URCA 2015.1: Física com gabarito e resolução

Q01

Mecânica — Referenciais — Movimento relativo

Considere as afirmações: X) Se um corpo A se move em relação a um corpo B então B se move em relação a A. Y) A terra se move em relação ao sol. Portanto o sol se move em relação a terra. Podemos dizer que:

A)X é verdadeira e Y é falsa.

B)X e Y são, ambas, falsas.

C)X é falsa e Y é verdadeira.

D)X e Y são ambas verdadeiras.

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

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

As duas afirmações tratam da reciprocidade do movimento relativo: se A se move em relação a B, B se move em relação a A. Aplicando à Terra e ao Sol, X e Y são verdadeiras. Alternativa D.

Q02

Mecânica — Leis de Newton — Inércia

Em linguagem da época de Camões, a frase “Não há cousa, a qual natural sendo, que não queira perpétuo o seu estado” pode com um “olhar da física” ser relacionada com:

A)A lei da gravitação.

B)Poesia somente.

C)A lei de inércia (ou primeira lei de NewtonGalileu).

D)Forças ocultas.

E)Forças brutas.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

A permanência no estado de movimento remete à inércia: um corpo mantém repouso ou movimento retilíneo uniforme quando a força resultante é nula, num referencial inercial. Alternativa C.

Q03

Fundamentos — Método científico — Definição operacional de força

Considerando a mecânica newtoniana, podemos afirmar que:

A)O conceito de força não está experimentalmente relacionado com alteração na velocidade de um corpo.

B)A noção de força está, conceitualmente, relacionada com alteração na velocidade de um corpo independentemente de fazermos uma experiência/observação ou não.

C)O conceito de força envolve duas coisas: a) a noção de empurrar, puxar, atrair, repelir, amassar ou deformar; b) um procedimento (operacional) de medida acompanhado de alguma unidade. A partir daí podemos levantar questões acerca da relação entre força e movimento, cuja resposta deve ser buscada em experimentos.

D)Uma definição de força não envolve um procedimento ou padrão de medida.

E)Força é um conceito sem importância na física newtoniana.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

A alternativa C associa o conceito de força às ações de interação e a um procedimento de medida. A relação quantitativa entre força e movimento é então uma lei física a ser testada, em vez de ser garantida apenas por uma definição verbal.

Q04

Fundamentos — Método científico — Definições e leis empíricas

Considere as afirmações abaixo: X) Força é, por definição, uma ação capaz de alterar a velocidade de um corpo. Logo, só há força resultante sobre um corpo se e só se ocorrer alteração na velocidade deste corpo. Y) Se nenhuma força atua num corpo então a velocidade deste corpo não se altera. Podemos dizer que:

A)De um ponto de vista estritamente lógico podemos dizer que a afirmação X permite deduzir ou concluir a afirmação Y sem que seja necessário uma experiência-teste em laboratório. Portanto a afirmação X não pode ser usada para definir de forma adequada o conceito de força pois a afirmação Y precisa ser testada ou verificada.

B)X é verdadeira e não depende de teste experimental algum nem considerações explicativas adicionais.

C)Y é uma afirmação falsa em qualquer situação (ou qualquer que seja o referencial).

D)X define energia.

E)Y define temperatura.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

A alternativa A distingue consequência lógica de evidência física: se força for definida unicamente como aquilo que altera velocidade, a afirmação de que ausência de força implica velocidade constante torna-se uma tautologia. Uma lei empírica precisa de conceitos e medidas que permitam testá-la independentemente.

Q05

Mecânica — Trabalho — Resistência do ar

Uma bola de 400g é colocada (momentaneamente com velocidade nula) 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 -3,2 joules.

E)6 newtons e -6 joules.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

O peso é $mg=0{,}4\cdot10=4$ N e a resultante vale $ma=0{,}4\cdot2=0{,}8$ N para baixo. A resistência vale $F_r=4-0{,}8=3{,}2$ N para cima. No primeiro segundo, $s=at^2/2=1$ m, portanto seu trabalho é $W_r=-F_rs=-3{,}2$ J. Alternativa D. O sinal negativo decorre da oposição ao deslocamento.

Q06

Eletrodinâmica — Energia elétrica — Potência média

Um medidor de energia elétrica de uma residência mostra um consumo de 10kWh de energia durante duas hora quando somente um aparelho fica ligado. Supondo que as perdas por energia térmica nos fios de ligação sejam desprezíveis, podemos dizer que a potência (ou energia por unidade de tempo) total consumida pelo aparelho nesta situação foi cerca de:

A)1kW.

B)2kW.

C)3J,

D)4kJ,

E)5kW.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

$P=E/\Delta t=10\,\mathrm{kWh}/2\,\mathrm{h}=5$ kW. Alternativa E.

Q07

Mecânica — Hidrostática — Pressão absoluta

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 40metros, é cerca de:

A)5 atmosferas.

B)4 atmosferas.

C)3 atmosferas.

D)2 atmosferas.

E)1 atmosfera.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

A cada 10 m soma-se cerca de 1 atm de pressão hidrostática. Em 40 m, são 4 atm além da atmosfera superficial, totalizando 5 atm. Alternativa A.

Q08

Termologia — Calorimetria — Calor de 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 540cal de energia térmica. A quantidade de energia térmica necessária para vaporizar 100g de água à 100 graus Celcius sob pressão padrão é cerca de:

A)50kcal.

B)54kcal.

C)60 kcal.

D)70kcal.

E)80kcal.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

$Q=mL=100\cdot540=54000$ cal = 54 kcal. Alternativa B. A água já está à temperatura de ebulição.

Q09

Óptica — Espelhos planos — Distância objeto-imagem

Se um objeto se encontra a 1,5m de um espelho plano então a distância entre ele e a imagem produzida pelo espelho é de:

A)1m.

B)2m.

C)3m.

D)4m.

E)5m.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

O objeto está 1,5 m à frente e sua imagem 1,5 m atrás do espelho. A distância entre ambos é $1{,}5+1{,}5=3$ m. Alternativa C.

Q10

Ondulatória — Frequência — Cor e nota musical

De acordo com a física clássica a cor de uma luz visível (ou de uma onda eletromagnética monocromática) ou a nota musical associada a uma onda sonora estão relacionadas diretamente com as:

A)Amplitudes das respectivas ondas.

B)Frequências das ondas.

C)Cargas das ondas.

D)Massas das ondas.

E)Fases das ondas.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

A frequência determina a cor de uma radiação monocromática e a altura de uma nota musical. Alternativa B. Amplitude se associa à intensidade.

Q11

Física moderna — Fótons — Energia e frequência

O chamado efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por um metal quando um feixe de luz ou radiação eletromagnética incide sobre ele. A física clássica é inadequada para explicálo/descrevê-lo. O físico Albert Einstein teorizou em 1905 que a luz ou qualquer radiação eletromagnética se propaga como se fosse um fluxo de “grãos” (os “quanta” ou “fótons”) o que posteriormente foi confirmado em vários laboratórios; estes fótons são partículas energéticas sem massa cada qual com uma energia E=hf, onde h é uma constante universal (a constante de Planck) e f é a frequência da radiação correspondente. Suponha que dois feixes de radiação, I e II, com frequências f(I) e f(II) respectivamente incidem num metal e são absorvidos totalmente por ele, que emite então os “fotoelétrons”. Seja E(I) a energia de cada fóton do feixe I e E(II) a energia de cada fóton do feixe II. Se f(I)=2f(II), então:

A)E(I)=E(II).

B)E(I)=2E(II).

C)E(I)=3E(II).

D)E(I)=4E(II).

E)E(I)=5E(II).

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

Cada fóton tem energia $E=hf$. Se $f_I=2f_{II}$, então $E_I=2E_{II}$. Alternativa B. A relação trata da energia por fóton, não da energia total dos feixes.

Q12

Física moderna — Dualidade onda-partícula — Interpretação conceitual

De acordo com as ideias de Louis de Broglie (década de 1920) uma partícula de massa m e momento linear, ou quantidade de movimento, p possui uma onda associada de comprimento de onda λ=h/p onde h é a constante de Planck. Um trecho da música “quanta” de Gilberto Gil contém as frases “Quantum granulado no mel...” e “Quantum ondulado no sal...”. Elas se referem à:

A)Nada.

B)Bolinha de sabão.

C)Causalidade.

D)Imparcialidade.

E)Dualidade partícula-onda.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

O enunciado contrapõe os aspectos granular e ondulatório associados aos fenômenos quânticos. Isso corresponde à dualidade partícula-onda: E. A relação $\lambda=h/p$ expressa o aspecto ondulatório da matéria.

Q13

Física moderna — Conservação — Energia e momento

Sobre as leis físicas de conservação de energia e de conservação de momento (ou quantidade de movimento), podemos dizer que elas:

A)Só valem no contexto da física clássica.

B)Não valem nunca.

C)Só valem no contexto da física contemporânea.

D)Possuem uma validade geral abrangendo inclusive situações que envolvam colisão de partículas fundamentais como as que ocorrem nos grandes aceleradores como o “Large Hadron Colisor - LHC”.

E)Não valem muito.

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

As leis de conservação de energia e momento também se aplicam às interações e colisões de partículas, com as formulações relativísticas adequadas quando necessário. Alternativa D; não se restringem à física clássica.

Q14

Termologia — Termodinâmica — Ciclo e trabalho

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 preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

Num ciclo, $\Delta U=0$. Com 4 J de calor líquido recebido, a primeira lei dá $0=4-W$, portanto $W=4$ J. Alternativa A. A opção E impressa tem trabalho -4 J e não representa esse processo.

Q15

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

Gabarito preliminar — URCA 2015.1

Resolução comentada

A carga em movimento no referencial considerado produz campos elétrico e magnético. A alternativa E inclui ambos e admite que o campo elétrico não seja necessariamente eletrostático. As alternativas anteriores omitem um dos campos ou atribuem apenas gravitação.