Mecânica — História da Física — Aristóteles e inércia
“Aristóteles (384-322 a.C.) foi um dos maiores pensadores de todos os tempos e sua obra abrangeu a psicologia, a lógica, a moral, a ciência política, a biologia etc. Os ensinamentos de Aristóteles constituíram as bases da filosofia e da ciência que dominaram o mundo até o século XVII” (MÁXIMO; ALVARENGA,1997). Dentre as alternativas abaixo, escolha a única errada relacionada as idéias de Aristóteles sobre o movimento:
A)Defendia a idéia de que todos os objetos deveriam cair com rapidez proporcional a seus pesos, ou seja, quanto mais pesado fosse o objeto, mais rápido deveria cair.
B)Acreditava que leis diferentes aplicavam-se aos céus e afirmava que os corpos celestes são esferas perfeitas formados por uma substância perfeita e imutável chamada de quintessência.
C)Defendeu a ideia de que se não houvesse força sobre um objeto móvel, este deveria mover-se em linha reta para sempre.
D)Defendeu o modelo geocêntrico e geostático, argumentando que era inconcebível uma força capaz de mover a terra e que era evidente que a Terra não se movia.
E)Argumentou que existiam dois tipos diferentes de movimento que eram os naturais, estes provocados por causas internas, e os violentos produzidos por causas externas.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
C
Resolução comentada
A ideia de que um objeto móvel permanece em movimento retilíneo indefinidamente na ausência de força corresponde à inércia de Galileu e Newton, não à mecânica aristotélica. A alternativa errada solicitada é C.
Q02
Mecânica — Cinemática — Lançamento oblíquo
Uma pedra é lançada obliquamente a partir do solo no nível do mar. Suponha que: (a) o atrito do ar é desprezível, (b) a terra é praticamente inercial para o tempo de observação deste movimento e (c) o campo gravitacional da terra nas proximidades do solo tem módulo constante com direção vertical e sentido para baixo. Nestas condições, podemos afirmar que em relação ao solo:
A)A trajetória da partícula é retilínea e a sua aceleração aponta para cima.
B)A trajetória da partícula é retilínea e a aceleração aponta para baixo.
C)A partícula possui trajetória semicircular com aceleração para baixo.
D)A trajetória da partícula é circular e a aceleração é centrípeta.
E)A trajetória da partícula é parabólica e a aceleração aponta para baixo.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
E
Resolução comentada
Com campo gravitacional uniforme e sem resistência do ar, a aceleração é constante e vertical para baixo. A composição do movimento horizontal uniforme com o vertical acelerado produz uma parábola. Alternativa E.
Q03
Mecânica — Dinâmica — Trações entre blocos
Três blocos idênticos são puxados, conforme a figura abaixo, sobre uma superfície horizontal sem atrito. Se a mão mantém uma tensão de 30N no barbante que puxa, então marque a alternativa que representa a força de tensão nos barbantes 1 e 2:
A)30N e 30 N.
B)10 N e 20 N.
C)15 N e 15 N.
D)20 N e 40 N.
E)30 N e 60 N.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
B
Resolução comentada
Para três massas iguais, $a=30/(3m)$. O barbante 1 acelera uma massa e tem tração $ma=10$ N; o barbante 2 acelera duas e tem $2ma=20$ N. Alternativa B.
Q04
Mecânica — Movimento circular — Força centrípeta
Uma pequena pedra de massa m está sob ação de uma única força, a qual tem módulo constante F. Esta força advém, por hipótese, de alguma ação externa, ou seja, não é uma força “fictícia” e sim uma força verdadeira no sentido newtoniano. Suponha que o movimento da pedra em relação a um referencial inercial é circular e uniforme (com velocidade de módulo constante) de raio r. Então, em relação a esse referencial:
A)$v=rF/m$
B)$v=\sqrt{rF/m}$
C)$v=\sqrt{rFm}$
D)$v=rFm$
E)A velocidade é nula.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
B
Resolução comentada
A força radial necessária tem módulo $F=mv^2/r$. Isolando a velocidade, $v=\sqrt{rF/m}$. Alternativa B. Sua dimensão é comprimento dividido por tempo.
Q05
Fundamentos — Energia — Fontes de eletricidade
O físico Luiz Pinguelli Rosa, pesquisador da Universidade Federal do Rio de Janeiro, aponta uma alternativa para geração de energia elétrica no Brasil que é a partir da queima do carvão. Enfatiza que as hidrelétricas, principais geradoras do país, já não são capazes de atender à demanda nacional. “Como o desenvolvimento econômico e social do país depende diretamente da capacidade de produção de energia, o custo ambiental parece ser inevitável. Se terá valido a pena no futuro, somente as próximas gerações poderão dizer.” (CÉLIO YANO, Ciência Hoje, Março de 2013). Marque a alternativa INCORRETA com relação ao princípio de conservação de energia, fontes de energia e a produção da energia elétrica:
A)A energia não pode ser criada ou destruída, pode apenas ser transformada de uma forma para outra, com sua quantidade total permanecendo constante.
B)A fusão termonuclear é um processo que libera energia radiante e uma pequena parte alcança a Terra. Esta parcela incide sobre as plantas e uma parte é estocada na forma de carvão mineral. Então a fonte de praticamente toda nossa energia é o Sol.
C)A energia geotérmica como a solar, a eólica e a hidráulica não prejudicam o meio ambiente tanto quanto a produção da energia a partir da queima de combustíveis fósseis.
D)Apesar de problemas da disposição do lixo radioativo e dos riscos de acidentes, a maior parte da produção da energia elétrica brasileira vem das usinas nucleares.
E)Nos processos de transmissão da energia elétrica através dos fios, boa parte desta é dissipada, provocando aquecimento dos fios. Assim não podemos dizer que a energia é gasta ou consumida, mas transformadas em outras formas.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
D
Resolução comentada
A incorreta é D: na época do enunciado, a maior parte da eletricidade brasileira vinha de fontes hidráulicas, não de usinas nucleares. A questão relaciona transformações de energia e impactos das fontes. As descrições não significam ausência de impacto nas fontes renováveis nem que absolutamente toda fonte energética tenha origem solar.
Q06
Mecânica — Colisões — Conservação do momento
Considere uma colisão binária, ou seja, entre duas partículas. Suponha que todas as forças externas sobre as partículas são desprezíveis em relação as forças internas entre elas durante a colisão. Supondo que a colisão é frontal e unidimensional, podemos afirmar que:
A)Se a colisão for não elástica então o momento linear (ou quantidade de movimento translacional) total e a energia cinética total das partículas se conservam durante a colisão.
B)Se a colisão for elástica então o momento linear total não se conserva e a energia cinética total das partículas se conserva durante a colisão.
C)Se a colisão for elástica então o momento linear total e a energia cinética total das partículas não se conservam durante a colisão.
D)Se a colisão for não elástica então o momento linear total se conserva e a energia cinética total das partículas não se conserva durante a colisão.
E)A colisão é necessariamente elástica.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
D
Resolução comentada
Com impulso externo desprezível, o momento total se conserva em qualquer tipo de colisão. Numa colisão inelástica, a energia cinética total não se conserva, sendo convertida em outras formas de energia. Alternativa D.
Q07
Termologia — Termodinâmica — Trabalho de agitação
Um sistema líquido é bastante agitado a volume constante dentro de um recipiente fechado de paredes rígidas e termicamente isolantes (ou adiabáticas). Se Q é a quantidade de calor recebida pelo sistema, W é o trabalho realizado pelo sistema e ΔU é a variação da energia interna do sistema então, com base na primeira lei da termodinâmica (conservação de energia), podemos afirmar que:
A)Q = 0, W ≠ 0 e ΔU < 0.
B)Q ≠ 0, W = 0 e ΔU = 0.
C)Q ≠ 0, W ≠ 0 e ΔU = 0.
D)Q = 0, W ≠ 0 e ΔU > 0.
E)Q=W=ΔU=0.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
D
Resolução comentada
O isolamento térmico dá $Q=0$. A agitação realiza trabalho sobre o líquido, mesmo com volume constante; trabalho não se restringe a $P\Delta V$. Pela convenção de trabalho realizado pelo sistema, $W<0$, e $\Delta U=Q-W>0$. Alternativa D.
Q08
Termologia — Calorimetria — Vaporização
O calor de vaporização da água, sob pressão atmosférica padrão (1atm), é 539cal/g, ou seja, para vaporizar cada grama de água a 100 graus Celsius sob pressão padrão é necessário transferir para ela 539cal de energia térmica. A quantidade de calor necessária para vaporizar 10g de água sob pressão padrão, é:
A)5,39kJ.
B)539kcal.
C)5,39cal.
D)539cal.
E)5,39kcal.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
E
Resolução comentada
$Q=mL=10\cdot539=5390$ cal = 5,39 kcal. Alternativa E. A conta pressupõe água inicialmente a 100 °C, como a definição de calor latente do enunciado.
Q09
Termologia — Calorimetria — Capacidade térmica
Um bloco de metal possui, sob pressão atmosférica padrão, uma capacidade térmica constante de 50J/K. Qual a quantidade de calor que deve ser transferido ao bloco para que ele seja aquecido de 40 graus Celsius para 50 graus Celsius?
A)500J.
B)500kJ.
C)500cal.
D)500kcal.
E)5J.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
A
Resolução comentada
$Q=C\Delta T=50\cdot(50-40)=500$ J. Alternativa A. Uma diferença de 10 °C equivale a 10 K.
Q10
Termologia — Dilatação térmica — Variação da densidade
Um sistema sólido de massa M, cujo material possui densidade d0 na temperatura T, é aquecido para T+ΔT (ΔT>0), sob pressão atmosférica padrão. O coeficiente de expansão (ou dilatação volumétrica) do sólido é γ. Após este processo, o sólido:
A)Passa a ter massa nula.
B)Tem sua massa aumentada e sua densidade inalterada.
C)Tem sua massa e sua densidade inalteradas.
D)Tem sua massa diminuída.
E)Tem sua massa inalterada e sua densidade diminuída para d = d0 /(1 + γΔT).
Gabarito oficial — URCA 2013.2
E
Resolução comentada
A massa é conservada e o volume passa a $V=V_0(1+\gamma\Delta T)$. Logo, $d=M/V=d_0/(1+\gamma\Delta T)$, menor para expansão positiva. Alternativa E.
Q11
Óptica — Refração — Frequência na passagem entre meios
Considere uma onda luminosa monocromática de frequência f, comprimento de onda λ e velocidade de propagação v. Quando esta onda passa de um meio homogêneo para outro com índice de refração diferente:
A)Sua cor não se modifica mas f se altera.
B)Sua cor muda mas λ não se altera.
C)Sua cor não se altera, pois f não se altera, mas v e λ se modificam.
D)f, λ e v se alteram.
E)f, λ e v não se alteram.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
C
Resolução comentada
A frequência permanece determinada pela fonte e não muda na passagem entre meios estacionários. Como o índice muda, a velocidade muda e, por $v=\lambda f$, o comprimento de onda também muda. A cor é associada à frequência. Alternativa C.
Q12
Ondulatória — Espectro eletromagnético — Velocidade no vácuo
As ondas eletromagnéticas não precisam de um meio material para se propagar, diferentemente das ondas sonoras caracterizadas por vibrações mecânicas do ar. Nós, seres humanos, apenas enxergamos uma pequena faixa do espectro eletromagnético que é a radiação visível (espectro da luz branca nas cores do vermelho, amarelo, verde, azul e violeta). Então na exposição prolongada ao Sol recebemos a radiação infravermelha e ultravioleta invisíveis ao olho, mas de efeitos danosos a pele notadamente no estado do Ceará de Sol intenso. A partir deste entendimento, marque a alternativa correta acerca do espectro eletromagnético e suas propriedades:
A)Todas as ondas eletromagnéticas possuem a mesma natureza, diferindo principalmente pela frequência e pelo comprimento de onda e todas se propagam com a mesma velocidade no vácuo.
B)As ondas de rádio, que compõem o espectro eletromagnético, são as que possuem as frequências mais elevadas e consequentemente os valores mais baixos de comprimento de onda do espectro e são também descritas como uma onda sonora.
C)A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética não coincide com a velocidade da luz cujo valor máximo é de 300.000 quilômetros por segundo.
D)Sabendo que a cor vermelha possui uma frequência de $4\times10^{14}$ hertz seu comprimento de onda no ar correspondente é 0,4 μm.
E)A luz branca, por exemplo a luz solar, é considerada de uma única cor sendo portanto luz monocromática.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
A
Resolução comentada
Todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma natureza e se propagam com velocidade c no vácuo. Alternativa A. Para a frequência de $4\times10^{14}$ Hz, $\lambda=c/f=0{,}75$ µm, não 0,4 µm; luz branca contém várias frequências.
Q13
Óptica — Espelhos esféricos — Distância focal
Suponha que o espelho do farol de um automóvel seja esférico de raio 10cm e reflete um feixe de raios paralelos cuja fonte é a lâmpada colocada no foco. A distância da lâmpada desse farol ao vértice do espelho, é:
A)10cm.
B)5cm.
C)2cm.
D)20cm.
E)50cm.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
B
Resolução comentada
Para espelho esférico côncavo no regime paraxial, $f=R/2=10/2=5$ cm. A lâmpada no foco produz raios refletidos aproximadamente paralelos. Alternativa B.
Q14
Eletrodinâmica — Circuitos — Corrente e campo magnético
Considere o circuito elétrico tipo série esquematizado abaixo. Dados: - Eletromotância (“força” eletromotriz) da bateria ε= 12V. - Resistência interna da bateria r = 1,5Ω . - Contraeletromotância (“força” contraeletromotriz) do ventilador ε ′ = 4V. - Resistência interna do ventilador r ′ = 0,5Ω . - Resistência da lâmpada R = 2Ω. Com base nos dados, podemos dizer que:
A)A intensidade de corrente no circuito é nula e não há campo magnético produzido pela corrente em volta dos fios.
B)A intensidade de corrente no circuito é i = 2A e um campo magnético é produzido em torno dos fios.
C)A potencia dissipada na resistência interna da bateria é 6W e não há um campo magnético em torno dos fios.
D)A voltagem lançada pela bateria no circuito externo é 12V e há campo magnético em torno dos fios.
E)A voltagem lançada pela bateria no circuito externo é infinita.
Gabarito oficial — URCA 2013.2
B
Resolução comentada
$i=(12-4)/(1{,}5+0{,}5+2)=8/4=2$ A. A corrente produz campo magnético ao redor dos fios, tornando B correta. A tensão terminal da bateria é $12-ir=9$ V, não 12 V.
Q15
Física moderna — Efeito fotoelétrico — Frequência de corte
Quando uma onda luminosa incide sobre um metal, alguns elétrons podem escapar da superfície do metal: é a chamada emissão fotoelétrica. De acordo com a teoria clássica a energia transportada por uma onda é proporcional a sua amplitude. Esta teoria prevê que quanto maior a amplitude da luz incidente maior a energia dos fotoelétrons ejetados da superfície do metal. Entretanto, no final do século XIX foi detectado experimentalmente que a energia dos fotoelétrons é tanto maior quanto maior for a frequência da luz incidente, diferentemente da previsão clássica. Em 1905 Albert Einstein propôs que o efeito fotoelétrico podia ser explicado supondo que a luz se propaga como um fluxo de corpúsculos energéticos sem massa, cada qual com energia hf, onde h é a chamada constante de Planck e f é a frequência da luz incidente. Com esta ideia a energia cinética adquirida por um fotoelétron é dada por K = hf −W onde W é uma propriedade associada ao metal. Só há emissão fotoelétrica se hf > W; e há uma frequência de corte abaixo da qual não há fotoelétrons ejetados, ou seja, existe um valor de f tal que K = 0 (Adaptado de F. Cabral e A. Lago, Física vol.3, Ed. Harbra, 2004). Podemos, então, concluir que a expressão da frequência de corte do metal é dada por:
A)f = W/h.
B)f = h/W.
C)f = hW.
D)f = h +W.
E)f = hW/ (h +W).
Gabarito oficial — URCA 2013.2
A
Resolução comentada
No limiar, a energia cinética máxima é zero: $0=hf_c-W$. Portanto, $f_c=W/h$, alternativa A. A intensidade da luz não substitui a exigência de energia por fóton; na descrição ondulatória clássica a intensidade é proporcional ao quadrado da amplitude, uma precisão omitida no texto.
