ENEM · 2012 · 1ª Aplicação · Regular — Questões de Física comentadas

A pressão exercida sobre o solo é a razão entre a força normal, que equilibra o peso do trator, e a área de contato dos pneus: $p=\dfrac{F}{A}$.

Com o mesmo peso, aumentar a área de contato diminui a pressão. Pneus mais largos distribuem o peso por uma área maior e compactam menos o solo. Pneus estreitos concentram a força e aumentam a pressão. A altura do pneu não altera a área de apoio.

No carrinho, a mola comprimida armazena energia potencial elástica. Ao se distender, ela converte essa energia em energia cinética do carrinho.

Um dínamo converte energia cinética em elétrica. O freio converte energia cinética em térmica. O motor a combustão converte energia química em térmica e depois em mecânica. A usina hidroelétrica converte energia potencial gravitacional da água em cinética e depois em elétrica. A atiradeira armazena energia elástica na borracha esticada e a converte em energia cinética da pedra, a mesma transformação do carrinho.

A velocidade de propagação de uma onda depende do meio e não da fonte. Como as ondas continuam na água da mesma piscina, a velocidade permanece igual a 1,0 m/s.

A frequência da onda é a da fonte, ou seja, a taxa de queda das gotas. Ela diminui de 2 Hz para 1 Hz. Pela equação fundamental da ondulatória, $v=\lambda f$, com $v$ constante, $\lambda=\dfrac{v}{f}$ aumenta quando $f$ diminui. Assim, a distância entre as cristas fica maior do que antes.

A porta está em equilíbrio. A soma das forças sobre ela é nula: o peso, vertical para baixo e aplicado no centro de massa, é equilibrado pela soma das componentes verticais das forças das duas dobradiças, que apontam para cima.

A soma dos torques também é nula. Em relação à dobradiça de baixo, o peso, aplicado à direita da linha das dobradiças, tende a girar a porta de modo que seu topo se afaste do portal. A dobradiça de cima precisa então puxar a porta para o portal, com componente horizontal para a esquerda, e a de baixo a empurra para a direita, com componente horizontal oposta. As duas componentes horizontais formam um binário que anula o torque do peso. Resultam forças inclinadas: para cima e para a esquerda na dobradiça superior, para cima e para a direita na inferior.

No gráfico de posição em função do tempo, a inclinação da curva é a velocidade. Em cada terço do percurso:

No primeiro terço, a aceleração é constante e parte do repouso: a velocidade cresce de zero. A curva é um arco de parábola com concavidade para cima, que começa horizontal. No terço intermediário, a velocidade é constante: um segmento de reta, com a inclinação que a curva tinha no fim do primeiro trecho. No último terço, a desaceleração leva a velocidade a zero: um arco de parábola com concavidade para baixo, cuja inclinação diminui até se anular. Como o trem para ao chegar, a posição não decresce nem volta a crescer.

A eficiência é a razão entre o fluxo luminoso e a potência. A incandescente de 40 W tem $\dfrac{600\text{ lm}}{40\text{ W}}=15\text{ lm/W}$. A fluorescente tem $\dfrac{3\,000\text{ lm}}{40\text{ W}}=75\text{ lm/W}$. A eficiência da incandescente é menor.

Como a razão é linear, a fluorescente de 8 W tem a mesma eficiência de 75 lm/W e emite $75\cdot8=600\text{ lm}$. Ela produz a mesma quantidade de luz que a incandescente de 40 W, com um quinto do consumo.

Vemos o peixe pela luz que ele espalha em direção ao olho do observador. Ao passar da água para o ar, esses raios sofrem refração: como o índice de refração da água é maior que o do ar, eles se afastam da normal.

O olho extrapola os raios que recebe em linha reta e vê o peixe em uma posição aparente mais próxima da superfície do que a real. Por isso o índio deve mirar abaixo do ponto em que enxerga o peixe. Os olhos não emitem luz, e a luz que o peixe espalha segue em linha reta em cada meio.

Pelo teorema de Stevin, a pressão da água no ponto em que a ducha é conectada é $p=p_0+\rho\,g\,h$. Em termos da pressão manométrica, $p=\rho\,g\,h$, em que $h$ é a diferença de nível entre a superfície livre da água na caixa e esse ponto.

A pressão depende apenas dessa diferença de altura e não do comprimento do cano nem da forma da tubulação. A altura que vai da superfície da água, no topo, até o nível em que a ducha é conectada é a indicada por h3. As alturas h4 e h5 chegam ao nível do piso, abaixo da ducha. As alturas h1 e h2 partem de níveis abaixo da superfície livre.

O país tem poucos recursos hídricos e relevo plano, o que inviabiliza a energia hidráulica, que depende de desnível e de grande volume de água. A região é chuvosa, o que reduz a incidência solar e prejudica a geração solar. Em escala nuclear, há o risco e o problema dos rejeitos radioativos.

Os ventos constantes são o recurso mais favorável: a energia cinética do vento move as pás das turbinas e é convertida em energia elétrica. O processo não emite gases do efeito estufa nem gera resíduos na operação. Os biocombustíveis exigem grandes áreas de cultivo e emitem gases na queima.

Em cada trecho a velocidade é constante, então $\Delta t=\dfrac{\Delta s}{v}$.

Primeiro trecho: $\Delta t_1=\dfrac{80}{80}=1{,}0\text{ h}$. Segundo trecho: $\Delta t_2=\dfrac{60}{120}=0{,}5\text{ h}$. O tempo total é $\Delta t=1{,}0+0{,}5=1{,}5\text{ h}$.

Para que a lâmpada acenda ou apague com a mudança de posição de qualquer um dos interruptores, o circuito precisa ter dois caminhos possíveis entre os polos, um por cima e outro por baixo, e cada chave deve escolher qual deles usar.

O polo do primeiro interruptor fica ligado à fonte. Os terminais superiores dos dois interruptores são ligados entre si, assim como os inferiores. O polo do segundo interruptor segue para a lâmpada, e ela é ligada ao outro fio da fonte. Se as duas chaves estão no mesmo lado, superior ou inferior, a corrente passa por esse caminho e a lâmpada acende. Se estão em lados opostos, o caminho se interrompe e ela apaga. Trocar a posição de qualquer uma das chaves inverte o estado da lâmpada. Nos demais circuitos, a ligação entre os terminais ou a posição da lâmpada não produz esse comportamento para as quatro combinações de posições das chaves.

O laço é um efeito de perspectiva. Observamos Marte da Terra, que também está em movimento. A Terra, mais próxima do Sol, tem velocidade orbital maior e um período menor que o de Marte.

Em certa época do ano a Terra alcança e ultrapassa Marte em sua órbita. Nesse intervalo, a direção da linha de visada para Marte, em relação às estrelas fixas, inverte o sentido por um tempo, e depois volta ao sentido original. A órbita real de Marte ao redor do Sol é uma elipse pouco excêntrica, sem laços, e as forças de outros astros sobre ele são pequenas.

O volume de água deslocado é a parte submersa da porção: $V_{\text{sub}}=1{,}5-1{,}0=0{,}5\text{ L}=500\text{ cm}^3$. Como $\tfrac{1}{3}$ do volume está fora, a parte submersa corresponde a $\tfrac{2}{3}$ do volume total: $\tfrac{2}{3}V=500\text{ cm}^3$, portanto $V=750\text{ cm}^3$.

A densidade dos legumes é $\rho=0{,}5\text{ g/cm}^3$. A massa verdadeira é $m=\rho\,V=0{,}5\cdot750=375\text{ g}=0{,}375\text{ kg}$.

Observação: se a porção flutuasse em equilíbrio, o empuxo exigiria $\rho_{\text{água}}V_{\text{sub}}=\rho\,V$, relação que os dados do enunciado não satisfazem exatamente. O gabarito oficial segue a leitura direta, de volume total obtido pela parte submersa e massa dada pela densidade.

Enquanto a roda gira sem deslizar sobre a pista, o ponto do pneu em contato com o solo está em repouso em relação à pista e a força é de atrito estático. Ela cresce com a pressão aplicada no pedal, até o valor máximo $f_{\text{máx}}=\mu_e\,N$.

Sem ABS, quando a pressão ultrapassa esse limite, a roda trava e desliza. A força passa a ser de atrito cinético, $f_c=\mu_c\,N$, com $\mu_c<\mu_e$, e fica constante, qualquer que seja o aumento da pressão. O gráfico tem uma subida linear, uma queda brusca e um patamar horizontal mais baixo.

Com ABS, o sistema libera a roda no limiar do deslizamento, e a força volta a subir. O ciclo se repete: a força de atrito sobe até perto do limite estático, cai quando o freio é aliviado e sobe de novo, em forma de dentes de serra.

Um motor a combustão é uma máquina térmica: retira calor $Q_q$ de uma fonte quente, converte parte em trabalho $\tau$ e rejeita o restante $Q_f$ para uma fonte fria. O rendimento é $\eta=\dfrac{\tau}{Q_q}=1-\dfrac{Q_f}{Q_q}$.

Pela segunda lei da Termodinâmica, nenhuma máquina térmica converte todo o calor recebido em trabalho: é sempre necessário rejeitar calor para a fonte fria, e o rendimento real é menor que o de um ciclo ideal e que 100%. Esse é o limite fundamental para o aumento da eficiência, independentemente do combustível, do desgaste ou da engenharia dos materiais.

Na esterilização por irradiação, o material médico é exposto a radiação ionizante, por exemplo raios gama, que destrói os microrganismos. A radiação apenas atravessa o material e é absorvida, sem alterar seus núcleos. Por isso, o material não se torna radioativo e não passa a emitir radiação.

Isso é diferente de contaminação radioativa, que ocorre quando o material entra em contato com substâncias radioativas, ou seja, com núcleos instáveis que continuam emitindo radiação. O objeto irradiado é seguro para ser manipulado e transportado, e as hipóteses de blindagem pela embalagem, intensidade baixa ou decaimento com o tempo não são necessárias para explicar isso.

A produção de melanina é estimulada pela radiação ultravioleta, que tem frequência alta e comprimento de onda curto. Cada fóton ultravioleta tem energia $E=h\,f$ suficiente para desencadear a reação nas células da pele.

A lâmpada incandescente emite principalmente luz visível e infravermelho, radiações de frequência menor que a do ultravioleta, e cada fóton emitido tem energia insuficiente para esse efeito. Aumentar o tempo de exposição ou a intensidade não resolve, pois o que falta é a frequência adequada. Um espectro contínuo não é impedimento, e a amplitude não está ligada ao tipo de fóton.