Provas Anteriores | ENEM 2009 · 3ª Aplicação · PPL

Seleção de questões de Física e interdisciplinares cuja resolução usa conceitos físicos. Gabarito oficial e resolução comentada. Numeração do Caderno 3 Branco.

Termologia — Mudanças de estado — Ciclo hidrológico e aquecimento global

Entende-se por ciclo hidrológico a movimentação que a água, em seus três estados, sólido, líquido e gasoso, realiza entre os três grandes reservatórios existentes na Terra, a atmosfera, os oceanos e os continentes. O sol fornece a energia para proporcionar essa movimentação, uma vez que tal energia aumenta as demandas por evaporação da água líquida ou por derretimento quando em seu estado sólido. O aquecimento global, que está ocorrendo por causa do aumento dos gases causadores do efeito estufa, tem provocado:

i. derretimento do gelo das geleiras nas regiões polares;

ii. aumento da umidade na atmosfera em aproximadamente 6% para cada grau de aumento na temperatura média da Terra;

iii. mudanças no regime climático das várias regiões, algumas ficando mais áridas, e outras, mais quentes, e, ainda, o aumento de tempestades em outras regiões.

OLERIANO, E.S.; DIAS, H.C.T. A dinâmica da água em microbacias hidrográficas reflorestadas com eucalipto. Anais I Seminário de Recursos Hídricos da Bacia Hidrográfica do Paraíba do Sul: o Eucalipto e o Ciclo Hidrológico, Taubaté, Brasil, 07-09 novembro 2007, IPABHi, p. 215-222. Disponível em: http://www.agro.unitau.br/serhidro/doc/pdfs/215-222.pdf. Acesso em: 25 jun. 2008 (adaptado).

O aquecimento global está

provocando o aumento do nível dos oceanos devido ao derretimento das geleiras.

diminuindo nos últimos anos devido à menor emissão dos gases causadores do efeito estufa.

mudando o regime climático nas várias regiões da Terra, ao diminuir a umidade atmosférica.

provocando uma mudança no clima da Terra e, consequentemente, espera-se, nos próximos anos, a diminuição nas tempestades.

afetando o ciclo hidrológico, que é a movimentação que a água no estado sólido e gasoso realiza entre a atmosfera, os oceanos e o continente.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

O texto afirma que o aquecimento global derrete o gelo das geleiras polares, e a água que antes estava como gelo sobre os continentes passa para o estado líquido e chega aos oceanos, o que aumenta o nível do mar. O gelo que já flutua, como o do Ártico, não eleva o nível ao derreter, mas o das geleiras continentais eleva.

As demais alternativas contradizem o texto: o aquecimento aumenta a umidade atmosférica, as tempestades aumentam, o efeito estufa se intensifica, e o ciclo hidrológico envolve também a água no estado líquido, e não só nos estados sólido e gasoso.

Q11

Física moderna — Radiação ionizante — Irradiação de alimentos

O processo de radiação de alimentos consiste em submeter os alimentos, já embalados ou a granel, a uma quantidade controlada de radiação ionizante, por determinado período de tempo. Esse procedimento não aumenta o nível de radioatividade normal dos alimentos. A aplicação de uma dose de radiação normalmente resulta na morte de insetos, bactérias, fungos e leveduras, aumentando, assim, o tempo de conservação dos alimentos, e pode retardar a maturação de algumas frutas e legumes, sendo possível, assim, aumentar seu período de armazenamento.

Em relação ao processo de conservação de alimentos descrito no texto, infere-se que

frutas e legumes, quando submetidos a uma dose de radiação, apodrecem mais rapidamente.

o processo de radiação de alimentos torna-os altamente radioativos e impróprios para o consumo humano.

apenas os alimentos já embalados em recipientes adequados podem ser submetidos a uma dose de radiação ionizante.

alimentos tratados com radiação ficam mais sensíveis ao ataque de insetos, bactérias patogênicas, fungos e leveduras.

a aplicação da radiação em alimentos, com a eliminação de alguns agentes biológicos, contribui para a melhor conservação dos alimentos.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

A radiação ionizante transfere energia suficiente para danificar o material genético e outras moléculas dos seres vivos, e por isso mata insetos, bactérias, fungos e leveduras presentes no alimento. Ela não deixa o alimento radioativo, porque o alimento apenas é atravessado pela radiação e não absorve núcleos radioativos.

Sem esses agentes, o alimento demora mais a se deteriorar, e a maturação de frutas pode ser retardada. O texto diz, portanto, que a irradiação contribui para a melhor conservação, e que o alimento pode ser tratado embalado ou a granel.

Q16

Termologia — Termodinâmica — Ciclo de refrigeração

Considere a forma de funcionamento de um equipamento que utiliza um ciclo de transferência de calor de um ambiente interno para um ambiente externo. Um fluido, normalmente um gás, circula por um sistema fechado dentro do ambiente interno, retirando o calor desse ambiente devido a um processo de evaporação. O calor absorvido pelo fluido é levado para o condensador, que dissipa o calor conduzido pelo fluido para o ambiente externo. Esse fluido é, então, forçado por um compressor a circular novamente pelo sistema fechado, dando continuidade ao processo de esfriamento do ambiente interno.

KUGLER, Henrique. Ciência Hoje. v. 42, n. 252. p. 46-47, set. 2008 (adaptado).

No texto acima, descreve-se o funcionamento básico de um

isqueiro.

refrigerador.

nebulizador.

liquidificador.

forno de micro-ondas.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

O texto descreve uma máquina que retira calor de um ambiente, o interior, e o rejeita em outro, o exterior, com um fluido que evapora, ao absorver calor do interior, e se condensa, ao liberar calor para fora, depois de ser comprimido por um compressor.

Esse é o ciclo de refrigeração de um refrigerador, ou de um condicionador de ar, em que o trabalho do compressor permite que o calor passe do ambiente frio para o quente. Isqueiro, nebulizador, liquidificador e forno de micro-ondas não funcionam por esse ciclo.

Q22

Energia — Energia solar — Coletor solar de água

Esquema de aquecedor solar: caixa d'água acima de um boiler cilíndrico ligado por tubos a dois coletores solares planos, com os pontos A e B nas extremidades dos tubos

A luz solar que atinge a parte superior da atmosfera terrestre chega a uma taxa constante de 135,2 mW/cm². Dessa radiação, apenas 50% conseguem chegar à superfície, pois parte dela é refletida pelas nuvens e absorvida pela atmosfera. A radiação solar pode ser aproveitada para aquecer água de reservatórios, entre outras aplicações. Um sistema básico para transformar energia solar em térmica é ilustrado na figura ao lado acima. Esse sistema é constituído de coletores solares e de um reservatório térmico, chamado boiler. Os coletores solares, geralmente, são feitos de materiais que absorvem bem a radiação solar, e o calor gerado nos coletores é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre. A água aquecida é armazenada no boiler. Dessa forma, a água é mantida quente para consumo posterior. A caixa de água fria alimenta o boiler, mantendo-o sempre cheio.

Disponível em: www.icb.ufmg.br. Acesso em: 22 jun. 2008 (adaptado).

É correto afirmar que os coletores solares permitem boa economia de energia, pois

se aplicam à produção tanto de energia térmica quanto elétrica.

constituem fonte energética alternativa aos combustíveis fósseis usados no transporte.

convertem energia radiante em energia térmica, que é usada no processo de aquecimento da água.

permitem economizar até 135,2 mWh de energia elétrica, que seriam gastos com aquecimento elétrico.

a energia luminosa coletada por eles pode ser usada para reduzir o número de lâmpadas usadas no ambiente.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

Os coletores são feitos de materiais que absorvem bem a radiação solar. A energia radiante absorvida vira energia térmica, e o calor é transferido à água que circula nos tubos de cobre, e a água aquecida é guardada no boiler. A economia vem de aquecer a água sem consumir energia elétrica ou combustível.

O sistema da figura produz energia térmica, e não elétrica. Ele não substitui combustíveis de transporte, o valor de 135,2 mW/cm$^2$ é uma intensidade, em unidade de potência por área, que não equivale a uma energia em mWh, e os coletores não servem para iluminar.

Q23

Ondulatória — Ondas mecânicas — Telefone de copos e barbante

Na era do telefone celular, ainda é possível se comunicar com um sistema bem mais arcaico e talvez mais divertido: o “telefone com copos de plástico e barbante”.

Ilustração de um menino e de uma menina conversando com dois copos de plástico ligados por um barbante esticado

A onda sonora produzida pelo menino faz vibrar o fundo de um copo plástico, em um movimento de vai e vem imperceptível, mas que cria uma perturbação ao longo do barbante esticado. O barbante, por sua vez, conduz o “som” até o outro copo. Essa perturbação faz vibrar o fundo do segundo copo plástico e a energia veiculada pelo barbante pode, assim, ser restituída sob a forma de uma onda sonora perceptível. Assim, se a menina colocar o ouvido próximo ao outro copo, ela poderá escutar a voz do menino de forma nítida.

Com relação ao assunto tratado no texto e na figura, conclui-se que

a antena de um telefone celular exerce a mesma função do barbante que une os dois copos de plástico.

o telefone celular utiliza o mesmo princípio do “telefone de copos plásticos e barbante” para transmitir o som.

as ondas do telefone “com copos de plástico e barbante” são ondas eletromagnéticas, portanto, elas não precisam de um meio material para se propagar.

o segredo para o telefone “com copos de plástico e barbante” funcionar está no barbante que une os dois fundos dos copos e conduz ondas mecânicas de um copo para o outro.

a voz é um sinal complexo constituído de ondas sonoras de mesma frequência. Por esse motivo, o receptor pode ouvir o emissor através da onda se propagando no fio do telefone “com copos de plástico e barbante”.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

O som é uma onda mecânica, que se propaga por vibração de um meio material. No telefone de copos, a voz faz vibrar o fundo do primeiro copo, a vibração percorre o barbante esticado, que é o meio, e faz vibrar o fundo do segundo copo, que a reproduz como som.

O celular, ao contrário, transmite informação por ondas eletromagnéticas, que se propagam até no vácuo, e a antena não faz o papel de um fio. A voz humana, por fim, é formada por ondas de várias frequências, e não de uma só.

Q32

Termologia — Estados físicos da matéria — Água: sólido, líquido e gás

A ciência propõe formas de explicar a natureza e seus fenômenos que, muitas vezes, confrontam o conhecimento popular ou o senso comum. Um bom exemplo desse descompasso é a explicação microscópica da flutuação do gelo na água. Do ponto de vista atômico, podem-se representar os três estados físicos dessa substância como nas figuras a seguir, nas quais as bolas representam as moléculas de água.

Três quadros com círculos que representam moléculas: A, com as moléculas arrumadas em fileiras e colunas regulares; B, com poucas moléculas bem separadas; C, com muitas moléculas próximas, sem ordem

Considerando-se as representações das moléculas de água nos três estados físicos e seu comportamento anômalo, é correto afirmar que

sólidos afundam na água.

a interação entre as moléculas está restrita ao estado sólido.

a figura B é a que melhor representa a água no estado líquido.

a figura A é a que melhor representa o gelo, ou seja, água no estado sólido.

aumenta a distância entre as moléculas da substância à medida que a temperatura aumenta.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

No estado sólido, as moléculas ocupam posições fixas e ordenadas, e a figura A, com moléculas arrumadas em fileiras regulares, representa o gelo. No líquido, as moléculas estão próximas, mas sem ordem, e se movem umas em relação às outras, como na figura C. Na figura B, as moléculas estão muito afastadas, como no vapor.

O gelo flutua porque, na estrutura ordenada do sólido, a água é menos densa que no estado líquido, e esse é o comportamento anômalo, de modo que os sólidos não afundam. Há interação entre moléculas em todos os estados, e, na água, a distância média entre moléculas não aumenta sempre com a temperatura, porque entre 0 °C e 4 °C o volume diminui.

Q34

Termologia — Calorimetria — Garrafa térmica

O Inmetro procedeu à análise de garrafas térmicas com ampolas de vidro, para manter o consumidor informado sobre a adequação dos produtos aos Regulamentos e Normas Técnicas. Uma das análises é a de eficiência térmica. Nesse ensaio, verifica-se a capacidade da garrafa térmica de conservar o líquido aquecido em seu interior por determinado tempo. A garrafa é completada com água a 90 ºC até o volume total. Após 3 horas, a temperatura do líquido é medida e deve ser, no mínimo, de 81 ºC para garrafas com capacidade de 1 litro, pois o calor específico da água é igual a 1 cal/g ºC.

Disponível em: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/garrafavidro.asp. Acesso em: 3 maio 2009 (adaptado)

Atingindo a água 81 ºC nesse prazo, a energia interna do sistema e a quantidade de calor perdida para o meio são, respectivamente,

menor e de 900 cal.

maior e de 900 cal.

menor e de 9.000 cal.

maior e de 9.000 cal.

constante e de 900 cal.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

A água passa de 90 °C a 81 °C, ou seja, esfria. A energia interna de um corpo cresce com a temperatura, e portanto a do sistema diminui: ela fica menor.

O calor perdido para o meio é igual ao calor cedido pela água: $Q=m\,c\,|\Delta T|=1000\cdot1\cdot9=9\,000\text{ cal}$, em que a massa de 1 L de água é 1000 g. A massa não é 100 g, e por isso o resultado não é 900 cal.

Q36

Termologia — Mudanças de estado — Curva de aquecimento da água

Na natureza, a água, por meio de processos físicos, passa pelas fases líquida, gasosa e sólida perfazendo o ciclo hidrológico. A distribuição da água na Terra é condicionada por esse ciclo, e as mudanças na temperatura do planeta poderão influenciar as proporções de água nas diferentes fases desse ciclo. O diagrama abaixo mostra as transformações de fase pelas quais a água passa, ao ser aquecida com o fornecimento de energia a uma taxa constante.

Gráfico da temperatura, em °C, em função da energia fornecida a uma taxa constante: patamar a 0 °C com a indicação gelo derretendo, subida até 100 °C, patamar a 100 °C com a indicação água vaporizando, e nova subida

Considerando-se o diagrama de mudanças de fases da água e sabendo-se que os calores latentes de fusão e de vaporização da água valem, respectivamente, 80 cal/g e 540 cal/g, conclui-se que

a temperatura da água permanece constante durante os processos de mudança de fase.

a energia necessária para fundir 10 g de gelo é maior que a necessária para evaporar a mesma massa de água.

a água, para mudar de fase, libera energia a uma taxa de 540 cal/g quando a temperatura aumenta de 0 ºC até 100 ºC.

a temperatura da água varia proporcionalmente à energia que ela recebe, ou seja, 80 cal/g durante o processo de fusão.

a temperatura da água varia durante o processo de vaporização porque ela está recebendo uma quantidade de energia constante.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

O gráfico mostra dois patamares: a 0 °C, em que o gelo derrete, e a 100 °C, em que a água vaporiza. Durante cada patamar a energia fornecida não eleva a temperatura, e é usada para romper as ligações entre as moléculas, no calor latente. A temperatura permanece constante em toda mudança de fase.

Os valores dados mostram que fundir 10 g exige $10\cdot80=800$ cal, e vaporizar 10 g exige $10\cdot540=5\,400$ cal, ou seja, mais. A água recebe energia, e não libera, ao mudar de fase nesse processo de aquecimento, e a temperatura só sobe nos trechos inclinados.

Q37

Eletricidade — Potência e rendimento — Lâmpada LED versus incandescente

A evolução da luz: as lâmpadas LED já substituem com grandes vantagens a velha invenção de Thomas Edison

A tecnologia do LED é bem diferente da das lâmpadas incandescentes e fluorescentes. A lâmpada LED é fabricada com material semicondutor que, semelhante ao usado nos chips de computador, quando percorrido por uma corrente elétrica, emite luz. O resultado é uma peça muito menor, que consome menos energia e tem uma durabilidade maior. Enquanto uma lâmpada comum tem vida útil de 1.000 horas e uma fluorescente, de 10.000 horas, a LED rende entre 20.000 e 100.000 horas de uso ininterrupto.

Há um problema, contudo: a lâmpada LED ainda custa mais caro, apesar de seu preço cair pela metade a cada dois anos. Essa tecnologia não está se tornando apenas mais barata. Está também mais eficiente, iluminando mais com a mesma quantidade de energia.

Uma lâmpada incandescente converte em luz apenas 5% da energia elétrica que consome. As lâmpadas LED convertem até 40%. Essa diminuição no desperdício de energia traz benefícios evidentes ao meio ambiente.

A evolução da luz. Energia. In: Veja, 19 dez. 2007. Disponível em: http://veja.abril.com.br/191207/p_118.shtml.

Uma lâmpada LED que oferecesse a mesma luminosidade que uma lâmpada incandescente de 100 W deverá ter uma potência mínima de

12,5 W.

25 W.

40 W.

60 W.

80 W.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

A luminosidade depende da potência convertida em luz. A lâmpada incandescente de 100 W converte 5% em luz: $P_{luz}=0{,}05\cdot100=5\text{ W}$.

A lâmpada LED converte, no máximo, 40% da potência elétrica em luz, e para obter 5 W de luz precisa de $P=\dfrac{5}{0{,}40}=12{,}5\text{ W}$. Essa é a menor potência possível, porque rendimentos menores exigiriam potências maiores.

Q38

Termologia — Dilatação térmica — Lâmina bimetálica

A dilatação dos materiais em função da variação da temperatura é uma propriedade física bastante utilizada na construção de termômetros (como o ilustrado na figura I) construídos a partir de lâminas bimetálicas, como as ilustradas na figura II, na qual são indicados os materiais A e B — antes e após o seu aquecimento.

Figura I: termômetro de forno circular, com escala de 100 a 500 graus e ponteiro ligado a uma mola espiral; figura II: lâmina bimetálica formada pelos materiais A, à esquerda, e B, à direita, reta antes do aquecimento e curva para a direita, acima de uma chama, depois do aquecimento

Com base nas leis da termodinâmica e na dilatação de sólidos sob a influência de temperatura variável, conclui-se que

a lâmina bimetálica se curvará para a direita, caso o coeficiente de dilatação linear do material B seja maior que o coeficiente de dilatação linear do material A,

a substância utilizada na confecção do material A é a mesma usada na confecção do material B.

a lâmina se curvará para a direita, independentemente do tipo de material usado em A e B.

o coeficiente de dilatação dos materiais é uma função linear da variação da temperatura.

o coeficiente de dilatação linear é uma grandeza negativa.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

Na lâmina bimetálica, a face de material que mais se dilata fica do lado externo da curva. Pela figura II, a lâmina se curva para a direita, e então o material A, à esquerda, tem coeficiente de dilatação maior que o de B. A alternativa que supõe o contrário, B maior, inverteria a curvatura, e usar o mesmo material nos dois lados faria a lâmina se dilatar sem curvar.

Para variações moderadas de temperatura, o comprimento varia como $\Delta L=\alpha\,L_0\,\Delta T$, ou seja, a dilatação é proporcional à variação de temperatura, e é essa relação linear que o termômetro de lâmina usa. O coeficiente de dilatação de um sólido comum é positivo, e a lâmina se curva para um lado definido pelos materiais, e não por qualquer par.

Q40

Energia — Energia potencial gravitacional — Turbina em queda d'água

Um chacareiro deseja instalar, em sua propriedade, uma turbina com um gerador de eletricidade de 2 HP em queda de água, de 20 metros de altura.

Sabendo que: 1HP = ¾ kW; g=10m/s$^2$, e considerando que toda a energia potencial da queda é transformada em energia elétrica, é correto afirmar que a vazão de massa de água necessária para acionar o gerador é igual a

0,01 kg/s.

20 kg/s.

7,5 kg/s.

10 kg/s.

75 kg/s.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

A potência do gerador é $P=2\cdot\dfrac{3}{4}\text{ kW}=1{,}5\text{ kW}=1\,500\text{ W}$. Em um intervalo $\Delta t$ cai a massa $m$ de uma altura $h$, e a energia potencial perdida é $m\,g\,h$, toda convertida em energia elétrica.

Portanto, $P=\dfrac{m\,g\,h}{\Delta t}$, e a vazão de massa é $\dfrac{m}{\Delta t}=\dfrac{P}{g\,h}=\dfrac{1\,500}{10\cdot20}=7{,}5\text{ kg/s}$.

Q41

Física geral — Interpretação de especificações — Ensaio de preservativos

O uso constante e correto do preservativo é essencial para se alcançar o nível de proteção necessária para evitar a gravidez indesejada e a transmissão de HIV. Um outro fator vital para isso é a qualidade do produto. A seguir, encontram-se especificações de testes a serem realizados em preservativos recomendadas pela Organização Mundial de Saúde (OMS).

Capacidade volumétrica e pressão de estouro

Ensaio: de acordo com o método de ensaio ISO 4074:2002, Anexo G, cláusulas 6.1 (antes de acondicionar em estufa) e 6.2 (após acondicionar em estufa) por 168 ± 2 horas a 70 ± 2 °C.

Exigência: Exigências mínimas de pressão de estouro: • NQA (Nível de Qualidade Aceitável: limite de falhas) = 1,5% • Volume: 16,0 dm$^3$ para preservativos com larguras inferiores a 50,0 mm; 18,0 dm$^3$ para preservativos com larguras de 50,0 mm até 56,0 mm; 22,0 dm$^3$ para preservativos com larguras superiores a 56,0 mm. • Pressão: 1,0 kPa (para todas as larguras)

A largura é definida como sendo a média aritmética das larguras de 13 preservativos deitados e achatados lado a lado e medidas em conformidade com as provisões de Anexo E da ISO 4074: 2002 a uma distância de 75 ± 5 mm da extremidade fechada.

Ausência de orifícios e defeitos Visíveis

Ensaio: De acordo com o método de ensaio da ISO 4074:2002, Anexo L.

Exigências: • Ausência de orifícios: NQA= 0,25% • Defeitos visíveis: NQA= 0,4%.

Organização Mundial da Saúde. O Preservativo Masculino de Látex: especificações e diretrizes na aquisição de preservativos. WHO, Suíça, 2003.

Considerando-se as orientações da OMS mostradas no quadro acima, um lote de preservativos deve ser avaliado

quanto à possibilidade de ocorrência de eventuais orifícios, com apenas um ensaio para a capacidade volumétrica e pressão de estouro.

quanto à pressão mínima de estouro, que deve ser a mesma para todos os exemplares, e quanto à largura, que deve ser de 75 ± 5 mm.

quanto ao volume de estouro, sendo que nenhum modelo deve ultrapassar 22,0 dm$^3$, pois assim, ultrapassaria a pressão de 1 kPa.

quanto à ocorrência de orifícios, sendo que o lote deve conter menos de 0,25% de exemplares com orifícios.

quanto à largura do modelo, caso em que devem ser medidos 13 exemplares à temperatura de 70 ± 2 °C.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

O quadro traz, para a ausência de orifícios, o NQA de 0,25%, o limite aceitável de falhas, e, portanto, o lote deve ter menos de 0,25% de exemplares com orifícios. Isso corresponde à alternativa que trata da ocorrência de orifícios.

As demais afirmações não seguem o quadro: a pressão mínima de 1,0 kPa vale para todas as larguras, mas 75 ± 5 mm é a distância da extremidade fechada em que a largura é medida, e não o valor da largura. Os 22,0 dm$^3$ são o volume mínimo para larguras maiores, e não um máximo. Os 70 ± 2 °C se referem ao acondicionamento em estufa, e não à medição da largura, e a capacidade volumétrica e a pressão têm dois ensaios, antes e depois da estufa.

Q42

Energia — Energia solar — Coletores solares em capitais

A eficiência de um coletor solar depende de uma série de variáveis. Na tabela abaixo, são mostradas diferenças na radiação solar incidente em diferentes capitais brasileiras localizadas em ordem crescente da latitude.

Energia útil avaliada como média anual para um sistema de aquecimento de água via energia solar. (Coletores solares inclinados de um ângulo igual à latitude, acrescentados mais 10º)

capital	temperatura média anual °C	radiação solar incidente média kWh/m² por dia	energia útil média* kWh/m² por dia
Natal	25,9	5,40	1,67
Salvador	25,1	4,95	1,52
Cuiabá	26,8	4,96	1,48
Curitiba	17,6	4,73	1,60
Florianópolis	20,8	4,24	1,32

*Energia útil média: índice de aproveitamento da energia solar incidente. Observação: o sistema de aquecimento conta com uma área de 4 m$^2$ de coletores solares.

LA ROVERE, E., et al. Economia e tecnologia da energia. Rio de Janeiro, Editora Marco Zero/Finep. p. 331. 1985 (adaptado).

Considerando os dados mostrados na tabela, na transformação da energia luminosa, observa-se que

a radiação solar média coletada independe do tamanho da superfície de captação do coletor solar.

a energia útil média, um índice a ser considerado na comparação com outras opções energéticas, decresce com o aumento da latitude.

a diferença de radiação solar incidente nas capitais listadas, apesar de ser maior que 20%, deixa de ser determinante em algumas situações.

as temperaturas alcançadas independem da temperatura inicial da água no processo de aquecimento da água por meio de coletores solares.

Curitiba, entre as capitais citadas, é inadequada para a utilização de energia solar porque é a capital onde ocorrem as maiores perdas de energia térmica para o ambiente.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

A maior radiação incidente é a de Natal, 5,40 kWh/m$^2$ por dia, e a menor, a de Florianópolis, 4,24, uma diferença de $\dfrac{5{,}40-4{,}24}{4{,}24}\approx27\%$, maior que 20%. Mesmo assim, a energia útil nem sempre acompanha a radiação: Curitiba, com radiação menor que a de Salvador e Cuiabá, tem energia útil de 1,60, maior que a de ambas.

Isso mostra que a diferença de radiação incidente deixa de ser determinante em algumas situações, pois entram outros fatores, como a temperatura ambiente. A radiação coletada cresce com a área do coletor, a energia útil não decresce de forma regular com a latitude, a temperatura final depende da inicial, e a perda de calor não é a maior em Curitiba por esse motivo.

Q44

Eletricidade — Potência elétrica — Sistema elétrico de automóveis

Carros passarão a utilizar sistema elétrico de 42 volts

A maioria das pessoas já teve problemas com a bateria do carro. Ela tem uma vida útil e, de tempos em tempos, precisa ser substituída. O que alguns não sabem é que essa bateria fornece energia a uma tensão de 12 volts. A indústria automobilística americana acaba de formalizar um grupo de estudos para padronizar a adoção de um sistema elétrico de 42 volts. As preocupações alegadas são de compatibilizar os sistemas e garantir a segurança dos usuários.

O sistema atualmente utilizado é, tecnicamente, o sistema de 14 volts. Essa é a tensão que o alternador deve suprir para manter carregada uma bateria de 12 volts. O novo sistema suprirá uma tensão de 42 volts, suficiente para manter carregada uma bateria de 36 volts.

Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010170010907. Acesso em: 01 maio 2009.

Um motorista, conduzindo à noite, percebe que o pneu do carro furou e, para iluminar o local, dispõe de uma lâmpada de 30 W e fiação para ligá-la à bateria do carro. A diferença, em módulo, da corrente elétrica que passa pela lâmpada, com o motor desligado, entre o sistema atualmente utilizado e o sistema novo, em ampère, é de

0,80.

0,93.

1,43.

1,67.

3,50.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

Com o motor desligado, quem alimenta a lâmpada é a bateria, e não o alternador: 12 V no sistema atual e 36 V no sistema novo. Com $P=U\,i$, a corrente é $i=\dfrac{P}{U}$.

No sistema atual, $i_1=\dfrac{30}{12}=2{,}5\text{ A}$, e no novo, $i_2=\dfrac{30}{36}\approx0{,}83\text{ A}$. A diferença, em módulo, é $2{,}5-0{,}83\approx1{,}67\text{ A}$. As tensões de 14 V e 42 V só valem com o motor ligado, quando o alternador está fornecendo energia.

Q45

Ondulatória — Efeito Doppler — Radar de velocidade

A medida da velocidade de um veículo, utilizando radar, baseia-se no fato de que as ondas emitidas pelo radar e detectadas após serem refletidas pelo veículo em movimento têm frequências diferentes. Esse fenômeno é denominado Efeito Doppler.

A onda refletida pelo veículo citada no texto é uma

onda mecânica e se propaga com a velocidade do som.

onda eletromagnética e se propaga com a velocidade da luz.

onda mecânica e tem o mesmo comprimento de onda da onda incidente.

onda eletromagnética que tem o mesmo comprimento de onda da onda incidente.

onda eletromagnética que, devido à sua alta frequência, se propaga com velocidade maior que a velocidade da luz.

Gabarito oficial — ENEM 2009 — Reaplicação (PPL) — Caderno 3 Branco

Resolução comentada

O radar emite ondas eletromagnéticas, de rádio ou micro-ondas, que se propagam no ar com a velocidade da luz, cerca de $3\times10^{8}$ m/s, e a onda refletida pelo veículo é da mesma natureza. Nenhuma onda eletromagnética supera a velocidade da luz, qualquer que seja a frequência.

Pelo efeito Doppler, a onda refletida por um veículo em movimento tem frequência diferente da emitida. Como $v=\lambda\,f$ com a mesma velocidade, o comprimento de onda também é diferente, e por isso a onda refletida não pode ter o mesmo comprimento de onda da incidente.