ENEM · 2020 · Digital — Questões de Física comentadas
2º dia · Caderno 5 Amarelo · 13 questões de Física · Gabarito oficial e resoluções comentadas.
Q92
Eletricidade — Circuitos — Sobrecarga do Adaptador
O adaptador de tomada tipo T (Figura 1) é um acessório utilizado em domicílios para ligar vários aparelhos eletrodomésticos em uma única tomada. Conectar três aparelhos de alta potência em um mesmo adaptador pode superaquecê-lo e, consequentemente, provocar um incêndio. O circuito da Figura 2A representa um aparelho de resistência elétrica R ligado ao adaptador de resistência elétrica r. Na Figura 2B está representado um circuito com três aparelhos de resistência elétrica R ligados ao mesmo adaptador. Em ambos os circuitos, os pontos C e D são os terminais de uma mesma tomada elétrica. Considere todos os resistores ôhmicos.
Figura 1
Figura 2
Comparando-se a Figura 2B com a Figura 2A, verifica-se que o possível superaquecimento do adaptador de tomada acontece em decorrência do aumento da
A)
tensão em R.
B)
corrente em R.
C)
tensão entre C e D.
D)
corrente entre C e D.
E)
resistência equivalente entre C e D.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
D
Resolução comentada
Os três aparelhos são ligados em paralelo, reduzindo a resistência equivalente da carga de R para R/3. Incluindo a resistência r do adaptador, a resistência total passa de $r+R$ para $r+R/3$.
Com tensão constante entre C e D, a corrente total aumenta. No adaptador, a potência dissipada por efeito Joule é $P_r=ri^2$; por isso, o aumento de corrente pode causar superaquecimento. A corrente em cada aparelho não precisa aumentar.
Q96
Ondulatória — Reflexão — Ecolocalização
Para se deslocar e obter alimentos, alguns mamíferos, como morcegos e golfinhos, contam com a sofisticada capacidade biológica de detectar a posição de objetos e animais pela emissão e recepção de ondas ultrassônicas.
O fenômeno ondulatório que permite o uso dessa capacidade biológica é a
A)
reflexão.
B)
difração.
C)
refração.
D)
dispersão.
E)
polarização.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
A
Resolução comentada
O animal emite ultrassom e detecta a onda que retorna após atingir um objeto. Esse retorno é um eco, resultado da reflexão da onda sonora.
A difração está relacionada ao contorno de obstáculos, e não ao mecanismo de retorno descrito.
Q97
Termologia — Termometria — Equilíbrio Térmico
Um fabricante de termômetros orienta em seu manual de instruções que o instrumento deve ficar três minutos em contato com o corpo para aferir a temperatura. Esses termômetros são feitos com o bulbo preenchido com mercúrio conectado a um tubo capilar de vidro.
De acordo com a termodinâmica, esse procedimento se justifica, pois é necessário que
A)
o termômetro e o corpo tenham a mesma energia interna.
B)
a temperatura do corpo passe para o termômetro.
C)
o equilíbrio térmico entre os corpos seja atingido.
D)
a quantidade de calor dos corpos seja a mesma.
E)
o calor do termômetro passe para o corpo.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
C
Resolução comentada
O termômetro precisa trocar energia com o corpo até atingir a mesma temperatura: o equilíbrio térmico. Só então a leitura representa adequadamente a temperatura do corpo.
Equilíbrio térmico significa igualdade de temperaturas, não igualdade de energias internas ou de uma suposta “quantidade de calor” armazenada.
Q98
Mecânica — Movimento Curvilíneo — Aceleração Centrípeta
No Autódromo de Interlagos, um carro de Fórmula 1 realiza a curva S do Senna numa trajetória curvilínea. Enquanto percorre esse trecho, o velocímetro do carro indica velocidade constante.
Quais são a direção e o sentido da aceleração do carro?
A)
Radial, apontada para fora da curva.
B)
Radial, apontada para dentro da curva.
C)
Aceleração nula, portanto, sem direção nem sentido.
D)
Tangencial, apontada no sentido da velocidade do carro.
E)
Tangencial, apontada no sentido contrário à velocidade do carro.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
B
Resolução comentada
O velocímetro informa o módulo da velocidade. Mesmo constante, esse módulo não impede que o vetor velocidade mude de direção ao longo da curva.
A aceleração responsável por essa mudança é normal ou centrípeta, dirigida para o centro de curvatura, isto é, para dentro da curva. A componente tangencial é nula no trecho considerado.
Q100
Eletricidade — Magnetismo — Proteção Geomagnética
Os ventos solares são fenômenos caracterizados por feixes de partículas carregadas, lançadas pelo Sol, no espaço, em alta velocidade. Somente uma pequena fração dessas partículas atinge a atmosfera nos polos, provocando as auroras. A chegada dessas partículas à superfície pode gerar efeitos indesejáveis, interferindo nas telecomunicações, no tráfego aéreo e nas linhas de transmissão de energia elétrica.
Esses efeitos são minimizados na Terra pela ação de seu(sua)
A)
ionosfera.
B)
campo geomagnético.
C)
camada de ozônio.
D)
campo gravitacional.
E)
atmosfera.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
B
Resolução comentada
Partículas carregadas em movimento sofrem a força magnética $\vec F=q\vec v\times\vec B$. O campo geomagnético desvia parte dessas partículas e reduz sua chegada direta à superfície.
A camada de ozônio está associada à absorção de radiação ultravioleta; não é o mecanismo de desvio de cargas descrito.
Q111
Mecânica — Grandezas Físicas — Unidade de Potência
BTU é a sigla para British Thermal Unit (Unidade Térmica Inglesa), que é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 libra (0,45 kg) de água de 59,5 °F a 60,5 °F sob pressão constante de 1 atmosfera. A unidade BTU é utilizada, de forma errônea, por diversos profissionais como sendo a potência de resfriamento do aparelho.
RODITI, I. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 2005 (adaptado).
Como se pode representar corretamente a unidade de potência com base na definição de BTU?
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
A
Resolução comentada
Pela definição, BTU é uma unidade de energia. Potência é energia por unidade de tempo: $P=E/\Delta t$.
Assim, uma unidade de potência pode ser $\text{BTU/h}=\text{BTU}\cdot\text{h}^{-1}$. Multiplicar por tempo, ou por área, não produz a dimensão de potência.
Q114
Eletricidade — Fontes de Energia — Redes de Transmissão
O custo de implantação de redes de transmissão aumenta linearmente com a distância da hidroelétrica, de modo que a partir de uma certa distância, o uso de energia solar fotovoltaica, que não depende da distância, é favorecido. Assim, em regiões isoladas da Amazônia, como é muito caro levar energia elétrica produzida por hidroelétricas através de redes de transmissão, o uso da energia solar fotovoltaica torna-se uma alternativa viável.
Dessa forma, o gráfico que representa qualitativamente os custos do uso de energia solar fotovoltaica (ESF) e da implantação de redes de transmissão (RT) em função da distância é
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
B
Resolução comentada
O custo da energia solar fotovoltaica é independente da distância, portanto seu gráfico é uma reta horizontal. O custo da rede de transmissão cresce linearmente com a distância, portanto é uma reta com inclinação positiva.
No início, a rede custa menos; depois da interseção, o custo da rede supera o da alternativa solar. O esquema B representa esse comportamento.
Q116
Mecânica — Medidas — Resolução do Paquímetro
A resolução de um instrumento de medição é definida como a menor variação de uma grandeza que pode ser medida. O paquímetro é um instrumento de medição de grandezas de comprimento linear. Um fabricante de componentes para portões eletrônicos produz eixos com diâmetros diferentes e possui paquímetros com resoluções de 0,02 mm (paquímetro A) e 0,05 mm (paquímetro B). Um funcionário dessa empresa mediu um eixo com diâmetro nominal de 11,0 mm com uso do paquímetro A, e outro eixo com diâmetro nominal de 12,5 mm com o paquímetro B.
Quais são as possíveis leituras obtidas com o uso dos paquímetros A e B, em milímetro, respectivamente?
A)
11,01 e 12,50
B)
11,02 e 12,51
C)
11,04 e 12,55
D)
11,05 e 12,50
E)
11,06 e 12,54
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
C
Resolução comentada
Uma leitura deve ser compatível com os incrementos do instrumento. No paquímetro A, o incremento é 0,02 mm; a leitura 11,04 mm corresponde a um número inteiro desses incrementos.
No paquímetro B, o incremento é 0,05 mm; 12,55 mm também é compatível. Na alternativa C, as duas leituras respeitam simultaneamente as resoluções; as demais contêm pelo menos uma leitura incompatível.
Q117
Termologia — Condução — Isolamento Térmico
Os materiais são classificados pela sua natureza química e estrutural, e as diferentes aplicações requerem características específicas, como a condutibilidade térmica, quando são utilizados, por exemplo, em utensílios de cozinha. Assim, os alimentos são acondicionados em recipientes que podem manter a temperatura após o preparo. Considere a tabela, que apresenta a condutibilidade térmica ($K$) de diferentes materiais utilizados na confecção de panelas.
Qual dos materiais é o recomendado para manter um alimento aquecido por um maior intervalo de tempo?
A)
I
B)
II
C)
III
D)
IV
E)
V
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
E
Resolução comentada
Para manter o alimento aquecido, interessa reduzir a transferência de energia para o ambiente. Em condições geométricas iguais, a menor condutividade térmica fornece maior isolamento.
A cerâmica, material V, apresenta o menor valor da tabela: 0,40, inferior ao 0,65 do vidro e muito menor que os valores dos metais.
Q118
Física Moderna — Efeito Fotoelétrico — Células Fotovoltaicas
As células fotovoltaicas (placas semicondutoras compostas de silício) são os componentes principais dos painéis solares e são capazes de converter, com certa eficiência, parte da energia dos raios solares em energia elétrica. Essa conversão é causada pelo fenômeno físico denominado “efeito fotoelétrico”, que pode ocorrer em uma variedade de materiais, incluindo metais e semicondutores.
Na superfície dos metais, a sequência de eventos que caracteriza esse efeito, de forma simplificada, é a
A)
absorção de fótons e a emissão de elétrons.
B)
absorção de elétrons e a emissão de fótons.
C)
emissão de fótons e a absorção de elétrons.
D)
absorção e a emissão de elétrons.
E)
absorção e a emissão de fótons.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
A
Resolução comentada
No efeito fotoelétrico de um metal, um elétron absorve energia de um fóton e pode ser emitido se essa energia superar a função trabalho. A relação é $E_{c,\max}=hf-\phi$.
A sequência pedida é absorção de fótons e emissão de elétrons. Em painéis semicondutores, a conversão envolve geração e separação de portadores; a pergunta solicita especificamente a descrição simplificada na superfície dos metais.
Q120
Eletricidade — Receptores — Motor Travado
Diversos brinquedos são constituídos de pilhas ligadas a um motor elétrico. A figura mostra uma pilha e um motor acoplados, em que ε representa a força eletromotriz (FEM) da pilha, ε’ representa a força contraeletromotriz (FCEM) do motor e r e r’ são resistências internas. Um problema comum que danifica esses brinquedos é o travamento do eixo do motor.
O que ocorre com a FCEM e com a energia fornecida pelas pilhas, que ocasiona danos ao motor, quando seu eixo de rotação é travado?
A)
A FCEM iguala-se com a FEM e toda a energia fornecida pela pilha fica armazenada no circuito.
B)
A FCEM sofre grande aumento e toda a energia fornecida pela pilha passa a ser dissipada na forma de calor.
C)
A FCEM inverte a polaridade e toda a energia fornecida pela pilha é devolvida para ela na forma de energia potencial.
D)
A FCEM reduz-se a zero e toda a energia fornecida pela pilha passa a ser dissipada na resistência interna do motor.
E)
A FCEM mantém-se constante e toda a energia fornecida pela pilha continua sendo transformada em energia mecânica.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
D
Resolução comentada
A força contraeletromotriz depende da rotação do motor. Com o eixo travado, a velocidade de rotação cai a zero e a FCEM também: $\varepsilon'=0$.
A corrente cresce para $i=\varepsilon/(r+r')$, e o motor deixa de fornecer potência mecânica. A energia elétrica se transforma em calor, podendo danificá-lo.
O gabarito aponta D. A palavra “toda” dessa alternativa simplifica o modelo: se a resistência interna r da pilha não for desprezível, parte da energia também é dissipada na própria pilha; no motor, a potência recebida é dissipada em sua resistência interna.
Q126
Eletricidade — Capacitores — Desfibrilador
O desfibrilador salva vidas de pessoas que são acometidas por ataques cardíacos ou arritmias. Ele dispõe de um capacitor que pode ser carregado por uma fonte com uma alta tensão. Usando o desfibrilador, pode-se fornecer energia ao coração, por meio de um choque elétrico, para que ele volte a pulsar novamente em seu ritmo normal. Um socorrista dispõe de um desfibrilador com capacitor de 70 microfarads que pode armazenar cerca de 220 J de energia, quando conectado a uma tensão de 2 500 V.
O valor da carga armazenada por esse desfibrilador, em coulomb, é de
A)
0,015.
B)
0,088.
C)
0,175.
D)
3,15.
E)
11,4.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
C
Resolução comentada
A carga de um capacitor é $Q=CU$. Converta $70\,\mu\text{F}=70\cdot10^{-6}\text{ F}$.
Assim, $Q=70\cdot10^{-6}\cdot2\,500=0{,}175\text{ C}$. A energia é coerente com o dado: $E=CU^2/2=218{,}75\text{ J}$, aproximadamente 220 J.
Q132
Física Moderna — Estrutura da Matéria — Raios Catódicos
No final do século XIX, muitos cientistas estavam interessados nos intrigantes fenômenos observados nas ampolas de raios catódicos, que são tubos sob vácuo em que se ligam duas placas a uma fonte de alta tensão. Os raios catódicos passam através de um orifício no ânodo e continuam o percurso até a outra extremidade do tubo, onde são detectados pela fluorescência produzida ao chocarem-se com um revestimento especial, como pode ser observado na figura. Medições da razão entre a carga e a massa dos constituintes dos raios catódicos mostram que a sua identidade independe do material do cátodo ou do gás dentro das ampolas.
CHANG, R.; GOLDSBY, K. A. Química. Porto Alegre: Bookman, 2013 (adaptado).
Essa radiação invisível detectada nas ampolas é constituída por
A)
ânions.
B)
cátions.
C)
prótons.
D)
elétrons.
E)
partículas alfa.
Gabarito oficial — ENEM 2020 — Digital — Caderno 5 Amarelo
D
Resolução comentada
Os raios catódicos são feixes de elétrons emitidos pelo cátodo e acelerados pela diferença de potencial no tubo.
A razão carga/massa independente do material indica que os constituintes são partículas comuns à matéria, e não íons específicos do gás ou do eletrodo. A resposta é elétrons.
