O Texto 1 faz referência ao termo "ferver", que, na Física, pode significar mudança de fase da água para o vapor. O processo de mudança de fase dos materiais está diretamente relacionado com a pressão e a temperatura a que eles estão submetidos. Analise as alternativas abaixo e marque a correta:
- A: a ebulição ocorre a uma temperatura definida pela pressão, que é $100^\circ$C apenas ao nível do mar; ela não "começa" a $90^\circ$C e "termina" a $100^\circ$C, e não vale para qualquer ponto da superfície terrestre.
- B: nas condições normais ($1$ atm) a água ferve a $100^\circ$C. A $90^\circ$C só há evaporação superficial.
- C: no topo de uma montanha a pressão atmosférica é menor e a água ferve a uma temperatura inferior a $100^\circ$C. Partindo da mesma temperatura inicial, a água precisa receber menos calor sensível para atingir o ponto de ebulição, e o tempo até ferver é menor.
- D: durante a mudança de fase de uma substância pura, a temperatura permanece constante.
No Texto 2, temos menção a voo. Um dos meios de transporte mais rápidos desenvolvidos pelo ser humano é o transporte aéreo, que é capaz de percorrer grandes distâncias em poucas horas. Analise as afirmações a seguir:
- I - Para que um avião permaneça voando, é necessário que suas asas tenham uma forma mais plana na parte de baixo que na parte de cima.
- II - A força que mantém o avião em pleno voo é chamada de força de empuxo, que é devida à diferença de velocidades do ar em relação as asas. Essa velocidade é maior na parte de baixo e menor na parte de cima.
- III - De maneira semelhante a um avião em voo, um objeto que flutua na água também sofre uma força de empuxo. A força de empuxo que mantém um navio flutuando decorre da diferença de pressão entre dois pontos na água.
Em relação às proposições analisadas, assinale a única alternativa cujos itens estão corretos:
- I é verdadeiro. O perfil da asa é aproximadamente plano na parte inferior e curvo na superior, o que faz o ar passar mais rápido por cima.
- II é falso. Pela equação de Bernoulli, onde a velocidade do ar é maior a pressão é menor. A velocidade é maior em cima da asa e menor embaixo; a diferença de pressão resulta em força para cima. A afirmativa inverte as velocidades.
- III é verdadeiro. O empuxo sobre um corpo imerso resulta da diferença de pressão entre a parte inferior (maior profundidade) e a superior do corpo: $E=\rho_{liq}Vg$.
No segmento do Texto 5 "...sentiu o impulso de comprar um ovo fresco." A palavra destacada em negrito não tem, na Física, o mesmo significado que tem nesse contexto. Na Física, o impulso está relacionado a uma força e ao tempo de aplicação dessa força. Em relação a essa grandeza, analise as afirmativas abaixo:
- I - Considere uma bola de tênis rebatida na mesma direção e com sentido contrário ao seu movimento inicial. Se as velocidades da bola imediatamente antes e depois do contato com a raquete tiverem o mesmo valor, o impulso da força exercida pela raquete sobre a bola durante o contato será nulo.
- II - Na colisão de um carro, a velocidade pode ser reduzida bruscamente num intervalo de tempo muito curto. Essa variação pode causar sérios danos às pessoas, o que pode ser minimizado com o uso do air bag. Numa colisão, a função principal do air bag é diminuir o valor da força média sobre as pessoas, aumentando o tempo de duração do efeito dessa força. De maneira semelhante, um colchão de ar pode ser usado para amortecer a queda de uma pessoa. Considere uma pessoa de $80$ quilos, inicialmente em repouso, caindo verticalmente de uma altura de $20$ metros em relação à superfície de um colchão de ar. Desprezando-se a resistência do ar, o valor do impulso da força resultante sobre a pessoa durante o contato com o colchão, até atingir o repouso pela primeira vez, é de $1.600$ N·s. Dado: $g=10\ \text{m/s}^2$.
- III - Uma pequena esfera de massa $m=7$ g descreve um movimento circular com raio constante em um plano horizontal. Num determinado instante, a velocidade da esfera tem um valor de $3$ m/s e, após percorrer $\frac34$ da trajetória, o valor de sua velocidade é de $4$ m/s. O valor do impulso da força resultante sobre a esfera durante esse deslocamento é $3{,}5\times10^{-2}$ kg·m/s.
- IV - Se a resultante das forças externas exercidas em um sistema for nula, a quantidade de movimento linear total desse sistema também será nula.
Em relação às alternativas analisadas, assinale a única cujos itens estão todos corretos:
O teorema do impulso diz que $\vec I=\Delta\vec Q=m\,\Delta\vec v$.
- I é falso. A velocidade inverte o sentido, $\Delta v=v-(-v)=2v\neq0$, de modo que $I=2mv\neq0$.
- II é verdadeiro. A queda de $20$ m dá $v=\sqrt{2gh}=\sqrt{400}=20$ m/s. Do contato até o repouso, $I=m\Delta v=80\cdot20=1600$ N·s. O air bag e o colchão aumentam $\Delta t$ e reduzem a força média, $F=I/\Delta t$.
- III é verdadeiro. Após $\frac34$ de volta, os vetores velocidade são perpendiculares: $|\Delta\vec v|=\sqrt{3^2+4^2}=5$ m/s. Logo $I=0{,}007\cdot5=3{,}5\cdot10^{-2}$ kg·m/s.
- IV é falso. Resultante externa nula significa que a quantidade de movimento total se conserva (é constante), não que seja nula.
No fragmento do Texto 6 "[...] voos sobre o território dos Aruguas para jogar presentes retirados dos Armazéns Proibidos [...]", temos referência a voo com arremesso ou abandono de objetos. O princípio físico que explica o voo dos balões é relativamente simples. Quando uma massa de ar é aquecida, ela se dilata e, consequentemente, diminui a sua densidade. Retido na malha dos balões, o ar aquecido forma uma "bolha" menos densa que o ar do ambiente. A força de empuxo sobre o balão é maior que a força peso. Assim, o balão sobe. Desprezando-se a resistência do ar, analise as alternativas a seguir e marque a correta.
Dado: aceleração da gravidade $=10\ \text{m/s}^2$
- A: a bolsa é solta com velocidade inicial de $7{,}2$ km/h $=2$ m/s para cima. Em $y=500+2t-5t^2=0$, resulta $t\approx10{,}2$ s, e não $50$ s.
- B: a queda é determinada pela componente vertical, inicialmente nula: $500=\dfrac{10t^2}{2}\Rightarrow t=10$ s. Os $14{,}4$ km/h horizontais não alteram o tempo de queda, e não são $100$ s.
- C: no caso A a bolsa só tem movimento vertical, sem componente horizontal. Visto do solo, o movimento é retilíneo vertical, não uma parábola.
- D: no caso B, a bolsa mantém a velocidade horizontal do balão ($4$ m/s) enquanto cai com aceleração $g$. A composição de MRU na horizontal com MRUV na vertical, vista do solo, é um arco de parábola.
No Texto 7, temos referência às tevês, aparelhos que utilizam telas nas quais se visualizam imagens. Atualmente, utilizam-se telas modernas, como as de plasma ou LED; mas em aparelhos antigos a imagem pode ser gerada por tubos de imagens, nos quais partículas se movem sob a ação de campos elétricos e magnéticos. Para determinado observador, uma partícula de massa desprezível e carga negativa $q=-7\times10^{-6}$ C é lançada horizontalmente para a direita, a uma velocidade de $20$ m/s, numa região onde existe campo elétrico e campo magnético uniformes. Sabe-se que o campo elétrico uniforme é de $6{,}4\times10^{3}$ N/C verticalmente para baixo. Considerando-se somente as ações do campo elétrico e magnético, para que a partícula não sofra desvio, ou seja, para que ela percorra uma trajetória retilínea, o campo magnético deve ser de (assinale a alternativa correta):
Módulo. Trajetória retilínea com velocidade constante exige que a força elétrica e a magnética se cancelem: $|q|E=|q|vB$, logo
$$B=\frac Ev=\frac{6{,}4\cdot10^{3}}{20}=320\ \text{T}.$$Direção e sentido. A carga é negativa, então a força elétrica tem sentido oposto ao de $\vec E$: aponta para cima. A força magnética deve apontar para baixo. Com $\vec v$ para a direita ($+x$) e vertical $y$, tomando $+z$ em direção ao observador:
$$\vec F_m=q\,\vec v\times\vec B.$$Para $\vec B=-B\hat z$ (afastamento do observador): $\hat x\times(-\hat z)=+\hat y$, e multiplicando pela carga negativa a força fica $-\hat y$, para baixo, como requerido. O campo magnético é perpendicular à velocidade e ao campo elétrico; um campo vertical não resolveria, pois produziria força perpendicular a ele.
No Texto 8, temos referência a vaga-lumes, que podem produzir efeitos luminosos. Podemos, ao produzir efeitos luminosos, transformar energia elétrica em térmica, como no caso das lâmpadas incandescentes. Considere uma lâmpada de $100$ W indicada para funcionar normalmente em uma rede de $220$ V. Essa mesma lâmpada é levada para outra cidade e ligada em outra rede cuja tensão é de $110$ V. Considerando-se que a resistência da lâmpada não mude e comparando-se o seu desempenho ao de outra lâmpada idêntica ligada a uma rede de $220$ V, pode-se afirmar que (marque a alternativa correta):
A resistência da lâmpada, obtida dos dados nominais ($100$ W em $220$ V):
$$R=\frac{U^2}{P}=\frac{220^2}{100}=484\ \Omega.$$Ligada a $110$ V, com $R$ constante:
$$i=\frac{U}{R}=\frac{110}{484}=\frac{5}{22}\ \text{A},\qquad P=\frac{U^2}{R}=\frac{110^2}{484}=25\ \text{W}.$$A potência varia com o quadrado da tensão: metade da tensão dá um quarto da potência, e a lâmpada brilha menos. Os $100$ W indicados valem só na tensão nominal.