ENEM · 2021 · 2ª Aplicação — Questões de Física comentadas — Método TEF
2º dia · Caderno 6 Cinza · Ciências da Natureza · 14 questões de Física: Q91, Q96, Q97, Q99, Q100, Q101, Q108, Q120, Q121, Q122, Q124, Q125, Q133 e Q135.
Q91
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Micro-ondas: Frequência e Energia Útil
O quadro apresenta especificações técnicas de um forno de micro-ondas. Entre elas estão:
Grandeza
Valor
Consumo de energia
$127\text{ V}$, $60\text{ Hz}$, $1200\text{ W}$
Potência máxima
$700\text{ W}$
Frequência operacional
$2450\text{ MHz}$
Utiliza-se esse equipamento para descongelar um alimento durante $15\text{ min}$, em potência máxima.
Durante o descongelamento, a frequência da onda eletromagnética que aquece o alimento e a quantidade aproximada de energia fornecida para aquecê-lo são, respectivamente:
A)$2450\text{ MHz}$ e $630\text{ kJ}$.
B)$2450\text{ MHz}$ e $114\text{ kJ}$.
C)$2390\text{ MHz}$ e $630\text{ kJ}$.
D)$60\text{ Hz}$ e $114\text{ kJ}$.
E)$60\text{ Hz}$ e $127\text{ kJ}$.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
A
Resolução
O quadro traz três números de potência e frequência, e a questão quer ver se você escolhe os certos.
Frequência: quem aquece o alimento são as micro-ondas, de $2450\text{ MHz}$. Os $60\text{ Hz}$ são da rede elétrica que alimenta o forno.
Energia: o forno consome $1200\text{ W}$ da tomada, mas só $700\text{ W}$ chegam ao alimento (essa é a potência máxima de micro-ondas). Em $15\text{ min}=900\text{ s}$:
A densidade é uma propriedade que relaciona massa e volume de um material. Um estudante determinou a massa de uma amostra sólida desconhecida, obtendo $27{,}8\text{ g}$. Em seguida, utilizou uma proveta com água para determinar seu volume, conforme a figura. Considere a densidade da água igual a $1\text{ g/mL}$.
A densidade da amostra obtida, em $\text{g/mL}$, é mais próxima de:
A)0,36.
B)0,56.
C)0,62.
D)0,79.
E)2,78.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
E
Resolução
O volume da amostra é o quanto a água subiu na proveta: de cerca de $35\text{ mL}$ para $45\text{ mL}$, ou seja, $10\text{ mL}$.
Faz sentido: a amostra afundou, então tinha de ser mais densa que a água. Isso já elimina as alternativas com valor menor que $1\text{ g/mL}$.
Q97
Termologia — Transmissão de Calor — Condutividade Térmica de Recipientes
Alguns recipientes de cozinha apresentam condutividade térmica apropriada para acondicionar e servir alimentos. O quadro contém a condutividade térmica $k$ de diferentes materiais.
Material
$k$ $(\text{kcal}/\text{h m }^\circ\text{C})$
I — Cobre
332,0
II — Alumínio
175,0
III — Ferro
40,0
IV — Vidro
0,65
V — Cerâmica
0,40
Considerando recipientes de mesma espessura, qual material é recomendado para manter o alimento aquecido por maior intervalo de tempo?
A)I.
B)II.
C)III.
D)IV.
E)V.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
E
Resolução
Para manter a comida quente, o recipiente deve deixar o calor escapar o mais devagar possível, ou seja, deve ser um mau condutor de calor.
Com a mesma espessura, quem conduz menos é quem tem a menor condutividade térmica $k$. Na tabela, é a cerâmica ($k=0{,}40$).
O cobre, campeão de condução, é ótimo para panela (esquentar rápido), mas péssimo para manter o alimento aquecido.
Q99
Eletricidade — Eletrodinâmica — Energia Fotovoltaica, Rendimento e Consumo
Na Alemanha, células solares com eficiência média de $15\%$ ocupavam uma área estimada de $170\text{ km}^2$. No cinturão solar brasileiro, a irradiância pode atingir $2200\text{ kWh/m}^2$ anuais. Considere ainda consumo médio residencial da ordem de $2000\text{ kWh}$ anuais.
O número de residências, em milhões, que poderiam ser abastecidas se fossem instalados, no cinturão solar brasileiro, painéis solares com área e eficiência equivalentes aos utilizados na Alemanha é mais próximo de:
A)2,3.
B)15.
C)28.
D)56,1.
E)187.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
C
Resolução
Vamos calcular quanta energia elétrica aqueles painéis gerariam por ano aqui.
A área é $170\text{ km}^2=170\times10^6\text{ m}^2$. Cada metro quadrado recebe $2200\text{ kWh}$ por ano, e só $15\%$ vira eletricidade:
$E=170\times10^6\cdot2200\cdot0{,}15\approx5{,}6\times10^{10}\text{ kWh}$ por ano.
Cada residência gasta $2000\text{ kWh}$ por ano:
$N=\dfrac{5{,}6\times10^{10}}{2000}\approx2{,}8\times10^{7}$, ou seja, cerca de $28$ milhões de residências.
A alternativa D ($56{,}1$) é a energia em bilhões de kWh: é quem esquece de dividir pelo consumo de cada casa.
Q100
Eletricidade — Eletrodinâmica — Corrente de Chuveiros e Bitola do Cabo
Serão instalados dois chuveiros elétricos que podem ser ligados simultaneamente, cada um com consumo de $5{,}5\text{ kW}$. A tensão disponível é $220\text{ V}$. Deve ser escolhido o cabo de menor área que suporte a corrente total.
Área de seção reta $(\text{mm}^2)$
Corrente máxima $(\text{A})$
0,5
12
1,5
23
2,5
31
6,0
54
16,0
100
A área de seção reta do cabo, em $\text{mm}^2$, deve ser:
A)0,5.
B)1,5.
C)2,5.
D)6,0.
E)16,0.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
D
Resolução
Cada chuveiro puxa uma corrente de
$i=\dfrac{P}{U}=\dfrac{5500}{220}=25\text{ A}$.
Como os dois podem estar ligados ao mesmo tempo, o cabo precisa aguentar $50\text{ A}$.
Na tabela, o cabo de $2{,}5\text{ mm}^2$ vai só até $31\text{ A}$ (não serve). O menor que suporta $50\text{ A}$ é o de $6{,}0\text{ mm}^2$, que aguenta até $54\text{ A}$.
Q101
Mecânica — Hidrodinâmica — Usina a Fio-d'Água e Correnteza
Para gerar energia elétrica em uma hidrelétrica é necessário integrar a vazão do rio, a quantidade de água disponível e os desníveis do relevo. Em uma unidade a fio-d’água, a geração ocorre com o fluxo de água do rio, com mínimo ou nenhum acúmulo do recurso hídrico.
Em uma região existem rios com potencial para geração de energia. No intuito de construir uma unidade a fio-d’água, a principal grandeza física desses rios que deve ser observada é o(a):
A)velocidade de correnteza maior.
B)deslocamento vertical do relevo maior.
C)área de seção transversal do leito menor.
D)volume de água por unidade de tempo menor.
E)quantidade de massa de água por unidade de tempo menor.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
A
Resolução
Numa usina a fio-d'água não há grande represa acumulando água nem grande desnível: a energia vem da própria correnteza do rio, que gira as turbinas.
Então a característica mais importante é o rio correr com velocidade maior, trazendo mais energia cinética por segundo.
As alternativas C, D e E pedem valores menores de vazão, o que é o contrário do que se quer. O desnível (B) é o que importa numa usina com barragem, que não é o caso aqui.
Q108
Ondulatória — Acústica — Componentes Harmônicas e Velocidade
As notas musicais são formadas pela superposição de várias ondas senoidais. A figura apresenta três componentes harmônicas e a composição resultante, construídas na mesma escala, para um instrumento sonoro.
Essas componentes harmônicas apresentam iguais:
A)amplitude e velocidade.
B)amplitude e frequência.
C)frequência e velocidade.
D)amplitude e comprimento de onda.
E)frequência e comprimento de onda.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
A
Resolução
Olhando a figura, as três componentes sobem e descem até a mesma altura: elas têm a mesma amplitude. O que muda entre elas é quantas oscilações cabem no mesmo trecho, ou seja, a frequência (e o comprimento de onda).
E a velocidade? Todas são ondas sonoras no mesmo meio, e a velocidade de uma onda depende do meio, não da frequência. Então elas têm a mesma velocidade.
Por isso: mesma amplitude e mesma velocidade. Frequência e comprimento de onda são justamente o que as diferencia.
Q120
Eletricidade — Eletrodinâmica — Consumo Mensal de Ferro Elétrico
Um ferro elétrico apresenta potência de $750\text{ W}$ e é utilizado, em média, $30\text{ min}$ por dia, durante 30 dias.
Qual é o valor mais próximo do consumo mensal de energia desse eletrodoméstico, em $\text{kWh}$?
A)0,87.
B)1,73.
C)3,45.
D)11,3.
E)22,5.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
D
Resolução
Passando tudo para as unidades da conta de luz: $750\text{ W}=0{,}75\text{ kW}$, e o tempo de uso no mês é $30\text{ min}\times30=15\text{ h}$.
Eletricidade — Eletrodinâmica — Ligação de Amperímetro e Voltímetro
Uma bateria real possui resistência interna $r$ e fornece tensão efetiva $V$ inferior à sua força eletromotriz. Para avaliar sua carga, deseja-se medir a corrente $i$ quando ligada a uma resistência $R$ e a tensão efetiva $V$.
De posse de um voltímetro, de um amperímetro e de uma resistência-teste $R$, a configuração adequada é:
A)Configuração A.
B)Configuração B.
C)Configuração C.
D)Configuração D.
E)Configuração E.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
A
Resolução
Aqui vale lembrar a regra de ouro dos medidores:
• o amperímetro entra em série, porque precisa que a corrente passe por dentro dele;
• o voltímetro fica em paralelo, "encostado" nos dois pontos cuja tensão se quer medir.
Então precisamos de um circuito em que a bateria alimente a resistência $R$ com o amperímetro no mesmo caminho da corrente, e o voltímetro ligado nos terminais da bateria (que, ligados a $R$, mostram a tensão efetiva $V$). A configuração que faz as duas coisas é a A.
Q122
Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência de Lâmpadas em Associação
Um conjunto de 30 lâmpadas idênticas é ligado em uma rede de $120\text{ V}$, resultando em corrente total de $4{,}5\text{ A}$. Ao retirar qualquer lâmpada, um terço das demais não acende.
Qual a potência nominal de cada lâmpada?
A)$4\text{ W}$.
B)$18\text{ W}$.
C)$55\text{ W}$.
D)$180\text{ W}$.
E)$540\text{ W}$.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
B
Resolução
A informação de que, ao tirar uma lâmpada, um terço das demais apaga serve para mostrar como elas estão ligadas: são 3 ramos em paralelo com 10 lâmpadas em série em cada um. Tirando uma, o seu ramo apaga (as outras 9 do ramo, cerca de um terço das 29 restantes).
Para a potência, basta a conta geral. O conjunto consome
$P=Ui=120\cdot4{,}5=540\text{ W}$.
Como as 30 lâmpadas são idênticas e trabalham nas mesmas condições, cada uma dissipa
$\dfrac{540}{30}=18\text{ W}$.
Q124
Mecânica — Dinâmica — Balanças na Lua e no Elevador
A balança de braços iguais (A) mede por comparação com massas de referência. A balança de plataforma (B) determina a massa indiretamente pela força de compressão aplicada pelo corpo sobre a plataforma. Ambas foram calibradas na superfície terrestre para indicar $5{,}0\text{ kg}$.
Situação 1: superfície lunar, com $g=1{,}6\text{ m/s}^2$. A balança A fornece $m_1$ e a B, $m_2$.
Situação 2: interior de um elevador subindo com aceleração de módulo $2\text{ m/s}^2$. A balança A fornece $m_3$ e a B, $m_4$.
Os resultados esperados são:
A)$m_1=5{,}0\text{ kg}$ e $m_2<5{,}0\text{ kg}$; $m_3=5{,}0\text{ kg}$ e $m_4>5{,}0\text{ kg}$.
B)$m_1=5{,}0\text{ kg}$ e $m_2=5{,}0\text{ kg}$; $m_3=5{,}0\text{ kg}$ e $m_4=5{,}0\text{ kg}$.
C)$m_1<5{,}0\text{ kg}$ e $m_2<5{,}0\text{ kg}$; $m_3=5{,}0\text{ kg}$ e $m_4=5{,}0\text{ kg}$.
D)$m_1=5{,}0\text{ kg}$ e $m_2=5{,}0\text{ kg}$; $m_3<5{,}0\text{ kg}$ e $m_4<5{,}0\text{ kg}$.
E)$m_1<5{,}0\text{ kg}$ e $m_2=5{,}0\text{ kg}$; $m_3>5{,}0\text{ kg}$ e $m_4=5{,}0\text{ kg}$.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
A
Resolução
As duas balanças "pensam" de jeitos diferentes.
Balança A (de braços iguais): ela compara a massa do corpo com massas padrão. Se a gravidade muda, muda igualmente dos dois lados, e o equilíbrio continua. Ela marca $5{,}0\text{ kg}$ na Lua e no elevador: $m_1=m_3=5{,}0\text{ kg}$.
Balança B (de plataforma): ela mede a força com que o corpo aperta a plataforma e converte isso em "kg" usando o $g$ da Terra.
• Na Lua, o corpo aperta menos ($g=1{,}6\text{ m/s}^2$), e a balança marca menos: $m_2<5{,}0\text{ kg}$.
• No elevador acelerando para cima, a normal precisa ser maior que o peso ($N=m(g+a)$), e a balança marca mais: $m_4>5{,}0\text{ kg}$.
Q125
Mecânica — Quantidade de Movimento — Colisão Inelástica Perpendicular
Um carro colidiu com uma van em um cruzamento a $90^\circ$. A van tem massa duas vezes maior que o carro. Depois da colisão, os dois veículos permaneceram grudados e se deslocaram a um ângulo de $45^\circ$ com a direção de suas velocidades iniciais. A velocidade da van imediatamente antes da colisão era $40\text{ km/h}$.
Qual o módulo da velocidade do carro, em $\text{km/h}$, imediatamente antes da colisão?
A)20.
B)$20\sqrt{2}$.
C)40.
D)$40\sqrt{2}$.
E)80.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
E
Resolução
Numa colisão, a quantidade de movimento total se conserva. Antes da batida, o carro (massa $m$) e a van (massa $2m$) andam em direções perpendiculares, então cada um contribui com uma componente.
Depois, os dois saem grudados a $45^\circ$. Uma direção de $45^\circ$ só acontece se as duas componentes forem iguais:
Faz sentido: o carro é mais leve, então precisa ser mais rápido para "empatar" com a van.
Q133
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Tempo de Propagação de Sinal de Rádio
Quando a sonda New Horizons atingiu sua máxima aproximação de Plutão, a distância até a Terra era de aproximadamente $5$ bilhões de quilômetros. As imagens eram enviadas por sinal de rádio, que se propaga aproximadamente à velocidade da luz, $3\times10^8\text{ m/s}$.
O valor mais próximo do tempo decorrido entre o envio de uma imagem pela sonda e sua recepção na Terra é:
A)$4{,}6\times10^3\text{ s}$.
B)$9{,}3\times10^3\text{ s}$.
C)$1{,}6\times10^1\text{ s}$.
D)$1{,}7\times10^4\text{ s}$.
E)$3{,}4\times10^4\text{ s}$.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
D
Resolução
O sinal de rádio viaja à velocidade da luz. Passando a distância para metros: $5$ bilhões de km $=5\times10^9\text{ km}=5\times10^{12}\text{ m}$.
Isso dá mais de 4 horas e meia para uma foto chegar de Plutão até aqui.
Q135
Física Moderna — Física Nuclear — Poder de Penetração da Radiação Alfa
As radiações ionizantes possuem energia suficiente para arrancar elétrons de átomos. Considere os seguintes tipos:
Radiação
Massa (u.m.a.)
Carga
Gama
0
0
Raios X
0
0
Alfa
4
+2
Elétrons
1/2000
−1
Nêutrons
1
0
Para uma mesma intensidade de radiação, a que tem o menor poder de penetração em tecidos é a radiação:
A)alfa.
B)gama.
C)raios X.
D)elétrons.
E)nêutrons.
Gabarito — ENEM 2021 — 2ª Aplicação — Caderno 6 Cinza
A
Resolução
Quanto mais uma radiação interage com a matéria, mais depressa ela perde energia e menos ela penetra.
A partícula alfa é a mais "pesada" e a mais carregada da lista (massa 4 e carga $+2$). Ela interage muito com os átomos que encontra e para em poucos centímetros de ar ou numa folha de papel. É a de menor poder de penetração.
No outro extremo, raios gama, raios X e nêutrons não têm carga e atravessam muito mais matéria.
