ENEM · 2014 · 2ª Aplicação — Questões de Física comentadas
1º dia · Caderno 3 Branco · 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 3 Branco.
Q47
Óptica — Refração — Miragem
As miragens existem e podem induzir à percepção de que há água onde não existe. Elas são a manifestação de um fenômeno óptico que ocorre na atmosfera.
refração da luz nas camadas de ar próximas do chão quente.
B)
reflexão da luz ao incidir no solo quente.
C)
reflexão difusa da luz na superfície rugosa.
D)
dispersão da luz nas camadas de ar próximas do chão quente.
E)
difração da luz nas camadas de ar próximas do chão quente.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
A
Resolução comentada
O ar próximo ao chão quente é menos denso que o ar das camadas acima, e portanto tem menor índice de refração. O índice de refração varia de forma gradual com a altura.
Ao atravessar essas camadas, a luz vinda do céu ou de objetos distantes muda de direção a cada camada, curvando-se para cima, até chegar ao olho do observador. O cérebro interpreta que a luz veio em linha reta, do chão, e vê uma imagem do céu que parece uma poça de água.
Q50
Eletricidade — Campo elétrico — Gerador de Van de Graaff e lâmpada
Em museus de ciências, é comum encontrarem-se máquinas que eletrizam materiais e geram intensas descargas elétricas. O gerador de Van de Graaff (Figura 1) é um exemplo, como atestam as faíscas (Figura 2) que ele produz. O experimento fica mais interessante quando se aproxima do gerador em funcionamento, com a mão, uma lâmpada fluorescente (Figura 3). Quando a descarga atinge a lâmpada, mesmo desconectada da rede elétrica, ela brilha por breves instantes. Muitas pessoas pensam que é o fato de a descarga atingir a lâmpada que a faz brilhar. Contudo, se a lâmpada for aproximada dos corpos da situação (Figura 2), no momento em que a descarga ocorrer entre eles, a lâmpada também brilhará, apesar de não receber nenhuma descarga elétrica.
A grandeza física associada ao brilho instantâneo da lâmpada fluorescente, por estar próxima a uma descarga elétrica, é o(a)
A)
carga elétrica.
B)
campo elétrico.
C)
corrente elétrica.
D)
capacitância elétrica.
E)
condutividade elétrica.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
B
Resolução comentada
O enunciado diz que a lâmpada brilha mesmo sem receber a descarga. Logo, o que a faz brilhar não pode ser a passagem de carga ou de corrente por ela.
Uma descarga entre dois corpos muda de forma muito rápida a distribuição de cargas e cria, ao redor, um campo elétrico intenso e variável no espaço. Esse campo atua à distância sobre as cargas do gás dentro da lâmpada, excita os átomos e produz o brilho, sem contato elétrico.
Q53
Ondulatória — Reflexão do som — Eco e sonar
O sonar é um equipamento eletrônico que permite a localização de objetos e a medida de distâncias no fundo do mar, pela emissão de sinais sônicos e ultrassônicos e a recepção dos respectivos ecos. O fenômeno do eco corresponde à reflexão de uma onda sonora por um objeto, a qual volta ao receptor pouco tempo depois de o som ser emitido. No caso do ser humano, o ouvido é capaz de distinguir sons separados por, no mínimo, 0,1 segundo.
Considerando uma condição em que a velocidade do som no ar é 340 m/s, qual é a distância mínima a que uma pessoa deve estar de um anteparo refletor para que se possa distinguir o eco do som emitido?
A)
17 m
B)
34 m
C)
68 m
D)
1 700 m
E)
3 400 m
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
A
Resolução comentada
Para o eco ser distinguido, o intervalo entre o som emitido e o som refletido deve ser de pelo menos $0{,}1\text{ s}$. Nesse tempo, o som vai até o anteparo e volta, percorrendo o dobro da distância: $2d=v\,\Delta t$.
Então $d=\dfrac{v\,\Delta t}{2}=\dfrac{340\cdot0{,}1}{2}=17\text{ m}$. O valor $34\text{ m}$ é a distância total percorrida, ida e volta.
Q56
Energia — Energia solar — Inclinação do coletor solar
Um engenheiro decidiu instalar um aquecedor solar em sua casa, conforme mostra o esquema.
De acordo com as instruções de montagem, para se ter um aproveitamento máximo da incidência solar, as placas do coletor solar devem ser instaladas com um ângulo de inclinação determinado.
O parâmetro que define o valor do ângulo de inclinação dessas placas coletoras é a
A)
altitude.
B)
latitude.
C)
longitude.
D)
nebulosidade.
E)
umidade relativa do ar.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
B
Resolução comentada
O coletor aproveita melhor a radiação quando os raios solares incidem perpendicularmente sobre sua superfície, pois a energia recebida por unidade de área é proporcional ao cosseno do ângulo de incidência.
A posição do Sol no céu ao longo do ano depende da latitude do local: perto do equador o Sol passa quase a pino, e em latitudes maiores os raios chegam mais inclinados. Por isso o ângulo de inclinação ideal do coletor está ligado à latitude, enquanto altitude, nebulosidade e umidade influenciam a quantidade de radiação, mas não a direção em que ela incide.
Q59
Termologia — Dilatação térmica — Disjuntor de lâmina bimetálica
Para a proteção contra curtos-circuitos em residências são utilizados disjuntores, compostos por duas lâminas de metais diferentes, com suas superfícies soldadas uma à outra, ou seja, uma lâmina bimetálica. Essa lâmina toca o contato elétrico, fechando o circuito e deixando a corrente elétrica passar. Quando da passagem de uma corrente superior à estipulada (limite), a lâmina se curva para um dos lados, afastando-se do contato elétrico e, assim, interrompendo o circuito. Isso ocorre porque os metais da lâmina possuem uma característica física cuja resposta é diferente para a mesma corrente elétrica que passa no circuito.
A característica física que deve ser observada para a escolha dos dois metais dessa lâmina bimetálica é o coeficiente de
A)
dureza.
B)
elasticidade.
C)
dilatação térmica.
D)
compressibilidade.
E)
condutividade elétrica.
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C
Resolução comentada
Uma corrente maior que o limite dissipa mais calor no condutor, por efeito Joule: $P=R\,i^2$. A lâmina se aquece.
Com o aquecimento, cada metal se dilata de acordo com $\Delta L=\alpha\,L_0\,\Delta\theta$. Se os dois têm coeficientes de dilatação diferentes, um se alonga mais que o outro, e como estão soldados a lâmina se curva para o lado do metal que menos dilata, abrindo o circuito. A escolha dos metais, portanto, depende do coeficiente de dilatação térmica.
Q60
Óptica — Refração — Papel translúcido com glicerina
Folhas de papel, como as utilizadas para a impressão de documentos, são opacas e permeáveis aos líquidos. Esse material é constituído de microfibras entrelaçadas de celulose, que são transparentes à luz. Quando sobre elas se derrama glicerina, elas se tornam translúcidas. Uma imagem da superfície de uma folha de papel, ampliada por um microscópio eletrônico de varredura, pode ser vista na figura. No quadro é apresentada a razão ($n$) entre a velocidade da luz no vácuo e no respectivo material (celulose, glicerina ou ar).
Material
$n$
celulose
1,46
glicerina
1,47
ar
1,00
Nessa situação, o papel se tornou translúcido porque a luz é
A)
mais refletida.
B)
mais absorvida.
C)
mais espalhada.
D)
menos refratada.
E)
menos transmitida.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
D
Resolução comentada
No papel seco, os espaços entre as fibras são ocupados por ar, com $n=1{,}00$, e as fibras têm $n=1{,}46$. Em cada passagem entre fibra e ar há grande diferença de índices, e a luz sofre refração e reflexão com desvios grandes e em muitas direções, de modo que atravessa o papel de forma difusa e desorganizada: o papel é opaco.
A glicerina ocupa os espaços e tem $n=1{,}47$, quase igual ao da celulose, $1{,}46$. Quando os índices são praticamente iguais, a luz passa de um meio ao outro quase sem mudar de direção, isto é, é menos refratada, e uma fração muito maior atravessa o papel, que passa a ser translúcido.
Q65
Ondulatória — Difração — Som grave e agudo atrás de obstáculo
Ao assistir a uma apresentação musical, um músico que estava na plateia percebeu que conseguia ouvir quase perfeitamente o som da banda, perdendo um pouco de nitidez nas notas mais agudas. Ele verificou que havia muitas pessoas bem mais altas à sua frente, bloqueando a visão direta do palco e o acesso aos alto-falantes. Sabe-se que a velocidade do som no ar é 340 m/s e que a região de frequências das notas emitidas é de, aproximadamente, 20 Hz a 4 000 Hz.
Qual fenômeno ondulatório é o principal responsável para que o músico percebesse essa diferenciação do som?
A)
Difração.
B)
Reflexão.
C)
Refração.
D)
Atenuação.
E)
Interferência.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
A
Resolução comentada
O comprimento de onda é $\lambda=\dfrac{v}{f}$. Para $20\text{ Hz}$, $\lambda=\dfrac{340}{20}=17\text{ m}$; para $4\,000\text{ Hz}$, $\lambda=\dfrac{340}{4000}=0{,}085\text{ m}$.
Uma onda contorna melhor um obstáculo (difração) quando seu comprimento de onda é comparável ou maior que as dimensões do obstáculo. As pessoas à frente têm dimensões de cerca de $0{,}5\text{ m}$ a $2\text{ m}$: os sons graves, com $\lambda$ de muitos metros, contornam esses obstáculos com facilidade, e os agudos, com $\lambda$ de poucos centímetros, são bloqueados em parte e chegam com menos nitidez.
Q66
Matemática aplicada — Proporcionalidade — Diluição de álcool
O álcool comercial (solução de etanol) é vendido na concentração de 96%, em volume. Entretanto, para que possa ser utilizado como desinfetante, deve-se usar uma solução alcoólica na concentração de 70%, em volume. Suponha que um hospital recebeu como doação um lote de 1 000 litros de álcool comercial a 96%, em volume, e pretende trocá-lo por um lote de álcool desinfetante.
Para que a quantidade total de etanol seja a mesma nos dois lotes, o volume de álcool a 70% fornecido na troca deve ser mais próximo de
A)
1 042 L.
B)
1 371 L.
C)
1 428 L.
D)
1 632 L.
E)
1 700 L.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
B
Resolução comentada
O volume de etanol puro no lote doado é $0{,}96\cdot1000=960\text{ L}$.
No lote de álcool a 70%, o volume de etanol é $0{,}70\cdot V$. Igualando as quantidades de etanol, $0{,}70\,V=960$, e $V=\dfrac{960}{0{,}70}\approx1\,371\text{ L}$.
Q67
Mecânica — Lançamento oblíquo — Força resultante no ponto mais alto
Na Antiguidade, algumas pessoas acreditavam que, no lançamento oblíquo de um objeto, a resultante das forças que atuavam sobre ele tinha o mesmo sentido da velocidade em todos os instantes do movimento. Isso não está de acordo com as interpretações científicas atualmente utilizadas para explicar esse fenômeno.
Desprezando a resistência do ar, qual é a direção e o sentido do vetor força resultante que atua sobre o objeto no ponto mais alto da trajetória?
A)
Indefinido, pois ele é nulo, assim como a velocidade vertical nesse ponto.
B)
Vertical para baixo, pois somente o peso está presente durante o movimento.
C)
Horizontal no sentido do movimento, pois devido à inércia o objeto mantém seu movimento.
D)
Inclinado na direção do lançamento, pois a força inicial que atua sobre o objeto é constante.
E)
Inclinado para baixo e no sentido do movimento, pois aponta para o ponto onde o objeto cairá.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
B
Resolução comentada
Depois do lançamento, e sem resistência do ar, a única força que atua sobre o objeto é o seu peso, vertical e para baixo, em todos os pontos da trajetória.
No ponto mais alto, a componente vertical da velocidade é nula, mas a força continua sendo o peso, e a aceleração é $g$, para baixo. A velocidade horizontal se mantém por inércia, sem que seja necessária uma força horizontal.
Q73
Eletricidade — Resistência elétrica — Segunda lei de Ohm em nanofio
Recentemente foram obtidos os fios de cobre mais finos possíveis, contendo apenas um átomo de espessura, que podem, futuramente, ser utilizados em microprocessadores. O chamado nanofio, representado na figura, pode ser aproximado por um pequeno cilindro de comprimento 0,5 nm (1 nm = $10^{-9}$ m). A seção reta de um átomo de cobre é 0,05 nm² e a resistividade do cobre é $17\text{ }\Omega\cdot\text{nm}$. Um engenheiro precisa estimar se seria possível introduzir esses nanofios nos microprocessadores atuais.
AMORIM, E. P. M.; SILVA, E. Z. Ab initio study of linear atomic chains in copper nanowires. Physical Review B, v. 81, 2010 (adaptado).
Um nanofio utilizando as aproximações propostas possui resistência elétrica de
A)
170 n$\Omega$.
B)
0,17 $\Omega$.
C)
1,7 $\Omega$.
D)
17 $\Omega$.
E)
170 $\Omega$.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
E
Resolução comentada
Pela segunda lei de Ohm, $R=\rho\,\dfrac{L}{A}$. Como a resistividade já está em $\Omega\cdot\text{nm}$, o comprimento em $\text{nm}$ e a área em $\text{nm}^2$, as unidades de comprimento se cancelam e o resultado sai direto em ohms.
Então $R=17\cdot\dfrac{0{,}5}{0{,}05}=17\cdot10=170\text{ }\Omega$.
Q74
Eletricidade — Efeito Joule — Sobrecarga em tomada múltipla
Os manuais dos fornos micro-ondas desaconselham, sob pena de perda da garantia, que eles sejam ligados em paralelo juntamente a outros aparelhos eletrodomésticos por meio de tomadas múltiplas, popularmente conhecidas como “benjamins” ou “tês”, devido ao alto risco de incêndio e derretimento dessas tomadas, bem como daquelas dos próprios aparelhos.
Os riscos citados são decorrentes da
A)
resistividade da conexão, que diminui devido à variação de temperatura do circuito.
B)
corrente elétrica superior ao máximo que a tomada múltipla pode suportar.
C)
resistência elétrica elevada na conexão simultânea de aparelhos eletrodomésticos.
D)
tensão insuficiente para manter todos os aparelhos eletrodomésticos em funcionamento.
E)
intensidade do campo elétrico elevada, que causa o rompimento da rigidez dielétrica da tomada múltipla.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
B
Resolução comentada
Em uma ligação em paralelo, todos os aparelhos ficam sob a mesma tensão e a corrente total é a soma das correntes de cada aparelho: $i=i_1+i_2+\dots$. Um forno de micro-ondas já consome uma corrente alta, e outros aparelhos na mesma tomada somam a sua.
Toda essa corrente passa pelos contatos e fios da tomada múltipla, que dissipam calor por efeito Joule, $P=R\,i^2$. Se a corrente supera o que a tomada suporta, o aquecimento pode derreter o plástico e provocar incêndio. A resistência equivalente da associação em paralelo, ao contrário do que sugere uma das alternativas, é baixa, e não elevada.
Q77
Eletricidade — Circuitos elétricos — Corrente máxima do fusível
Fusíveis são dispositivos de proteção de um circuito elétrico, sensíveis ao excesso de corrente elétrica. Os modelos mais simples consistem de um filamento metálico de baixo ponto de fusão, que se funde quando a corrente ultrapassa determinado valor, evitando que as demais partes do circuito sejam danificadas. A figura mostra um diagrama de um circuito em que o fusível F protege um resistor R de $12\text{ }\Omega$, uma lâmpada L de $6\text{ W}$ e um alto-falante que conduz $1\text{ A}$.
Sabendo que esse fusível foi projetado para trabalhar com uma corrente até 20% maior que a corrente nominal que atravessa esse circuito, qual é o valor, em ampères, da corrente máxima que o fusível F permite passar?
A)
1,0
B)
1,5
C)
2,0
D)
2,5
E)
3,0
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
E
Resolução comentada
Os três ramos estão em paralelo com a fonte de $12\text{ V}$, e o fusível está em série com o conjunto, portanto passa por ele a soma das correntes dos ramos.
No resistor: $i_R=\dfrac{V}{R}=\dfrac{12}{12}=1\text{ A}$. Na lâmpada: $i_L=\dfrac{P}{V}=\dfrac{6}{12}=0{,}5\text{ A}$. No alto-falante: $1\text{ A}$. A corrente nominal é $1+0{,}5+1=2{,}5\text{ A}$.
A corrente máxima do fusível é $20\%$ maior: $1{,}2\cdot2{,}5=3{,}0\text{ A}$.
Q79
Mecânica — Quantidade de movimento — Cosmonauta e bomba
Durante um reparo na estação espacial internacional, um cosmonauta, de massa 90 kg, substitui uma bomba do sistema de refrigeração, de massa 360 kg, que estava danificada. Inicialmente, o cosmonauta e a bomba estão em repouso em relação à estação. Quando ele empurra a bomba para o espaço, ele é empurrado no sentido oposto. Nesse processo, a bomba adquire uma velocidade de 0,2 m/s em relação à estação.
Qual é o valor da velocidade escalar adquirida pelo cosmonauta, em relação à estação, após o empurrão?
A)
0,05 m/s
B)
0,20 m/s
C)
0,40 m/s
D)
0,50 m/s
E)
0,80 m/s
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
E
Resolução comentada
As forças do empurrão são internas ao sistema cosmonauta e bomba, então a quantidade de movimento total se conserva. Como o sistema estava em repouso, a quantidade de movimento total inicial é nula.
Assim, $m_{cosmonauta}\,v_c=m_{bomba}\,v_b$, em módulos e com sentidos opostos: $90\cdot v_c=360\cdot0{,}2$, e $v_c=\dfrac{72}{90}=0{,}8\text{ m/s}$.
Q82
Eletricidade — Potência e energia elétrica — Comparação entre lâmpadas
A figura apresenta a comparação dos gastos de três tipos de lâmpadas residenciais de mesmo brilho, durante cinco anos. Considera-se a utilização média de vinte pontos de luz, utilizando em média dez lâmpadas acesas durante 6 horas ao custo de R$ 0,30, para cada 1 kWh consumido.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
B
Resolução comentada
Eficiência energética: as três lâmpadas têm o mesmo brilho, então a mais eficiente é a que consome menos energia, ou seja, a de menor potência, $8\text{ W}$, e menor consumo, $864\text{ kWh}$: a LED.
Viabilidade econômica: soma-se compra, energia e lâmpadas trocadas em cinco anos. Incandescente: $60+1944+330=\text{R\$ }2334$. Fluorescente compacta: $360+518{,}40+360=\text{R\$ }1238{,}40$. LED: $2800+259{,}20=\text{R\$ }3059{,}20$. O menor custo total é o da fluorescente compacta.
Vida útil: a LED não precisou de nenhuma troca no período, enquanto as outras tiveram $110$ e $20$ trocas.
Q86
Hidrostática — Empuxo — Gelo em líquidos diferentes
Em um experimento, foram separados três recipientes A, B e C, contendo 200 mL de líquidos distintos: o recipiente A continha água, com densidade de 1,00 g/mL; o recipiente B, álcool etílico, com densidade de 0,79 g/mL; e o recipiente C, clorofórmio, com densidade de 1,48 g/mL. Em cada um desses recipientes foi adicionada uma pedra de gelo, com densidade próxima a 0,90 g/mL.
No experimento apresentado, observou-se que a pedra de gelo
A)
flutuou em A, flutuou em B e flutuou em C.
B)
flutuou em A, afundou em B e flutuou em C.
C)
afundou em A, afundou em B e flutuou em C.
D)
afundou em A, flutuou em B e afundou em C.
E)
flutuou em A, afundou em B e afundou em C.
Gabarito oficial — ENEM 2014 — 2ª Aplicação — Caderno 3 Branco
B
Resolução comentada
Um corpo flutua quando sua densidade é menor que a do líquido, já que o empuxo máximo, $\rho_{líq}\,V\,g$, supera o peso, $\rho_{corpo}\,V\,g$. Se for maior, ele afunda.
Em A, $0{,}90<1{,}00$: o gelo flutua. Em B, $0{,}90>0{,}79$: o gelo afunda. Em C, $0{,}90<1{,}48$: o gelo flutua.
