URCA 2015.2: Física com gabarito e resolução

Q01

Mecânica — Referenciais — Reciprocidade do movimento

Se um corpo A se move em relação a um referencial B, então podemos afirmar que:

A)O referencial B está sempre em repouso;

B)O referencial B é algo sem sentido;

C)O referencial B se move em relação ao corpo A;

D)O corpo A deve estar sempre parado;

E)O referencial B deve estar sempre parado.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

Se a posição de A em relação a B muda, a posição de B em relação a A também muda. A descrição relativa é recíproca: C. Isso não implica que os dois referenciais tenham a mesma aceleração ou sejam ambos inerciais.

Q02

Astronomia — Referenciais — Estrelas fixas

Os corpos do sistema solar tais como a terra, o sol, a lua, marte, mercúrio se movem em relação as chamadas “estrelas fixas”. Podemos dizer que:

A)As “estrelas fixas” estão realmente fixas independente do referencial adotado;

B)As “estrelas fixas” não estão necessariamente fixas, depende do referencial adotado;

C)As estrelas não existem;

D)O sistema solar existe mas não se move;

E)O sol não se move por causa do modelo copernicano.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

A expressão estrelas fixas é uma aproximação observacional, não repouso absoluto. A descrição depende do referencial e as estrelas também têm movimentos próprios. Alternativa B.

Q03

Mecânica — Referenciais — Referencial físico

Marque a alternativa que apresente algo que possa ser considerado referencial no sentido físico:

A)Um corpo com massa;

B)Um número;

C)Um vetor;

D)Uma matriz;

E)O espaço absoluto.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

Um corpo pode servir de base material para estabelecer um sistema de referência e medir posições e tempos. Alternativa A. Número, vetor e matriz são objetos matemáticos; espaço absoluto não é um corpo referencial operacional.

Q04

Mecânica — Dinâmica — Força resultante na queda livre

Uma bola de 400g é colocada (momentaneamente em repouso) em uma certa altura, em relação ao solo, e cai livremente sob ação da gravidade com aceleração de aproximadamente 10m/s2. A força resultante sobre a bola vale cerca de:

A)3 newtons;

B)2 newtons;

C)1 newton;

D)4000 g.m/s2;

E)4 kilonewton.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

A massa é 0,400 kg e a resultante na queda livre é $F=mg=0{,}4\cdot10=4$ N. Em unidades com gramas, 4 N = 4000 g·m/s², correspondendo a D. Não são 4 kN.

Q05

Eletrodinâmica — Energia elétrica — Tempo de funcionamento

Um medidor de energia elétrica de uma residência mostra um consumo de 5kWh de energia quando somente um aparelho fica ligado. A potência do aparelho corresponde ao consumo por hora de uma certa quantidade de energia e vale 1kW. Desprezando perdas por energia térmica nos fios de ligação, durante quanto tempo este aparelho ficou ligado?

A)1h;

B)2h;

C)3h;

D)4h;

E)300min.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

$\Delta t=E/P=5\,\mathrm{kWh}/1\,\mathrm{kW}=5$ h = 300 min. Alternativa E.

Q06

Mecânica — Hidrostática — Pressão a dez metros

A cada 10 metros de profundidade a pressão hidrostática em um profundo lago aumenta 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 10 metros, é cerca de:

Esta questão apresenta inconsistência ou ambiguidade. Consulte a revisão na resolução; esta questão não recebe pontuação.

A)1 atmosfera;

B)10 atmosferas;

C)15 atmosferas;

D)11 atmosferas;

E)3 atmosferas.

Resposta após revisão

Sem alternativa correta

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

Resolução comentada

Os 10 m de água acrescentam 1 atm à pressão superficial de 1 atm. Portanto, a pressão total vale aproximadamente 2 atm. Nenhuma alternativa oferece esse valor. O preliminar registra D, 11 atm, que exigiria profundidade de 100 m. A profundidade impressa de 10 m é preservada e a questão não recebe uma alternativa correta para pontuação.

Q07

Termologia — Calorimetria — Vaporização da água

A constante calorífica de vaporização da água, sob pressão atmosférica padrão é cerca de 540cal/g, ou seja, para vaporizar cada grama de água a 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 4g de água à 100 graus Celcius sob pressão padrão é cerca de:

A)54 kcal;

B)0,54 kcal;

C)2,16 kcal;

D)50 kcal;

E)5,40 kcal.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

Como a água já está a 100 °C, $Q=mL=4\cdot540=2160$ cal = 2,16 kcal. Alternativa C.

Q08

Óptica — Espelhos planos — Distância da imagem

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

A)4m;

B)5m;

C)3m;

D)1m;

E)2m.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

No espelho plano, a imagem está atrás do espelho à mesma distância que o objeto está à frente: 1 m. Alternativa D. A distância objeto-imagem seria 2 m, mas não é a grandeza solicitada.

Q09

Ondulatória — Frequência — Cor e altura musical

A luz e o som são ondas de naturezas diferentes. De acordo com a física clássica a luz monocromática e o som associado a uma determinada nota musical estão diretamente relacionados 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 preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

A frequência está associada à cor de uma luz monocromática e à altura de um som musical. Alternativa B. A amplitude está relacionada à intensidade, não à nota musical.

Q10

Termologia — Termodinâmica — Equações de estado

Considere o texto a seguir: Um sistema macroscópico, seja sólido, líquido ou gás, tem seu (macro)estado de equilíbrio termodinâmico representado por valores bem definidos das variáveis pressão P, volume V, massa M e temperatura T. Caso o sistema possua massa fixa seu estado de equilíbrio pode ser representado em termos de (P,V,T). Mas cada sistema termodinâmico possui uma relação entre P, V e T que é obtida empiricamente, designada como equação de estado. Assim o estado de equilíbrio pode ser representado em termos de qualquer par de variáveis (P,V), (P,T) ou (V,T). Exemplos de equações de estado são a equação do gás sob baixa densidade (gás ideal) PV/T=nR (T=temperatura em kelvins), a equação aproximada para sólidos e líquidos V=v[1+g(T-t)-k(P-p)], onde g é a expansibilidade (coeficiente de dilatação) e k é a compressibilidade. No caso em que a pressão atmosférica é constante temos P=p de modo que a equação de estado dos sólidos e líquidos fornece a equação de dilatação térmica volumétrica V-v=g.v.(T-t), onde v e t são o volume e a temperatura iniciais do sistema. Com base neste texto podemos dizer que:

A)Gases, sólidos e líquidos são sistemas que não possuem equações de estado;

B)Estudo de gases nada tem a ver com dilatação de sólidos e líquidos pois os gases não se dilatam;

C)Para conhecer o estado de equilíbrio termodinâmico de um sistema é necessário conhecer a estrutura atômico-molecular da matéria;

D)Gases, sólidos e líquidos possuem equações de estado;

E)As equações de estado não tem nada a ver com termodinâmica.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

O texto apresenta relações entre pressão, volume e temperatura de gases, líquidos e sólidos. Todos podem ser descritos por equações de estado apropriadas, tornando D correta. O estado macroscópico pode ser tratado sem conhecer cada detalhe microscópico.

Q11

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)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 preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

No referencial em que a carga se move, ela apresenta campo elétrico e campo magnético, conforme a descrição eletromagnética. A alternativa E inclui ambos; as demais restringem indevidamente a apenas um campo. Os campos dependem do referencial.

Q12

Física moderna — Partículas — Composição do nêutron

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 próton é constituído de três quarks, sendo dois quarks do tipo “up”, cada qual com carga elétrica +2/3, e um quark do tipo “down”, o qual possui carga -1/3, resultando em uma carga total +2/3+2/3-1/3=+1 em unidades de carga elementar. Com base nesta informação, o neutron - uma partícula (não fundamental) também formado por três quarks mas com uma carga total NULA - deve ser formado por:

A)3 quarks “up”;

B)3 quarks “down”;

C)3 elétrons;

D)3 prótons;

E)2 quarks “down” e 1 quark “up”.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

Um quark up tem carga $+2e/3$ e um down tem $-e/3$. A combinação $udd$ soma $2/3-1/3-1/3=0$, correspondendo a um up e dois down. Alternativa E. O sinal negativo da carga do down é essencial.

Q13

Física moderna — Dualidade onda-partícula — Onda de de Broglie

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=6,6×10-34 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 à 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 fenômenos quânticos são significativos na escala macroscópica.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

Com $p=mv=1\cdot1=1$ kg·m/s, $\lambda=h/p=6{,}6\times10^{-34}$ m. Alternativa A. É um comprimento extremamente pequeno, o que explica a dificuldade de observar o comportamento ondulatório dessa bola nas condições usuais.

Q14

Termologia — Termodinâmica — Processo cíclico

De acordo com a primeira lei da termodinâmica se, durante um processo cíclico sofrido por um sistema termodinâmico de massa fixa, o sistema recebe -3J 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)3J e 0;

C)0 e 0;

D)3J e -3J;

E)0 e -3J.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

A energia interna é função de estado e retorna ao valor inicial num ciclo: $\Delta U=0$. O calor líquido recebido é -3 J, isto é, o sistema cede 3 J. Pela primeira lei, $0=Q-W$ e $W=-3$ J. Alternativa E. O sinal negativo indica trabalho recebido do meio.

Q15

Eletromagnetismo — Magnetismo da matéria — Ímãs naturais

Os ímãs naturais são pedras conhecidas a muito tempo, provavelmente, 3 mil anos. Elas manifestam comportamento magnético. Porém, um campo magnético é usualmente provocado por correntes elétricas ou cargas em movimento organizado. Podemos afirmar que:

A)O campo magnético de um ímã natural advém de corrente elétrica no sentido clássico;

B)O campo magnético de um ímã natural advém de uma força misteriosa desconhecida;

C)O campo magnético de um ímã natural, embora se manifeste macroscopicamente, advém principalmente do alinhamento dos chamados momentos magnéticos orbitais dos átomos, onde pode haver também contribuições do momento magnético dos spins atômicos, que são propriedades quânticas descobertas somente por volta da década de 1920;

D)O campo magnético de um ímã não faz sentido físico;

E)O campo magnético dos ímãs é na verdade um campo gravitacional.

Gabarito preliminar — URCA 2015.2

Resolução comentada

A magnetização macroscópica está relacionada ao ordenamento de momentos magnéticos microscópicos. A alternativa C inclui contribuições orbitais e de spin; especialmente o spin eletrônico é relevante nos materiais ferromagnéticos. Não se trata de força misteriosa nem de gravitação.