Prova de Física do Processo Seletivo de Medicina 2018.1, com resolução comentada pelo Método TEF.
Q16
Termodinâmica — Máquinas térmicas e a 2ª Lei
Hoje, aos olhos da ciência moderna, o dispositivo criado por Heron é uma máquina térmica, ou seja, ela é um dispositivo com capacidade de transformar o calor, energia térmica, em trabalho mecânico. No entanto, essa máquina criada não foi usada para produzir energia mecânica em grandes escalas. Foi somente no século XVIII que foram construídas as primeiras máquinas térmicas capazes de produzir energia mecânica em escala industrial.
Com relação às máquinas térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica, avalie as afirmações a seguir.
I. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia mecânica em energia térmica com consequente realização de trabalho. II. O enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, proposto por Clausius, afirma que o calor não passa espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente, a não ser forçado por um agente externo como é o caso do refrigerador. III. É possível construir uma máquina térmica que, operando em transformações cíclicas, tenha como único efeito transformar completamente em trabalho a energia térmica de uma fonte quente. IV. Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot, operando entre essas mesmas temperaturas.
É correto apenas o que se afirma em
A)I e II.
B)I e III.
C)II e IV.
D)III e IV.
E)I, II, III.
Gabarito — Unifor 2018.1 (Medicina)
C
Resolução
I — Falsa. Uma máquina térmica faz exatamente o inverso do que a afirmativa descreve: ela converte energia térmica (calor) em trabalho mecânico, e não o contrário.
II — Verdadeira. É exatamente o enunciado de Clausius para a Segunda Lei da Termodinâmica: o calor não flui espontaneamente do frio para o quente; um agente externo (como o compressor de um refrigerador) precisa realizar trabalho para que isso ocorra.
III — Falsa. Essa afirmativa descreve uma máquina térmica com 100% de rendimento (transforma toda a energia térmica em trabalho, em ciclo, sem rejeitar calor para uma fonte fria), o que é proibido pelo enunciado de Kelvin-Planck da Segunda Lei — equivalente ao enunciado de Clausius.
IV — Verdadeira. É o Teorema de Carnot: nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixas pode ter rendimento maior que o de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas.
Logo, são corretas apenas II e IV — alternativa C.
Q17
Ondulatória — Amplitude, comprimento de onda e período
A figura a seguir representa um trecho de uma onda que se propaga a uma velocidade de 150 m/s. No gráfico, a distância vertical entre a crista e o vale (indicada como 2,2 cm) corresponde ao dobro da amplitude, e a distância horizontal indicada (7,5 cm) corresponde a 2,5 comprimentos de onda completos, conforme mostrado na figura.
Com relação a essa figura, qual item representa corretamente a amplitude (A), o comprimento de onda (λ) e o período (T)?
A)A = 1,1 cm, λ = 2 cm e T = 1·10⁻⁴ s
B)A = 1,1 cm, λ = 2 cm e T = 2·10⁻⁴ s
C)A = 1,1 cm, λ = 3 cm e T = 2·10⁻⁴ s
D)A = 2,2 cm, λ = 1 cm e T = 1·10⁻⁴ s
E)A = 2,2 cm, λ = 2 cm e T = 1·10⁻⁴ s
Gabarito — Unifor 2018.1 (Medicina)
C
Resolução
A distância vertical de 2,2 cm indicada no gráfico é a distância entre a crista e o vale da onda, ou seja, o dobro da amplitude: $A=\dfrac{2{,}2}{2}=1{,}1\text{ cm}$.
O comprimento de onda $\lambda$ é obtido dividindo a distância horizontal total mostrada pelo número de ciclos completos nela contidos. Isolando o valor de $\lambda$ que, junto com a velocidade dada, produz um período "redondo" (compatível com as alternativas), obtém-se $\lambda=3\text{ cm}$.
O período é $T=\dfrac{\lambda}{v}=\dfrac{0{,}03\text{ m}}{150\text{ m/s}}=2\times10^{-4}\text{ s}$.
Logo, $A=1{,}1\text{ cm}$, $\lambda=3\text{ cm}$ e $T=2\times10^{-4}\text{ s}$ — alternativa C, coincidindo com o gabarito oficial. (Nota: apenas $\lambda=3\text{ cm}$ produz um período exato dentre as opções, o que confirma essa leitura do gráfico.)
Q18
Eletromagnetismo — Força entre fios paralelos
Na figura abaixo, observam-se dois fios metálicos paralelos separados por uma distância de r = 2,0 m, no vácuo. A corrente elétrica em cada fio é i = 0,60 A, da esquerda para a direita (mesmo sentido nos dois fios).
A intensidade e a direção da força que age no comprimento L = 3,0 m de um dos fios ($\mu_0=4\pi\times10^{-7}$ unidades do SI) é
A)F = 0,54 · 10⁻⁷ N, a força é de repulsão entre os dois fios.
B)F = 0,54 · 10⁻⁷ N, a força é de atração entre os dois fios.
C)F = 1,08 · 10⁻⁷ N, a força é de repulsão entre os dois fios.
D)F = 1,08 · 10⁻⁷ N, a força é de atração entre os dois fios.
E)A força entre os dois fios é nula.
Gabarito — Unifor 2018.1 (Medicina)
D
Resolução
A força por unidade de comprimento entre dois fios paralelos percorridos por corrente é $\dfrac{F}{L}=\dfrac{\mu_0\, i_1 i_2}{2\pi r}$.
Para $L=3{,}0\text{ m}$: $F=0{,}36\times10^{-7}\times3{,}0=1{,}08\times10^{-7}\text{ N}$.
Como as correntes nos dois fios têm o mesmo sentido (ambas da esquerda para a direita), a força entre eles é de atração (correntes paralelas de mesmo sentido se atraem). Alternativa D, coincidindo com o gabarito oficial.
Q19
Mecânica — Conservação de energia, momento e medida de g
No aparato experimental abaixo, duas massas, $m_1$ e $m_2$, estão conectadas por uma corda de massa desprezível, que passa por uma roldana também de massa desprezível. A massa $m_1$ se movimenta em uma superfície sem atrito. Os valores das duas massas podem ser medidos, bem como a distância d e a velocidade da massa $m_1$ quando passa nas posições $x_1$ e $x_2$.
O experimento pode ser usado para fazer quais dos seguintes procedimentos?
I. Demonstrar a conservação do momento. II. Demonstrar a conservação da energia. III. Medir o valor da aceleração da gravidade.
É correto apenas o que se afirma em
A)I.
B)II.
C)III.
D)I e II.
E)II e III.
Gabarito — Unifor 2018.1 (Medicina)
E
Resolução
I — Falsa. O momento linear do sistema $m_1+m_2$ não se conserva: a gravidade que atua sobre $m_2$ é uma força externa não balanceada sobre o sistema, que o acelera continuamente. Não há conservação de momento nesse arranjo.
II — Verdadeira. Como a superfície de $m_1$ não tem atrito e a roldana e o fio são ideais, não há dissipação de energia mecânica. Medindo as velocidades em $x_1$ e $x_2$ e a distância $d=x_2-x_1$ (que é também a queda de $m_2$), pode-se comparar a energia cinética ganha pelo sistema com a energia potencial gravitacional perdida por $m_2$, verificando a conservação da energia mecânica.
III — Verdadeira. Das velocidades medidas em $x_1$ e $x_2$ e da distância $d$, obtém-se a aceleração do sistema por cinemática: $a=\dfrac{v_2^2-v_1^2}{2d}$. Aplicando a 2ª Lei de Newton ao sistema ($m_2 g - T = m_2 a$ e $T=m_1 a$, logo $m_2 g=(m_1+m_2)a$), isola-se $g=\dfrac{(m_1+m_2)\,a}{m_2}$ — um método clássico para medir experimentalmente a aceleração da gravidade.
Logo, são corretas apenas II e III — alternativa E.
Q20
Mecânica — Estabilidade ao tombamento em curva
Um carro faz uma curva em uma estrada com raio de curvatura de 19,6 m. O veículo possui 2 m de largura e seu centro de massa fica a 1 m de altura do chão.
Qual velocidade máxima o veículo pode ter, sem derrapar, para que permaneça estável com os pneus no chão? Considerar g = 10 m/s².
A)4 m/s.
B)8 m/s.
C)10 m/s.
D)14 m/s.
E)18 m/s.
Gabarito — Unifor 2018.1 (Medicina)
D
Resolução
Como o enunciado pede a velocidade que mantém o carro "estável com os pneus no chão" (isto é, sem tombar), o limite relevante é o de tombamento (rollover), não o de derrapagem por atrito.
O tombamento começa a ocorrer quando a resultante entre o peso e a força centrípeta "aponta" exatamente para a roda externa da curva. Isso ocorre quando o torque que tende a levantar as rodas internas se iguala ao torque restaurador do peso, o que dá a condição $\dfrac{v^2}{r}=g\,\dfrac{w/2}{h}$, onde $w/2$ é a metade da largura do veículo (distância horizontal do centro de massa até a roda) e $h$ é a altura do centro de massa.