EMESCAM 2012.1.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Escola Superior de Ciências da Santa Casa de Misericórdia de Vitória
Vestibular de Medicina — 1º semestre de 2012 · Prova de Física (Q26–34) — resolução comentada Método TEF.
Instituição EMESCAM
Processo seletivo Medicina — 1º semestre de 2012
Prova 40 questões objetivas (Processo Seletivo 2012/1 – Medicina; o caderno não traz gabarito oficial: as alternativas assinaladas em vermelho no caderno conferem com a resolução)
Física Questões 26–34
Q26
Impulso e quantidade de movimento — Tempo de colisão e força média — Queda com pernas flexionadas
Quando uma pessoa pula de um local alto e cai em pé, suas pernas sofrem um grande impacto ao tocar no solo. Para minimizar os efeitos do pulo em seu corpo, a pessoa pode flexionar as pernas no momento que toca o solo. Qual das alternativas abaixo explica o efeito benéfico desse procedimento?
A)A flexão das pernas torna o choque do corpo com o solo perfeitamente elástico, conservando constante a energia cinética do sistema.
B)Ao flexionar as pernas, a pessoa transfere uma quantidade menor de movimento ao solo e assim sofre um esforço menor.
C)A terceira lei de Newton deixa de ser válida, pois a reação no corpo passa a ser menor que a ação no solo.
D)A flexão das pernas, sendo feita de forma adequada, torna a desaceleração constante, suavizando a queda.
E)A flexão das pernas aumenta o intervalo de tempo da colisão da pessoa com o solo, diminuindo a força média que o solo faz na pessoa.
Gabarito
E
Resolução
A variação da quantidade de movimento é a mesma nos dois casos: a pessoa chega com velocidade $v$ e para. Pelo teorema do impulso, $F_m\,\Delta t=\Delta Q$, logo $F_m=\dfrac{\Delta Q}{\Delta t}$. Flexionando as pernas, o intervalo $\Delta t$ da colisão aumenta e a força média diminui.
As outras: A) a colisão continua inelástica, e a energia cinética não se conserva; B) a quantidade de movimento transferida ao solo é a mesma; C) a terceira lei vale sempre, e ação e reação têm o mesmo módulo; D) a desaceleração não é necessariamente constante e isso não explica a redução da força.
Q27
Cinemática e dinâmica — MRUV e segunda lei de Newton — Trenó de Stapp
John Paul Stapp, nascido em 11 de julho de 1910, Bahia, Brasil, Ph. D., médico, e coronel da Força Aérea dos Estados Unidos, foi um pioneiro nos estudos dos efeitos das forças de aceleração e desaceleração no organismo humano. Na época, Stapp tornou-se conhecido como o "homem mais rápido da terra". Viajando no trenó pessoalmente, Stapp demonstrou que um ser humano pode suportar aproximadamente 45g (440 m/s²) voltado à frente, desde que adequadamente fixado, sendo g a aceleração da gravidade na superfície da Terra. Esta é a maior aceleração conhecida experimentada voluntariamente por um homem.
[Adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/John_Paul_Stapp#Lei_de_Stapp]
Suponha que um homem de 80 kg partindo do repouso seja submetido a aceleração constante de 440 m/s² durante 2 segundos numa trajetória em linha reta. Qual das alternativas abaixo representa corretamente, respectivamente, a velocidade final do homem, o espaço percorrido por ele e a força resultante sobre ele?
A)440 m/s, 880 m e 35200 N
B)880 m/s, 880 m e 35200 N
C)880 m/s, 440 m e 35200 N
D)880 m/s, 880 m e 40000 N
E)440 m/s, 880 m e 40000 N
Gabarito
B
Resolução
Partindo do repouso com aceleração constante:
$v=at=440\times2=880$ m/s.
$\Delta s=\dfrac12at^2=\dfrac12\times440\times2^2=880$ m.
$F=ma=80\times440=35\,200$ N.
Q28
Propagação do calor — Condução térmica (lei de Fourier) — Crioterapia
A crioterapia (terapia do gelo ou utilização do gelo nas lesões) é muito utilizada nas afecções traumáticas, principalmente nas lesões musculoesqueléticas. Ela pode ser chamada de uma modalidade terapêutica, já que é muito utilizada nas reabilitações e na medicina esportiva. Considere uma bolsa plástica que contém gelo em seu ponto de fusão e suponha que a área de contato da bolsa com o corpo de um paciente corresponde a um quadrado de 10 centímetros de lado. A condutividade térmica do plástico é de $0{,}2\ \dfrac{\text{W}}{\text{m K}}$ e sua espessura é igual a 0,5 mm. Sabendo-se que o paciente está à temperatura constante de 36 °C, podemos afirmar que a quantidade de calor perdida pelo seu corpo para o gelo em 5 minutos de tratamento é de:
A)23200 J
B)33200 J
C)43200 J
D)53200 J
E)63200 J
Gabarito
C
Resolução
O gelo em fusão está a 0 °C, então $\Delta T=36$ °C. Pela lei de Fourier, o fluxo é $\Phi=\dfrac{kA\,\Delta T}{L}$, com $A=(0{,}10)^2=0{,}01$ m² e $L=0{,}5\times10^{-3}$ m:
$\Phi=\dfrac{0{,}2\times0{,}01\times36}{0{,}5\times10^{-3}}=144$ W.
Em $t=5\times60=300$ s: $Q=\Phi\,t=144\times300=43\,200$ J.
Q29
Termologia — Condutividade térmica e calor específico — Sensação térmica e aquecimento
Numa aula de Física Experimental para alunos do curso de Medicina, o professor propôs dois experimentos. No primeiro os alunos deveriam tocar em vários objetos presentes na sala e avaliar a sensação térmica através do tato. Mesmo sabendo que todos os objetos da sala estavam em equilíbrio térmico os metais apresentaram mais sensação de frio que os objetos de plástico. No segundo experimento eles deveriam medir os intervalos de tempo para aquecer um quilograma de água e comparar com o tempo para aquecer um quilograma de alumínio nas mesmas condições experimentais, iniciando da temperatura ambiente até 100 graus Celsius. Apesar das massas serem iguais o alumínio foi aquecido de forma bem mais rápida do que a água. Estes resultados podem ser explicados pela seguinte alternativa:
A)Os metais têm resistências térmicas menores do que o plástico e a água.
B)Os metais têm calores específicos maiores do que a água e condutividades térmicas maiores do que o plástico.
C)Os metais sofrem mais expansão térmica do que os outros materiais, tais como a água e o plástico.
D)Os metais têm condutividades térmicas maiores do que o plástico e calores específicos menores do que a água.
E)Os metais têm condutividades térmicas menores do que o plástico e calores específicos menores do que a água.
Gabarito
D
Resolução
Primeiro experimento: o metal conduz calor melhor que o plástico, então retira calor da mão com mais rapidez, e por isso parece mais frio, mesmo à mesma temperatura. Isso indica condutividade térmica maior.
Segundo experimento: $Q=mc\,\Delta T$. Com a mesma massa e a mesma variação de temperatura, o alumínio ($c\approx0{,}22$ cal/g°C) precisa de bem menos calor que a água ($c=1{,}0$ cal/g°C), então esquenta mais rápido. Isso indica calor específico menor.
Os dois resultados juntos dão a alternativa D.
Q30
Hidrostática e trabalho — Empuxo e peso aparente — Hidroterapia
Atualmente as atividades aquáticas com fins terapêuticos são utilizadas pelas mais diversas áreas. Educadores físicos, fisioterapeutas, terapeutas ocupacionais, fisiatras, ortopedistas e reumatologistas, neurologistas, cardiologistas, geriatras, pediatras, endocrinologistas, nutricionistas, psiquiatras, psicólogos e pedagogos indicam aos seus alunos e pacientes banhos de imersão e atividades aquáticas como a natação, hidroginástica e hidroterapia. As atividades realizadas no meio líquido podem ter caráter preventivo ou terapêutico.
[Adaptado de http://www.pucrs.br/reabilitacao/fisio-aqua.php]
Considere a aceleração da gravidade como sendo 10 m/s², a densidade da água como igual a $1{,}0\times10^{3}$ kg/m³ e que o paciente fica totalmente imerso na água. O esforço de levantar o próprio corpo dentro da água é menor e assim o tratamento pode ser indicado para pacientes com algum tipo de limitação física. Podemos afirmar que o trabalho físico exercido por um paciente de massa 90 kg e densidade $1{,}2\times10^{3}$ kg/m³, para levantar seu próprio corpo num deslocamento de 0,5 m de altura dentro da água com velocidade constante, é dado por:
A)75 J
B)95 J
C)115 J
D)135 J
E)155 J
Gabarito
A
Resolução
Volume do paciente: $V=\dfrac{m}{\rho}=\dfrac{90}{1{,}2\times10^{3}}=0{,}075$ m³.
Peso: $P=mg=900$ N. Empuxo: $E=\rho_{\text{água}}\,V\,g=1\,000\times0{,}075\times10=750$ N.
Com velocidade constante, a força que o paciente faz completa o que falta ao empuxo: $F=P-E=900-750=150$ N.
Trabalho: $W=F\,d=150\times0{,}5=75$ J.
Q31
Óptica — Lentes esféricas e índice de refração relativo — Lente biconvexa em dois líquidos
Considere duas lentes de vidro, biconvexas, imersas em dois recipientes, contendo respectivamente dois líquidos diferentes com índices de refração $n_A$ e $n_B$, como é mostrado na figura abaixo. Observando os trajetos dos raios luminosos, podemos concluir corretamente que:
A)$n_A \lt n_{vidro} \lt n_B$
B)$n_A \lt n_{vidro} \gt n_B$
C)$n_A \gt n_{vidro} \lt n_B$
D)$n_A = n_{vidro} \lt n_B$
E)$n_A \gt n_{vidro} \gt n_B$
Gabarito
A
Resolução
O comportamento de uma lente depende do índice relativo $n_{vidro}/n_{meio}$. Uma lente biconvexa de índice maior que o do meio é convergente; se o índice for menor que o do meio, ela se torna divergente.
Em A os raios paralelos convergem: $n_{vidro}\gt n_A$.
Em B os raios paralelos divergem: $n_{vidro}\lt n_B$.
Juntando as duas relações, $n_A\lt n_{vidro}\lt n_B$.
Q32
Eletrodinâmica — Leis de Kirchhoff — Circuito com três fontes e seis resistores
Os equipamentos eletromédicos são de uso cada vez mais frequente no ambiente hospitalar. Particularmente na sala de cirurgia, o paciente é conectado a inúmeros deles, pois são muito úteis ao anestesiologista e à equipe cirúrgica. O risco de acidentes elétricos em pacientes anestesiados aumentou consideravelmente nos últimos anos, e são descritos em várias estatísticas, com maior ou menor incidência. O Bisturi elétrico é um equipamento que, a partir da energia elétrica alternada comum de baixa freqüência (60 Hz), gera correntes elétricas de altíssimas frequências e voltagens elevadas e pode ser usada na modalidade coagulação ou na de corte.
[Adaptado de http://www.rbaonline.com.br/files/rba/jan92091.pdf]
Para entender o funcionamento de um circuito elétrico, considere o circuito de corrente contínua abaixo com três fontes, cada uma com tensão de 100 Volts e seis resistores de resistências iguais a 20 Ohms. Podemos afirmar que as correntes indicadas na figura valem respectivamente:
A)$i_1=\dfrac{6}{11}$ A, $i_2=\dfrac{24}{11}$ A e $i_3=\dfrac{30}{11}$ A
B)$i_1=\dfrac{8}{11}$ A, $i_2=\dfrac{27}{11}$ A e $i_3=\dfrac{35}{11}$ A
C)$i_1=\dfrac{10}{11}$ A, $i_2=\dfrac{30}{11}$ A e $i_3=\dfrac{40}{11}$ A
D)$i_1=\dfrac{12}{11}$ A, $i_2=\dfrac{33}{11}$ A e $i_3=\dfrac{45}{11}$ A
E)$i_1=\dfrac{14}{11}$ A, $i_2=\dfrac{36}{11}$ A e $i_3=\dfrac{50}{11}$ A
Gabarito
C
Resolução
Pela figura, o ramo da esquerda tem três resistores (em AB, AF e FE) e uma fonte: $R_1=60\ \Omega$. O ramo do meio tem um resistor e uma fonte: $R_2=20\ \Omega$. O da direita tem dois resistores (em BC e DE) e uma fonte: $R_3=40\ \Omega$. Todas as fontes são de 100 V.
Nó B: $i_3=i_1+i_2$.
Malha esquerda–meio: $100-60\,i_1=100-20\,i_2$, então $i_2=3\,i_1$ e $i_3=4\,i_1$.
Malha meio–direita: $100-20\,i_2=40\,i_3-100$, então $200=20\,(3i_1)+40\,(4i_1)=220\,i_1$.
Daí $i_1=\dfrac{10}{11}$ A, $i_2=\dfrac{30}{11}$ A e $i_3=\dfrac{40}{11}$ A, que satisfazem $i_3=i_1+i_2$.
Q33
Ondulatória — Propriedades gerais das ondas — Alternativa incorreta
Na física, uma onda é uma perturbação oscilante de alguma grandeza no espaço e periódica no tempo. A oscilação espacial é caracterizada pelo comprimento de onda, e a periodicidade no tempo é medida pela frequência da onda, que é o inverso do seu período. Estas duas grandezas estão relacionadas pela velocidade de propagação da onda. Sobre as ondas, assinale abaixo a única alternativa incorreta:
A)As ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo sendo seus comprimentos inversamente proporcionais às respectivas frequências de oscilação.
B)As ondas, por não serem formadas por partículas materiais, não transportam nem massa e nem energia.
C)Uma onda estacionária pode ser gerada pela interferência entre duas ondas idênticas propagando-se em sentidos opostos.
D)O efeito Doppler consiste em alterações das frequências de uma onda devido a movimentos da fonte ou do detector.
E)Todas as ondas eletromagnéticas são ondas transversais formadas por campos elétricos e magnéticos perpendiculares entre si e também perpendiculares à direção de propagação.
Gabarito
B
Resolução
A) Correta: no vácuo $c=\lambda f$, com $c$ constante, então $\lambda$ é inversamente proporcional a $f$.
B) Incorreta: ondas transportam energia (a luz do Sol, o som, as ondas do mar), mas não transportam matéria. Dizer que não transportam energia é o erro. Esta é a alternativa pedida.
C) Correta: duas ondas idênticas em sentidos opostos formam ondas estacionárias.
D) Correta: é a definição do efeito Doppler.
E) Correta: as ondas eletromagnéticas são transversais, com $\vec E\perp\vec B\perp$ direção de propagação.
Q34
Estática — Equilíbrio de um ponto e lei dos senos — Triângulo de forças
Os vetores e a geometria são "ferramentas matemáticas" muito usadas no estudo da estática aplicada ao equilíbrio do corpo humano. Quando a soma de três forças que atuam num ponto do corpo for nula, os vetores correspondentes formam um triângulo como é mostrado na figura abaixo. Os ângulos $\beta$, $\alpha$ e $\theta$ são opostos respectivamente aos lados correspondentes aos módulos dos vetores $\vec F_1$, $\vec F_2$ e $\vec F_3$. Sabendo-se que os módulos das forças ou lados do triângulo se relacionam da forma $F_1=F_2=0{,}75\,F_3$, podemos afirmar que a relação correta entre os ângulos é:
