Provas Anteriores | ENEM 2022 · 1ª Aplicação | Física

Q92

Mecânica — Impulso e Quantidade de Movimento — Colisões

Em um autódromo, os carros podem derrapar em uma curva e bater na parede de proteção. Para diminuir o impacto de uma batida, pode-se colocar na parede uma barreira de pneus, isso faz com que a colisão seja mais demorada e o carro retorne com velocidade reduzida. Outra opção é colocar uma barreira de blocos de um material que se deforma, tornando-a tão demorada quanto a colisão com os pneus, mas que não permite a volta do carro após a colisão.

Comparando as duas situações, como ficam a força média exercida sobre o carro e a energia mecânica dissipada?

A)A força é maior na colisão com a barreira de pneus, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de blocos.

B)A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de pneus.

C)A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é a mesma nas duas situações.

D)A força é maior na colisão com a barreira de pneus, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de pneus.

E)A força é maior na colisão com a barreira de blocos, e a energia dissipada é maior na colisão com a barreira de blocos.

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

As duas colisões têm o mesmo intervalo de duração. Logo, pela relação entre impulso e força média, a maior força média ocorre onde o módulo da variação da quantidade de movimento é maior.

Na barreira de blocos, o carro para: o módulo da variação é $mv$.

Na barreira de pneus, o carro retorna em sentido oposto. Se volta com velocidade de módulo $u$, a variação tem módulo $m(v+u)$, maior que $mv$.

Portanto, a força média é maior na colisão com pneus.

Quanto à energia, a barreira de blocos deixa o carro em repouso, dissipando toda a energia cinética inicial. Com os pneus, o carro ainda retorna com energia cinética.

Alternativa A.

Q95

Ondas — Acústica — Propagação do Som

O sinal sonoro oriundo da queda de um grande bloco de gelo de uma geleira é detectado por dois dispositivos situados em um barco, sendo que o detector A está imerso em água e o B, na proa da embarcação. Sabe-se que a velocidade do som na água é de $1540\text{ m/s}$ e no ar é de $340\text{ m/s}$.

Os gráficos indicam, em tempo real, o sinal sonoro detectado pelos dois dispositivos, os quais foram ligados simultaneamente em um instante anterior à queda do bloco de gelo. Ao comparar pontos correspondentes desse sinal em cada dispositivo, é possível obter informações sobre a onda sonora.

Esquema do barco e da geleira com os gráficos dos sinais sonoros detectados na água e no ar

A)$339 000$

B)$78 900$

C)$14 400$

D)$5 240$

E)$100$

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Pelos gráficos, o sinal chega ao detector submerso cerca de $12\text{ s}$ antes do detector no ar.

Para a mesma distância $L$:

$t_{ar}=\dfrac{L}{340}$ e $t_{água}=\dfrac{L}{1540}$.

Assim:

$\dfrac{L}{340}-\dfrac{L}{1540}=12$.

$L\left(\dfrac{1}{340}-\dfrac{1}{1540}\right)=12$.

Daí, $L\approx5240\text{ m}$.

Alternativa D.

Q96

Óptica — Óptica Geométrica — Refração

Em 2002, um mecânico da cidade mineira de Uberaba (MG) teve uma ideia para economizar o consumo de energia elétrica e iluminar a própria casa num dia de sol. Para isso, ele utilizou garrafas plásticas PET com água e cloro, conforme ilustram as figuras.

Cada garrafa foi fixada ao telhado de sua casa em um buraco com diâmetro igual ao da garrafa, muito maior que o comprimento de onda da luz. Nos últimos dois anos, sua ideia já alcançou diversas partes do mundo e deve atingir a marca de 1 milhão de casas utilizando a “luz engarrafada”.

Que fenômeno óptico explica o funcionamento da “luz engarrafada”?

Fotografias da garrafa PET instalada no telhado e do ambiente iluminado pela luz engarrafada

A)Difração.

B)Absorção.

C)Polarização.

D)Reflexão.

E)Refração.

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Ao passar do ar para a água e depois da água para o ar, a luz muda sua velocidade e, em geral, sua direção de propagação.

Esse fenômeno é a refração. A geometria da garrafa com água distribui os raios luminosos pelo interior do ambiente.

Alternativa E.

Q99

Eletricidade — Eletrodinâmica — Lei de Ohm

A fim de classificar as melhores rotas em um aplicativo de trânsito, um pesquisador propõe um modelo com base em circuitos elétricos. Nesse modelo, a corrente representa o número de carros que passam por um ponto da pista no intervalo de $1\text{ s}$. A diferença de potencial (d.d.p.) corresponde à quantidade de energia por carro necessária para o deslocamento de $1\text{ m}$. De forma análoga à lei de Ohm, cada via é classificada pela sua resistência, sendo a de maior resistência a mais congestionada. O aplicativo mostra as rotas em ordem crescente, ou seja, da rota de menor para a de maior resistência.

Como teste para o sistema, são utilizadas três possíveis vias para uma viagem de A até B, com os valores de d.d.p. e corrente conforme a tabela.

Rota	d.d.p.	Corrente
1	510	4
2	608	4
3	575	3

Nesse teste, a ordenação das rotas indicadas pelo aplicativo será:

A)1, 2, 3.

B)1, 3, 2.

C)2, 1, 3.

D)3, 1, 2.

E)3, 2, 1.

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Pela analogia com a Lei de Ohm:

$R=\dfrac{U}{i}$.

Para as três rotas:

$R_1=\dfrac{510}{4}=127{,}5$;

$R_2=\dfrac{608}{4}=152$;

$R_3=\dfrac{575}{3}\approx191{,}7$.

Em ordem crescente de resistência:

$R_1<R_2<R_3$.

Alternativa A.

Q105

Mecânica — Cinemática — Lançamento Horizontal

Em um dia de calor intenso, dois colegas estão a brincar com a água da mangueira. Um deles quer saber até que altura o jato de água alcança, a partir da saída de água, quando a mangueira está posicionada totalmente na direção vertical.

O outro colega propõe então o seguinte experimento: eles posicionarem a saída de água da mangueira na direção horizontal, a $1\text{ m}$ de altura em relação ao chão, e então medirem a distância horizontal entre a mangueira e o local onde a água atinge o chão. A medida dessa distância foi de $3\text{ m}$, e a partir disso eles calcularam o alcance vertical do jato de água. Considere a aceleração da gravidade de $10\text{ m/s}^2$.

O resultado que eles obtiveram foi de:

A)$1{,}50\text{ m}$

B)$2{,}25\text{ m}$

C)$4{,}00\text{ m}$

D)$4{,}50\text{ m}$

E)$5{,}00\text{ m}$

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

No lançamento horizontal, a água cai $1\text{ m}$:

$1=\dfrac{10t^2}{2}$, portanto $t^2=\dfrac{1}{5}$.

Como o alcance horizontal é $3\text{ m}$:

$v=\dfrac{3}{t}$.

Elevando ao quadrado:

$v^2=\dfrac{9}{t^2}=45$.

Na orientação vertical, esse mesmo módulo é a velocidade inicial. No ponto mais alto, a velocidade se anula:

$v^2=2gH$.

$45=20H$, então $H=2{,}25\text{ m}$.

Alternativa B.

Q108

Mecânica — Dinâmica — Atrito Estático

Tribologia é o estudo da interação entre duas superfícies em contato, como desgaste e atrito. Para testar a conformidade de uma muleta, realiza-se um ensaio tribológico, pressionando-a verticalmente contra o piso com uma força $\vec F$.

Mantendo-se a força $\vec F$ paralela à muleta, varia-se lentamente o ângulo entre a muleta e a vertical, até o máximo ângulo imediatamente anterior ao de escorregamento, denominado ângulo crítico.

O esquema que representa corretamente todas as forças que atuam sobre a muleta quando ela atinge o ângulo crítico é:

Alternativas com diagramas de forças atuando sobre a muleta no ângulo crítico

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

As forças são:

• peso $\vec P$, aplicado no centro de massa e vertical para baixo;

• normal $\vec N$, aplicada no contato com o piso e vertical para cima;

• força externa $\vec F$, paralela à muleta e dirigida para baixo ao longo dela;

• atrito estático $\vec f_e$, horizontal no ponto de contato.

Como $\vec F$ possui componente horizontal para a esquerda, a tendência seria a base escorregar para a esquerda. O atrito estático se opõe a essa tendência e aponta para a direita.

O diagrama correspondente é o da alternativa E.

Q111

Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência Elétrica

O manual de uma ducha elétrica informa que seus três níveis de aquecimento apresentam as seguintes variações de temperatura da água em função de sua vazão:

Vazão	Morno	Quente	Superquente
$3\text{ L/min}$	$10\text{ °C}$	$20\text{ °C}$	$30\text{ °C}$
$6\text{ L/min}$	$5\text{ °C}$	$10\text{ °C}$	$15\text{ °C}$

Utiliza-se um disjuntor para proteger o circuito dessa ducha contra sobrecargas elétricas em qualquer nível de aquecimento. Por padrão, o disjuntor é especificado pela corrente nominal igual ao múltiplo de $5\text{ A}$ imediatamente superior à corrente máxima do circuito.

Considere que a ducha deve ser ligada em $220\text{ V}$ e que toda a energia é dissipada através da resistência do chuveiro e convertida em energia térmica transferida para a água, que apresenta calor específico de $4{,}2\text{ J/(g °C)}$ e densidade de $1000\text{ g/L}$.

O disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é especificado por:

A)$60\text{ A}$

B)$30\text{ A}$

C)$20\text{ A}$

D)$10\text{ A}$

E)$5\text{ A}$

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

O maior consumo ocorre no modo superquente. Para $3\text{ L/min}$:

$3\text{ L/min}=3000\text{ g/min}=50\text{ g/s}$.

A potência térmica transferida à água é:

$P=\dfrac{Q}{\Delta t}=\dfrac{mc\Delta T}{\Delta t}$.

$P=50\cdot4{,}2\cdot30=6300\text{ W}$.

Como $P=Ui$:

$i=\dfrac{6300}{220}\approx28{,}6\text{ A}$.

O múltiplo de $5\text{ A}$ imediatamente superior é $30\text{ A}$.

Alternativa B.

Q115

Mecânica — Gravitação — Órbitas Planetárias

Um Buraco Negro é um corpo celeste que possui uma grande quantidade de matéria concentrada em uma pequena região do espaço, de modo que sua força gravitacional é tão grande que qualquer partícula fica aprisionada em sua superfície, inclusive a luz.

Considere que o Sol foi instantaneamente substituído por um Buraco Negro com a mesma massa solar, de modo que o seu horizonte de eventos seja de aproximadamente $3{,}0\text{ km}$.

Após a substituição descrita, o que aconteceria aos planetas do Sistema Solar?

A)Eles se moveriam em órbitas espirais, aproximando-se sucessivamente do Buraco Negro.

B)Eles oscilariam aleatoriamente em torno de suas órbitas elípticas originais.

C)Eles se moveriam em direção ao centro do Buraco Negro.

D)Eles passariam a precessionar mais rapidamente.

E)Eles manteriam suas órbitas inalteradas.

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

A força gravitacional sobre um planeta é:

$F=\dfrac{GMm}{r^2}$.

A substituição mantém a massa central $M$ igual à massa do Sol. Para os planetas, cujas distâncias orbitais também são inicialmente as mesmas, a força gravitacional permanece igual.

Assim, a aceleração orbital não sofre alteração instantânea e os planetas mantêm suas órbitas.

Alternativa E.

Q118

Magnetismo — Campo Magnético — Fio Retilíneo com Corrente

O físico Hans C. Oersted observou que um fio transportando corrente elétrica produz um campo magnético. A figura ilustra um fio percorrido por uma corrente elétrica $i$, constante e com sentido para cima. Os pontos A, B e C estão num plano transversal e equidistantes do fio. Em cada ponto foi colocada uma bússola.

Considerando apenas o campo magnético por causa da corrente $i$, as respectivas configurações das bússolas nos pontos A, B e C serão:

Esquema do fio com corrente, pontos A B C, bússola e cinco alternativas de orientação

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Com o polegar da mão direita apontando no sentido da corrente, os dedos curvados indicam o sentido das linhas do campo magnético.

Essas linhas são circunferências ao redor do fio. Em cada ponto, o polo norte da bússola se orienta tangente à circunferência e no sentido do campo.

A única alternativa que apresenta simultaneamente as três orientações corretas é a D.

Q119

Eletricidade — Eletrodinâmica — Associação de Geradores

O quadro mostra valores de corrente elétrica e seus efeitos sobre o corpo humano.

Corrente elétrica	Dano físico
Até $10\text{ mA}$	Dor e contração muscular
De $10\text{ mA}$ até $20\text{ mA}$	Aumento das contrações musculares
De $20\text{ mA}$ até $100\text{ mA}$	Parada respiratória
De $100\text{ mA}$ até $3\text{ A}$	Fibrilação ventricular
Acima de $3\text{ A}$	Parada cardíaca e queimaduras

A corrente elétrica que percorrerá o corpo de um indivíduo depende da tensão aplicada e da resistência elétrica média do corpo humano. A pele seca apresenta resistência elétrica da ordem de $500\text{ kΩ}$, mas, se molhada, pode chegar a apenas $1\text{ kΩ}$.

Considere que um indivíduo com a pele molhada sofreu uma parada respiratória ao tocar simultaneamente nos pontos A e B de uma associação de duas baterias de $12\text{ V}$.

Qual associação de baterias foi responsável pelo acidente?

Cinco alternativas de associação de duas baterias entre os pontos A e B

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Para pele molhada:

$R=1\text{ kΩ}=1000\text{ Ω}$.

A parada respiratória ocorre para correntes entre $20\text{ mA}$ e $100\text{ mA}$.

Na associação A, as duas baterias estão em série e suas tensões se somam:

$U=12+12=24\text{ V}$.

Pela Lei de Ohm:

$i=\dfrac{24}{1000}=0{,}024\text{ A}=24\text{ mA}$.

Esse valor está na faixa de parada respiratória.

Alternativa A.

Q124

Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência e Rendimento

Em 2017, foi inaugurado, no estado da Bahia, o Parque Solar Lapa, composto por duas usinas e capaz de gerar cerca de $300\text{ GWh}$ de energia por ano. Considere que cada usina apresente potência igual a $75\text{ MW}$, com o parque totalizando uma potência instalada de $150\text{ MW}$.

Considere ainda que a irradiância solar média é de $1500\text{ W/m}^2$ e que a eficiência dos painéis é de $20\%$.

Nessas condições, a área total dos painéis solares que compõem o Parque Solar Lapa é mais próxima de:

A)$1\ 000\ 000\text{ m}^2$

B)$500\ 000\text{ m}^2$

C)$250\ 000\text{ m}^2$

D)$100\ 000\text{ m}^2$

E)$20\ 000\text{ m}^2$

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

A potência solar incidente em uma área $A$ é $I\cdot A$. Apenas $20\%$ é convertida em potência elétrica:

$P=\eta IA$.

$150\times10^6=0{,}20\cdot1500\cdot A$.

$A=\dfrac{150\times10^6}{300}=5{,}0\times10^5\text{ m}^2$.

Logo:

$A=500\ 000\text{ m}^2$.

Alternativa B.

Q126

Mecânica — Dinâmica — Movimento Circular

Um pai faz um balanço utilizando dois segmentos paralelos e iguais da mesma corda para fixar uma tábua a uma barra horizontal. Por segurança, opta por um tipo de corda cuja tensão de ruptura seja $25\%$ superior à tensão máxima calculada nas seguintes condições:

• O ângulo máximo atingido pelo balanço em relação à vertical é igual a $90°$;

• Os filhos utilizarão o balanço até que tenham uma massa de $24\text{ kg}$.

Além disso, ele aproxima o movimento do balanço para o movimento circular uniforme, considera que a aceleração da gravidade é igual a $10\text{ m/s}^2$ e despreza forças dissipativas.

Qual é a tensão de ruptura da corda escolhida?

A)$120\text{ N}$

B)$300\text{ N}$

C)$360\text{ N}$

D)$450\text{ N}$

E)$900\text{ N}$

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Do ponto extremo, a $90°$ da vertical, até o ponto mais baixo, a queda vertical é igual ao raio $R$.

Pela conservação da energia:

$mgR=\dfrac{mv^2}{2}$, então $v^2=2gR$.

No ponto mais baixo, as duas cordas dividem igualmente a tração. Se $T$ é a tensão em cada corda:

$2T-mg=\dfrac{mv^2}{R}$.

Como $v^2=2gR$:

$2T-mg=2mg$.

$2T=3mg$ e $T=\dfrac{3}{2}mg$.

$T=\dfrac{3}{2}\cdot24\cdot10=360\text{ N}$.

A corda deve romper apenas com tensão $25\%$ maior:

$T_r=1{,}25\cdot360=450\text{ N}$.

Alternativa D.

Q129

Termologia — Calorimetria — Calor Específico

A variação da incidência de radiação solar sobre a superfície da Terra resulta em uma variação de temperatura ao longo de um dia denominada amplitude térmica. Edificações e pavimentações realizadas nas áreas urbanas contribuem para alterar as amplitudes térmicas dessas regiões, em comparação com regiões que mantêm suas características naturais.

Desprezando os efeitos da evaporação e considerando que toda a radiação é absorvida, use os dados:

Material	Densidade	Calor específico
Água	$1000\text{ kg/m}^3$	$4{,}2\text{ J/(g °C)}$
Concreto	$2500\text{ kg/m}^3$	$0{,}8\text{ J/(g °C)}$

A razão entre as variações de temperatura nas áreas concretada e alagada é mais próxima de:

A)1,0.

B)2,1.

C)2,5.

D)5,3.

E)13,1.

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Para a mesma energia absorvida:

$Q=mc\Delta T$.

Como os volumes são iguais, $m=\rho V$. Logo:

$\Delta T=\dfrac{Q}{\rho Vc}$.

A razão é:

$\dfrac{\Delta T_{concreto}}{\Delta T_{água}}=\dfrac{\rho_{água}c_{água}}{\rho_{concreto}c_{concreto}}$.

$\dfrac{\Delta T_{concreto}}{\Delta T_{água}}=\dfrac{1000\cdot4{,}2}{2500\cdot0{,}8}=\dfrac{4200}{2000}=2{,}1$.

Alternativa B.

Q132

Astronomia — Sistema Terra-Sol — Estações do Ano

O eixo de rotação da Terra apresenta uma inclinação em relação ao plano de sua órbita em torno do Sol, interferindo na duração do dia e da noite ao longo do ano.

Uma pessoa instala em sua residência uma placa fotovoltaica, que transforma energia solar em elétrica. Ela monitora a energia total produzida por essa placa em quatro dias do ano, ensolarados e sem nuvens, e lança os resultados no gráfico.

Próximo a que região se situa a residência onde as placas foram instaladas?

Esquema da incidência solar na Terra em 21 de dezembro e gráfico de energia produzida pela placa fotovoltaica

A)Trópico de Capricórnio.

B)Trópico de Câncer.

C)Polo Norte.

D)Polo Sul.

E)Equador.

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

O gráfico mostra maior produção em janeiro e menor em julho. Isso indica que a residência está no hemisfério sul, onde o verão ocorre próximo de janeiro e o inverno próximo de julho.

Em torno de 21 de dezembro, a incidência solar direta ao meio-dia ocorre próxima ao Trópico de Capricórnio.

A forte variação sazonal mostrada no gráfico é compatível com uma região próxima a esse trópico.

Alternativa A.

Q133

Eletricidade — Eletrodinâmica — Geradores Reais

Uma lanterna funciona com três pilhas de resistência interna igual a $0{,}5\text{ Ω}$ cada, ligadas em série. Quando posicionadas corretamente, devem acender a lâmpada incandescente de especificações $4{,}5\text{ W}$ e $4{,}5\text{ V}$. Cada pilha na posição correta gera uma f.e.m. de $1{,}5\text{ V}$.

Uma pessoa, ao trocar as pilhas da lanterna, comete o equívoco de inverter a posição de uma das pilhas. Considere que as pilhas mantêm contato independentemente da posição.

Com esse equívoco, qual é a intensidade de corrente que passa pela lâmpada ao se ligar a lanterna?

A)$0{,}25\text{ A}$

B)$0{,}33\text{ A}$

C)$0{,}75\text{ A}$

D)$1{,}00\text{ A}$

E)$1{,}33\text{ A}$

Gabarito oficial — ENEM 2022 — 1ª Aplicação — Caderno 5 Amarelo

Resolução

Pelas especificações da lâmpada:

$P=\dfrac{U^2}{R}$.

$R_L=\dfrac{4{,}5^2}{4{,}5}=4{,}5\text{ Ω}$.

As três resistências internas estão em série:

$r_{eq}=3\cdot0{,}5=1{,}5\text{ Ω}$.

Com uma pilha invertida, a f.e.m. resultante é:

$\varepsilon_{eq}=1{,}5+1{,}5-1{,}5=1{,}5\text{ V}$.

A resistência total é:

$R_{tot}=4{,}5+1{,}5=6{,}0\text{ Ω}$.

Logo:

$i=\dfrac{1{,}5}{6{,}0}=0{,}25\text{ A}$.

Alternativa A.