URCA 2014.2: Física com gabarito e resolução

Q01

Mecânica — Referenciais — Movimento relativo

Considere as afirmações: X) A terra se move em torno do sol, relativamente a ele. Y) O sol se move em torno da terra, relativamente a ela. Podemos dizer que:

A)X é verdadeira e Y é falsa.

B)X e Y são, ambas, verdadeiras.

C)X é falsa e Y é verdadeira.

D)X e Y são ambas falsas.

E)nada se pode afirmar sem a especificação do referencial.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A Terra se move em relação ao Sol e o Sol se move em relação à Terra. As duas descrições são relativas aos referenciais indicados, portanto X e Y são verdadeiras: B.

Q02

Mecânica — Referenciais — Posição e distância

Considere as seguintes afirmações: X) Um corpo está em repouso em relação a um referencial se sua localização ou posição em relação a este referencial não se alterar com o passar tempo. Y) Um corpo está necessariamente em repouso com respeito a um certo referencial se a distância entre o corpo e o referencial não se alterar a medida que o tempo passa. Podemos dizer que:

A)X e Y são falsas.

B)X é verdadeira e Y é falsa.

C)X é falsa e Y é verdadeira.

D)X e Y são verdadeiras.

E)X e Y não são verdadeiras nem falsas.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

Repouso exige que a posição em relação ao referencial permaneça constante. Distância constante não basta: numa trajetória circular, a distância ao centro é constante enquanto a direção da posição muda. X é verdadeira e Y falsa: B.

Q03

Mecânica — Cinemática — Trajetória circular

Um corpo se move, em relação a um certo referencial, seguindo uma trajetória plana circular centrada no ponto C. Podemos dizer que:

A)A distância entre o corpo e o ponto C se mantém constante no tempo e, portanto, o corpo não pode se mover em relação a C.

B)A distância entre o corpo e o ponto C é variável no tempo e, então, o corpo se move em relação ao ponto C.

C)A distância entre o corpo e o ponto C se mantém constante mas a localização/posição do corpo em relação a C varia com o tempo e, portanto, o corpo se move em relação à C.

D)A distância entre o corpo e o ponto C é variável no tempo, mas o corpo não se move em relação a C.

E)A distância entre o corpo e o ponto C é variável mas a trajetória do corpo é um conceito sem sentido na física clássica.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

Em movimento circular, o raio permanece constante, mas a posição vetorial muda com o ângulo. Logo, há movimento em relação ao centro C apesar da distância constante. Alternativa C.

Q04

Mecânica — Trabalho — Resistência do ar

Uma bola de 400g é colocada (momentaneamente em repouso) em uma certa altura, em relação ao solo, e cai verticalmente com aceleração de 2m/s2. Supondo que a aceleração da gravidade é aproximadamente 10m/s2 então a resistência do ar sobre a bola e o trabalho realizado pela força de resistência do ar no primeiro segundo de queda são, respectivamente, próximos de:

A)3 newtons e -3 joules.

B)3,2 newtons e 16 joules.

C)4 newtons e -16 joules.

D)3,2 newtons e -16 joules.

E)6 newtons e -6 joules.

Resposta após revisão

Revisão: a referência registra D. Confira a análise da divergência na resolução.

Resolução comentada

O peso é 4 N e a resultante $ma=0{,}4\cdot2=0{,}8$ N, logo a resistência é 3,2 N para cima. Partindo do repouso, em 1 s o deslocamento é $at^2/2=1$ m, e o trabalho da resistência é -3,2 J. O oficial registra D, que apresenta -16 J e não corresponde aos dados. Como o comando pede valores próximos, A (3 N e -3 J) é a aproximação mais próxima, com diferença de cerca de 6,25% em cada valor. A análise distingue essa aproximação dos valores calculados.

Q05

Eletrodinâmica — Energia elétrica — Potência média

Um medidor de energia elétrica de uma residência mostra um consumo de 10kwh de energia durante meia hora quando somente um aparelho fica ligado. Desprezando perdas por energia térmica nos fios, podemos dizer que a potência total do aparelho é de:

A)20kw.

B)200kw.

C)200j.

D)200kj.

E)400kg.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

Meia hora é 0,5 h. Assim, $P=E/t=10/0{,}5=20$ kW. Alternativa A.

Q06

Mecânica — Hidrostática — Pressão total

A cada 10 metros de profundidade a pressão hidrostática em um profundo lago aumenta de aproximadamente 1 atmosfera. Supondo que a pressão atmosférica sobre a superfície do lago é de 1 atmosfera então a pressão total no fundo do lago, de profundidade 20 metros, é cerca de:

A)1 atmosfera.

B)10 atmosferas.

C)15 atmosferas.

D)4,5 atmosferas.

E)3 atmosferas.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A pressão da coluna de 20 m é aproximadamente 2 atm. Somando 1 atm da superfície, a total é 3 atm: E.

Q07

Termologia — Calorimetria — Vaporização

A constante calorífica de vaporização da água, sob pressão atmosférica padrão, é cerca de 540cal/g, ou seja, para vaporizar cada grama de água à 100 graus Celcius (a partir do início da “fervura”) sob pressão atmosférica padrão é necessário transferir para ele 540cal de energia térmica. A quantidade de calor necessária para vaporizar 10g de água à 100 graus Celcius sob pressão padrão é cerca de:

A)54 kcal.

B)0,54 kcal.

C)50 cal.

D)50 kcal.

E)5,40 kcal.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A água está à temperatura de ebulição. $Q=mL=10\cdot540=5400$ cal = 5,40 kcal. Alternativa E.

Q08

Óptica — Espelhos planos — Separação objeto-imagem

Se um objeto se encontra a 1m de um espelho plano então a distância entre ele e a imagem produzida pelo espelho é de:

A)4m.

B)5m.

C)2m.

D)1m.

E)3m.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A imagem está 1 m atrás do espelho e o objeto 1 m à frente. A separação é 2 m, alternativa C.

Q09

Ondulatória — Acústica — Timbre

O som associado a uma nota musical (por exemplo, a nota dó) corresponde a uma onda sonora de uma determinada frequência. Esta onda corresponde a superposição das vibrações das partes materiais do instrumento musical, o que determina o perfil ou formato da onda sonora: isto corresponde ao timbre associado ao instrumento. Podemos dizer que:

A)A diferença entre o som de uma nota emitida por um instrumento e o som da mesma nota emitida por outro instrumento corresponde necessariamente a diferença de frequências entre suas respectivas ondas.

B)A diferença entre o som de uma nota emitida por um instrumento e o som da mesma nota emitida por outro instrumento corresponde necessariamente a diferença de amplitude entre suas respectivas ondas.

C)A diferença entre o som de uma nota emitida por um instrumento e o som da mesma nota emitida por outro instrumento corresponde a diferença de formato ou perfil (ou timbre) entre suas respectivas ondas, que possuem a mesma frequência característica daquela nota musical.

D)A diferença entre o som de uma nota emitida por um instrumento e o som da mesma nota emitida por outro instrumento corresponde necessariamente a diferentes energias das suas respectivas ondas.

E)Diferentes notas musicais de um dado instrumento correspondem necessariamente a ondas sonoras de mesma frequência, mesma amplitude e mesmo timbre pois estas propriedades são todas características do instrumento.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A mesma nota tem a mesma frequência fundamental. Instrumentos diferentes produzem diferentes combinações e amplitudes relativas de harmônicos, mudando o perfil da onda e seu timbre. Alternativa C.

Q10

Ondulatória — Luz — Frequência e cor

De acordo com a física clássica, a cor de uma luz visível monocromática, que corresponde a uma onda eletromagnética, está relacionada diretamente com a:

A)amplitude da onda;

B)frequência da onda;

C)quadrado da amplitude da onda;

D)massa da onda;

E)quadrado da massa da onda.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A cor de uma luz visível monocromática está relacionada à frequência, alternativa B. A amplitude está ligada à intensidade luminosa.

Q11

Termologia — Aquecimento — Evaporação e panela de pressão

Considere como sistema termodinâmico uma porção de água numa panela sendo aquecida mais os vapores que escapam do líquido durante o aquecimento. Podemos afirmar que:

A)Se a fonte aquecedora (um fogão, por exemplo) fornece calor a uma taxa constante no tempo e se os demais fatores do ambiente não interferem então, para provocar a mesma elevação de temperatura, o tempo de aquecimento é menor com uma panela de pressão do que com uma panela comum (aberta).

B)Se a fonte aquecedora fornece calor a uma taxa constante no tempo e se os demais fatores do ambiente não interferem então, para provocar a mesma elevação de temperatura, o tempo de aquecimento é menor com uma panela comum do que com uma panela de pressão.

C)Se a fonte aquecedora fornece calor a uma taxa constante no tempo e que os demais fatores da vizinhança não interferem então, para provocar uma mesma elevação de temperatura, o tempo de aquecimento é o mesmo tanto com uma panela de pressão como com uma panela comum (aberta).

D)Se a fonte aquecedora fornece calor ao sistema a uma taxa constante no tempo então não haverá aquecimento algum, pois isto viola a conservação de energia.

E)Se a fonte aquecedora fornece calor ao sistema a uma taxa constante no tempo, então o sistema sofre uma diminuição de temperatura.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A alternativa oficial é A, interpretando que a panela fechada reduz a evaporação durante o aquecimento e que parte da energia na panela aberta é empregada no calor latente dos vapores. Esse efeito pode aumentar o tempo necessário para a mesma elevação da temperatura do líquido. A conclusão não é universal: se a evaporação for desprezível e as capacidades térmicas e potências forem iguais, $t=mc\Delta T/P$ será igual. O principal ganho para cozinhar é a temperatura de ebulição mais alta sob maior pressão. O enunciado não fornece uma comparação quantitativa completa dessas condições.

Q12

Física moderna — Partículas — Quarks do próton

De acordo com o modelo padrão da física de partículas (1960-1970), as partículas fundamentais de matéria são os quarks e leptons. O elétron, por exemplo, faz parte do conjunto dos leptons. O neutron é constituído de três quarks, sendo dois quarks do tipo “down”, cada qual com carga elétrica -1/3, e um quark do tipo “up”, o qual possui carga +2/3, resultando em uma carga total -1/3 -1/3 +2/3 = 0 em unidades de carga elementar. Com base nesta informação, o próton, uma partícula (não fundamental) também formado por três quarks mas com uma carga total +1, deve ser formado por:

A)3 quarks “up”.

B)3 quarks “down”.

C)3 elétrons.

D)3 prótons.

E)1 quark “down” e 2 quarks “up”.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

O próton tem dois quarks up e um down: $2/3+2/3-1/3=1$ em unidades da carga elementar. Alternativa E.

Q13

Física moderna — Dualidade onda-partícula — Comprimento de onda

De acordo com as ideias de Louis de Broglie (década de 1920) uma partícula de massa m e momento linear, ou quantidade de movimento, possui uma onda associada de comprimento de onda λ=h/p onde: h=$6{,}6\times10^{-34}$joule×segundo. O comprimento de onda de uma bola de 1kg com velocidade de 1m/s é:

A)$6{,}6\times10^{-34}$m, que é um valor muito inferior a escala atômica, e isto está relacionado com o fato de que não se observa diretamente efeitos ondulatórios (quânticos) de partículas materiais na escala macroscópica.

B)$6{,}6\times10^{-34}$joule, que é uma energia muito pequena.

C)6m e portanto os efeitos quânticos são observados na escala macroscópica.

D)6kelvins, que é uma temperatura muito baixa, portanto no regime quântico.

E)7kilogramas, portanto os quânticos são significativos na escala macroscópica.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

Para a bola, $p=mv=1$ kg·m/s. A relação de de Broglie dá $\lambda=h/p=6{,}6\times10^{-34}$ m, alternativa A. A unidade é comprimento.

Q14

Termologia — Termodinâmica — Trabalho num ciclo

De acordo com a primeira lei da termodinâmica se, durante um processo cíclico sofrido por um sistema termodinâmico de massa fixa, o sistema recebe 4J de calor do ambiente então a variação de energia interna do sistema e o trabalho realizado pelo sistema são, respectivamente:

A)0 e -4J.

B)4J e 0.

C)0 e 0.

D)4J e -4J.

E)0 e 4J.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

Em um ciclo, $\Delta U=0$. Recebendo 4 J de calor líquido, $0=Q-W$ e $W=4$ J. Alternativa E.

Q15

Eletromagnetismo — Campos — Carga em movimento

Assinale a alternativa CORRETA:

A)Se uma partícula eletricamente carregada se move em relação a um referencial inercial então ela produz, no espaço próximo, apenas um campo gravitacional.

B)Se uma partícula eletricamente carregada se move em relação a um referencial inercial então ela produz, no espaço, apenas um campo magnetostático.

C)Se uma partícula eletricamente carregada se move em relação a um referencial inercial então ela produz, no espaço, apenas um campo elétrico.

D)Se uma partícula eletricamente carregada se move em relação a um referencial inercial então ela produz, no espaço, apenas um campo magnético e um campo eletrostático.

E)Se uma partícula eletricamente carregada se move em relação a um referencial inercial então ela produz, no espaço, um campo elétrico (mas não eletrostático) e um campo magnético.

Gabarito oficial — URCA 2014.2

Resolução comentada

A carga em movimento produz campo elétrico e campo magnético no referencial considerado. O campo elétrico não precisa ser eletrostático. Alternativa E; as demais omitem campos ou impõem incorretamente a condição eletrostática.