rejeição de calor, bem como pela realização de trabalho mecânico.
Nesse ciclo ideal, as transformações sofridas pelo gás correspondem a
A) duas isotérmicas e duas isobáricas.
B) duas isotérmicas e duas adiabáticas.
C) duas adiabáticas e duas isobáricas.
D) duas isovolumétricas e duas isotérmicas.
E) duas adiabáticas e duas isovolumétricas.
O ciclo de Carnot é composto por quatro transformações reversíveis:
uma expansão isotérmica na fonte quente; uma expansão adiabática; uma compressão isotérmica na fonte fria; e uma compressão adiabática.
Portanto, o ciclo contém duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas.
