ENEM · 2014 · 1ª Aplicação · Regular — Questões de Física comentadas
1º dia · Caderno 1 Azul · 15 questões de Física e interdisciplinares · Gabarito oficial e resoluções comentadas.
Seleção de questões de Física e interdisciplinares cuja resolução usa conceitos físicos. Gabarito oficial e resolução comentada. Numeração do Caderno 1 Azul.
Q46
Mecânica — Movimento harmônico simples — Relógio de pêndulo
Christiaan Huygens, em 1656, criou o relógio de pêndulo. Nesse dispositivo, a pontualidade baseia-se na regularidade das pequenas oscilações do pêndulo. Para manter a precisão desse relógio, diversos problemas foram contornados. Por exemplo, a haste passou por ajustes até que, no início do século XX, houve uma inovação, que foi sua fabricação usando uma liga metálica que se comporta regularmente em um largo intervalo de temperaturas.
YODER, J. G. Unrolling Time: Christiaan Huygens and the mathematization of nature. Cambridge: Cambridge University Press, 2004 (adaptado).
Desprezando a presença de forças dissipativas e considerando a aceleração da gravidade constante, para que esse tipo de relógio realize corretamente a contagem do tempo, é necessário que o(a)
A)
comprimento da haste seja mantido constante.
B)
massa do corpo suspenso pela haste seja pequena.
C)
material da haste possua alta condutividade térmica.
D)
amplitude da oscilação seja constante a qualquer temperatura.
E)
energia potencial gravitacional do corpo suspenso se mantenha constante.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
A
Resolução comentada
Para pequenas oscilações, o período do pêndulo simples é $T=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$. Com $g$ constante, o período depende apenas do comprimento $L$ do fio ou da haste. A massa e a amplitude (para ângulos pequenos) não alteram o período.
Se a temperatura variar e a haste dilatar, $L$ muda e o período muda junto, e o relógio passa a atrasar ou adiantar. Por isso se buscou uma liga que mantenha o comprimento praticamente constante em um largo intervalo de temperaturas.
A energia potencial do corpo oscila ao longo do movimento, trocando-se com energia cinética, e não pode se manter constante.
Q50
Óptica — Cores e luz — Filtro de cor em fotografia
É comum aos fotógrafos tirar fotos coloridas em ambientes iluminados por lâmpadas fluorescentes, que contêm uma forte composição de luz verde. A consequência desse fato na fotografia é que todos os objetos claros, principalmente os brancos, aparecerão esverdeados. Para equilibrar as cores, deve-se usar um filtro adequado para diminuir a intensidade da luz verde que chega aos sensores da câmera fotográfica. Na escolha desse filtro, utiliza-se o conhecimento da composição das cores-luz primárias: vermelho, verde e azul; e das cores-luz secundárias: amarelo = vermelho + verde, ciano = verde + azul e magenta = vermelho + azul.
Disponível em: http://nautilus.fis.uc.pt. Acesso em: 20 maio 2014 (adaptado).
Na situação descrita, qual deve ser o filtro utilizado para que a fotografia apresente as cores naturais dos objetos?
A)
Ciano.
B)
Verde.
C)
Amarelo.
D)
Magenta.
E)
Vermelho.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
D
Resolução comentada
Um filtro de cor deixa passar as cores-luz que o compõem e absorve as demais. Para reduzir o verde sem alterar as outras cores, o filtro deve transmitir vermelho e azul e absorver o verde.
Pela composição dada, vermelho mais azul formam o magenta. Um filtro magenta transmite essas duas componentes e absorve a verde, equilibrando as cores da imagem. Os filtros ciano e amarelo também transmitem verde, e o verde e o vermelho puros eliminariam outras componentes.
Q55
Hidrostática — Pressão hidrostática — Vazão de ducha e pressão
Uma pessoa, lendo o manual de uma ducha que acabou de adquirir para a sua casa, observa o gráfico, que relaciona a vazão na ducha com a pressão, medida em metros de coluna de água (mca).
Nessa casa residem quatro pessoas. Cada uma delas toma um banho por dia, com duração média de 8 minutos, permanecendo o registro aberto com vazão máxima durante esse tempo. A ducha é instalada em um ponto seis metros abaixo do nível da lâmina de água, que se mantém constante dentro do reservatório.
Ao final de 30 dias, esses banhos consumirão um volume de água, em litros, igual a
A)
69 120.
B)
17 280.
C)
11 520.
D)
8 640.
E)
2 880.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
C
Resolução comentada
A pressão em mca é a altura da coluna de água acima do ponto. Como a ducha está seis metros abaixo da lâmina de água, a pressão estática é de $6\text{ mca}$.
No gráfico, para $6\text{ mca}$ a vazão é de $12\text{ L/min}$. Em um banho de $8\text{ min}$: $12\cdot8=96\text{ L}$.
São $4$ pessoas durante $30$ dias, ou seja, $120$ banhos, e o consumo é $120\cdot96=11\,520\text{ L}$.
Q57
Eletricidade — Circuitos elétricos — Três lâmpadas e chave de duas posições
Um sistema de iluminação foi construído com um circuito de três lâmpadas iguais conectadas a um gerador (G) de tensão constante. Esse gerador possui uma chave que pode ser ligada nas posições A ou B.
Considerando o funcionamento do circuito dado, a lâmpada 1 brilhará mais quando a chave estiver na posição
A)
B, pois a corrente será maior nesse caso.
B)
B, pois a potência total será maior nesse caso.
C)
A, pois a resistência equivalente será menor nesse caso.
D)
B, pois o gerador fornecerá uma maior tensão nesse caso.
E)
A, pois a potência dissipada pelo gerador será menor nesse caso.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
C
Resolução comentada
As lâmpadas 1 e 3 ligam o terminal positivo ao nó central. A lâmpada 2 liga esse nó ao ponto B. A chave liga o terminal negativo do gerador a A ou a B.
Na posição A, o negativo está ligado ao nó central: as lâmpadas 1 e 3 ficam em paralelo diretamente nos terminais do gerador, e a lâmpada 2 não conduz. A lâmpada 1 recebe toda a tensão $V$ do gerador.
Na posição B, a lâmpada 2 fica em série com a associação em paralelo das lâmpadas 1 e 3, e a tensão se divide: a lâmpada 1 recebe apenas $\dfrac{V}{3}$. Como a potência de uma lâmpada de resistência fixa cresce com o quadrado da tensão, o brilho é maior na posição A, em que a resistência equivalente do circuito é menor ($\dfrac{R}{2}$ contra $\dfrac{3R}{2}$).
Q62
Termologia — Calorimetria — Gases em pistão e capacidade calorífica
Um sistema de pistão contendo um gás é mostrado na figura. Sobre a extremidade superior do êmbolo, que pode movimentar-se livremente sem atrito, encontra-se um objeto. Através de uma chapa de aquecimento é possível fornecer calor ao gás e, com auxílio de um manômetro, medir sua pressão. A partir de diferentes valores de calor fornecido, considerando o sistema como hermético, o objeto elevou-se em valores $\Delta h$, como mostrado no gráfico. Foram estudadas, separadamente, quantidades equimolares de dois diferentes gases, denominados M e V.
A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar
A)
maior pressão de vapor.
B)
menor massa molecular.
C)
maior compressibilidade.
D)
menor energia de ativação.
E)
menor capacidade calorífica.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
E
Resolução comentada
O êmbolo é livre e tem peso constante, então a pressão do gás é constante. O gás se expande, e o trabalho realizado ao elevar o êmbolo é $\tau=p\,\Delta V$, proporcional a $\Delta h$. O calor fornecido aquece o gás e também realiza esse trabalho.
No gráfico, para um mesmo calor fornecido, $\Delta h$ é maior para M. Isso significa que M sofre maior variação de temperatura e de volume com o mesmo calor, ou seja, precisa de menos calor por grau de aquecimento. Esse é o significado de uma menor capacidade calorífica: $C=\dfrac{Q}{\Delta T}$ menor.
Q64
Mecânica — Colisões — Pêndulo de Newton
O pêndulo de Newton pode ser constituído por cinco pêndulos idênticos suspensos em um mesmo suporte. Em um dado instante, as esferas de três pêndulos são deslocadas para a esquerda e liberadas, deslocando-se para a direita e colidindo elasticamente com as outras duas esferas, que inicialmente estavam paradas.
O movimento dos pêndulos após a primeira colisão está representado em:
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
C
Resolução comentada
Em colisões elásticas entre esferas idênticas, conservam-se a quantidade de movimento e a energia cinética. Para $3$ esferas que chegam com velocidade $v$, a quantidade de movimento total é $3mv$ e a energia cinética é $\dfrac{3mv^2}{2}$.
Se saíssem $n$ esferas com velocidade $v'$, a conservação exigiria $n\,v'=3v$ e $n\,v'^2=3v^2$. Dividindo, $v'=v$ e $n=3$: saem exatamente três esferas, com a mesma velocidade, enquanto as demais ficam em repouso. As alternativas com esferas se movendo para os dois lados ou com menos esferas saindo violam uma das duas conservações.
Q66
Energia — Usinas térmicas — Poluição térmica em usina nuclear
A elevação da temperatura das águas de rios, lagos e mares diminui a solubilidade do oxigênio, pondo em risco as diversas formas de vida aquática que dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura acontece por meios artificiais, dizemos que existe poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria natureza do processo de geração de energia, podem causar esse tipo de poluição.
Que parte do ciclo de geração de energia das usinas nucleares está associada a esse tipo de poluição?
A)
Fissão do material radioativo.
B)
Condensação do vapor-d’água no final do processo.
C)
Conversão de energia das turbinas pelos geradores.
D)
Aquecimento da água líquida para gerar vapor-d’água.
E)
Lançamento do vapor-d’água sobre as pás das turbinas.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
B
Resolução comentada
Uma usina térmica é uma máquina térmica: parte do calor da fonte quente vira trabalho nas turbinas e a outra parte precisa ser rejeitada para uma fonte fria. Nas usinas nucleares, essa fonte fria costuma ser a água de um rio, lago ou mar.
Depois de passar pela turbina, o vapor-d’água precisa ser resfriado e condensado para voltar ao ciclo. Essa troca de calor com a água do ambiente é o que a aquece e provoca a poluição térmica.
Q67
Mecânica — Leis de Newton — Plano inclinado de Galileu
Para entender os movimentos dos corpos, Galileu discutiu o movimento de uma esfera de metal em dois planos inclinados sem atritos e com a possibilidade de se alterarem os ângulos de inclinação, conforme mostra a figura. Na descrição do experimento, quando a esfera de metal é abandonada para descer um plano inclinado de um determinado nível, ela sempre atinge, no plano ascendente, no máximo, um nível igual àquele em que foi abandonada.
Galileu e o plano inclinado. Disponível em: www.fisica.ufpb.br. Acesso em: 21 ago. 2012 (adaptado).
Se o ângulo de inclinação do plano de subida for reduzido a zero, a esfera
A)
manterá sua velocidade constante, pois o impulso resultante sobre ela será nulo.
B)
manterá sua velocidade constante, pois o impulso da descida continuará a empurrá-la.
C)
diminuirá gradativamente a sua velocidade, pois não haverá mais impulso para empurrá-la.
D)
diminuirá gradativamente a sua velocidade, pois o impulso resultante será contrário ao seu movimento.
E)
aumentará gradativamente a sua velocidade, pois não haverá nenhum impulso contrário ao seu movimento.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
A
Resolução comentada
Quanto menor o ângulo do plano de subida, mais longe a esfera precisa ir para atingir o nível de abandono. No limite, com ângulo zero, o plano é horizontal e a esfera nunca alcança esse nível.
Num plano horizontal sem atrito, o peso é equilibrado pela normal e não há força na direção do movimento. A força resultante é nula, e pelo princípio da inércia a esfera mantém a velocidade constante, indefinidamente. A ideia de que seria preciso um “impulso” para manter o movimento é a concepção aristotélica que Galileu contestou.
Q68
Óptica — Refração — Qualidade da gasolina e Lei de Snell
Uma proposta de dispositivo capaz de indicar a qualidade da gasolina vendida em postos e, consequentemente, evitar fraudes, poderia utilizar o conceito de refração luminosa. Nesse sentido, a gasolina não adulterada, na temperatura ambiente, apresenta razão entre os senos dos raios incidente e refratado igual a 1,4. Desse modo, fazendo incidir o feixe de luz proveniente do ar com um ângulo fixo e maior que zero, qualquer modificação no ângulo do feixe refratado indicará adulteração no combustível.
Em uma fiscalização rotineira, o teste apresentou o valor de 1,9. Qual foi o comportamento do raio refratado?
A)
Mudou de sentido.
B)
Sofreu reflexão total.
C)
Atingiu o valor do ângulo limite.
D)
Direcionou-se para a superfície de separação.
E)
Aproximou-se da normal à superfície de separação.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
E
Resolução comentada
A razão entre os senos é $\dfrac{\sin i}{\sin r}=n$, o índice de refração relativo do combustível em relação ao ar. Com o ângulo de incidência $i$ fixo, $\sin r=\dfrac{\sin i}{n}$.
O valor medido, $1{,}9$, é maior que o da gasolina pura, $1{,}4$. Logo $\sin r$ diminui, e o ângulo de refração $r$ fica menor: o raio refratado se aproxima da normal.
Como a luz vai do ar para um meio de maior índice de refração, não há reflexão total nem ângulo limite, e o raio continua atravessando a superfície, no mesmo sentido.
Q72
Eletromagnetismo — Indução eletromagnética — Lei de Faraday e Lenz
O funcionamento dos geradores de usinas elétricas baseia-se no fenômeno da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday no século XIX. Pode-se observar esse fenômeno ao se movimentar um ímã e uma espira em sentidos opostos com módulo da velocidade igual a $v$, induzindo uma corrente elétrica de intensidade $i$, como ilustrado na figura.
A fim de se obter uma corrente com o mesmo sentido da apresentada na figura, utilizando os mesmos materiais, outra possibilidade é mover a espira para a
A)
esquerda e o ímã para a direita com polaridade invertida.
B)
direita e o ímã para a esquerda com polaridade invertida.
C)
esquerda e o ímã para a esquerda com mesma polaridade.
D)
direita e manter o ímã em repouso com polaridade invertida.
E)
esquerda e manter o ímã em repouso com mesma polaridade.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
A
Resolução comentada
A corrente induzida tem sentido definido pela lei de Lenz e depende de dois fatores: se o fluxo do campo magnético pela espira aumenta ou diminui, e o sentido do campo $\vec B$. Inverter apenas um deles inverte o sentido da corrente; inverter os dois mantém o sentido.
Na situação da figura, ímã e espira se aproximam (o fluxo aumenta). Mover a espira para a esquerda e o ímã para a direita faz os dois se afastarem, o que inverte a variação do fluxo, de aumento para diminuição, e inverteria a corrente. Inverter também a polaridade do ímã inverte o sentido de $\vec B$, e as duas inversões se compensam: a corrente mantém o sentido original.
Q76
Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Detector de movimento infravermelho
Alguns sistemas de segurança incluem detectores de movimento. Nesses sensores, existe uma substância que se polariza na presença de radiação eletromagnética de certa região de frequência, gerando uma tensão que pode ser amplificada e empregada para efeito de controle. Quando uma pessoa se aproxima do sistema, a radiação emitida por seu corpo é detectada por esse tipo de sensor.
WENDLING, M. Sensores. Disponível em: www2.feg.unesp.br. Acesso em: 7 maio 2014 (adaptado).
A radiação captada por esse detector encontra-se na região de frequência
A)
da luz visível.
B)
do ultravioleta.
C)
do infravermelho.
D)
das micro-ondas.
E)
das ondas longas de rádio.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
C
Resolução comentada
Todo corpo emite radiação eletromagnética, e a faixa predominante depende da temperatura. Um corpo humano, a cerca de $36\text{ °C}$, emite principalmente no infravermelho, com comprimento de onda da ordem de $10\text{ }\mu\text{m}$.
Corpos só emitem luz visível em temperaturas muito mais altas (acima de cerca de $500\text{ °C}$), e o ultravioleta exige temperaturas ainda maiores. Por isso o sensor do detector é sensível ao infravermelho.
Q82
Mecânica — Movimento circular — Aceleração tangencial em órbita
Um professor utiliza essa história em quadrinhos para discutir com os estudantes o movimento de satélites. Nesse sentido, pede a eles que analisem o movimento do coelhinho, considerando o módulo da velocidade constante.
[Descrição da história em quadrinhos: no terceiro quadrinho, o coelhinho aparece descrevendo uma trajetória circular em torno da Terra, como um satélite em órbita. A história original foi publicada em: SOUSA, M. Cebolinha, n. 240, jun. 2006.]
Desprezando a existência de forças dissipativas, o vetor aceleração tangencial do coelhinho, no terceiro quadrinho, é
A)
nulo.
B)
paralelo à sua velocidade linear e no mesmo sentido.
C)
paralelo à sua velocidade linear e no sentido oposto.
D)
perpendicular à sua velocidade linear e dirigido para o centro da Terra.
E)
perpendicular à sua velocidade linear e dirigido para fora da superfície da Terra.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
A
Resolução comentada
A aceleração tangencial mede a variação do módulo da velocidade: $a_t=\dfrac{\Delta v}{\Delta t}$. O enunciado diz que o módulo da velocidade é constante, e que não há forças dissipativas, portanto $a_t=0$.
A aceleração que existe é a centrípeta, perpendicular à velocidade e dirigida para o centro da Terra, que muda apenas a direção da velocidade. As alternativas com componente paralela à velocidade ou dirigida para fora descrevem outras situações.
Q84
Ondulatória — Ressonância — Sintonia de rádio e TV
Ao sintonizarmos uma estação de rádio ou um canal de TV em um aparelho, estamos alterando algumas características elétricas de seu circuito receptor. Das inúmeras ondas eletromagnéticas que chegam simultaneamente ao receptor, somente aquelas que oscilam com determinada frequência resultarão em máxima absorção de energia.
O fenômeno descrito é a
A)
difração.
B)
refração.
C)
polarização.
D)
interferência.
E)
ressonância.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
E
Resolução comentada
Sintonizar uma estação é ajustar o circuito receptor (um circuito oscilante) para que sua frequência natural coincida com a frequência da onda da estação desejada.
Quando a frequência da onda coincide com a frequência natural do circuito, ele absorve a energia da onda da maneira mais eficiente: é o fenômeno da ressonância. Ondas de outras frequências são pouco absorvidas e, na prática, são ignoradas pelo aparelho.
Q87
Ondulatória — Características do som — Ouvido absoluto e altura
Quando adolescente, as nossas tardes, após as aulas, consistiam em tomar às mãos o violão e o dicionário de acordes de Almir Chediak e desafiar o nosso amigo Hamilton a descobrir, apenas ouvindo o acorde, quais notas eram escolhidas. Sempre perdíamos a aposta, ele possui o ouvido absoluto.
O ouvido absoluto é uma característica perceptual de poucos indivíduos capazes de identificar notas isoladas sem outras referências, isto é, sem precisar relacioná-las com outras notas de uma melodia.
LENT, R. O cérebro do meu professor de acordeão. Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 15 ago. 2012 (adaptado).
No contexto apresentado, a propriedade física das ondas que permite essa distinção entre as notas é a
A)
frequência.
B)
intensidade.
C)
forma da onda.
D)
amplitude da onda.
E)
velocidade de propagação.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
A
Resolução comentada
Cada nota musical corresponde a uma frequência bem definida (por exemplo, o lá central tem $440\text{ Hz}$). A frequência é a propriedade física associada à altura do som, que distingue sons graves de agudos.
A intensidade e a amplitude dizem quão forte o som é, a forma da onda está ligada ao timbre, e a velocidade do som no ar é a mesma para todas as notas. Só a frequência separa uma nota de outra.
Q90
Óptica — Transmitância — Lentes fotocromáticas
As lentes fotocromáticas escurecem quando expostas à luz solar por causa de reações químicas reversíveis entre uma espécie incolor e outra colorida. Diversas reações podem ser utilizadas, e a escolha do melhor reagente para esse fim se baseia em três principais aspectos: (i) o quanto escurece a lente; (ii) o tempo de escurecimento quando exposta à luz solar; e (iii) o tempo de esmaecimento em ambiente sem forte luz solar. A transmitância indica a razão entre a quantidade de luz que atravessa o meio e a quantidade de luz que incide sobre ele.
Durante um teste de controle para o desenvolvimento de novas lentes fotocromáticas, foram analisadas cinco amostras, que utilizam reagentes químicos diferentes. No quadro, são apresentados os resultados.
Amostra
Tempo de escurecimento (segundo)
Tempo de esmaecimento (segundo)
Transmitância média da lente quando exposta à luz solar (%)
1
20
50
80
2
40
30
90
3
20
30
50
4
50
50
50
5
40
20
95
Considerando os três aspectos, qual é a melhor amostra de lente fotocromática para se utilizar em óculos?
A)
1
B)
2
C)
3
D)
4
E)
5
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 1ª Aplicação · Regular — Caderno 1 Azul
C
Resolução comentada
Uma boa lente deve escurecer bastante ao sol, ou seja, ter transmitância baixa (passa pouca luz); escurecer depressa; e clarear depressa quando sai do sol.
Em transmitância, as amostras 3 e 4 têm o menor valor, $50\%$, contra $80\%$ a $95\%$ das demais. Entre essas duas, a amostra 3 escurece em $20\text{ s}$ (contra $50\text{ s}$) e esmaece em $30\text{ s}$ (contra $50\text{ s}$), sendo melhor nos dois tempos.
