Prova PUC Goiás 2021/1 — Física com Gabarito e Resolução

06

Eletricidade — Eletrostática — Descargas atmosféricas

Por causa das condições climáticas particulares do Brasil, possuímos uma das maiores incidências de tempestades do Planeta. As nuvens (cúmulos-nimbo), das quais resultam esse fenômeno natural, apresentam-se em geral eletrizadas. Entre essas nuvens, entre partes de uma mesma nuvem ou, ainda, entre uma nuvem e o solo estabelecem-se campos elétricos que, por consequência, podem gerar descargas elétricas.

A respeito desse fenômeno e de seus desdobramentos para o eletromagnetismo, leia as assertivas a seguir:

O relâmpago origina-se do aquecimento do ar através do qual passa a descarga elétrica, o que causa uma onda sonora de grande amplitude.
A luz que acompanha o raio resulta da forte ionização do ar e é chamada de trovão.
Considerando que uma pessoa seja atingida por uma descarga elétrica de 1,2 · 10⁶ V e que sua resistência elétrica seja de 6 · 10⁵ Ω, a corrente elétrica que irá percorrer seu corpo será de 2 A.

Em relação às assertivas lidas, assinale a única alternativa que apresenta o(s) item(ns) correto(s):

A)I apenas.

B)II apenas.

C)II e III apenas.

D)III apenas.

Gabarito — Método TEF

D

Resolução

I. Falsa. O aquecimento abrupto do ar pela descarga produz uma onda sonora de grande amplitude — isso é o trovão, não o relâmpago.

II. Falsa. A luz emitida pela ionização do ar é o relâmpago; o texto troca os nomes dos dois fenômenos.

III. Verdadeira. Pela primeira lei de Ohm:

$i=\dfrac{U}{R}=\dfrac{1{,}2\times10^{6}}{6\times10^{5}}=2{,}0\text{ A}$.

17

Termologia — Transmissão de Calor — Efeito estufa

Nosso Planeta é afetado por vários problemas e questões ambientais, provocados por ações antrópicas.

A respeito desses problemas ambientais e sua relação com os princípios da Física, leia as assertivas a seguir:

Gases poluentes atmosféricos gerados principalmente pela queima de combustíveis fósseis são difundidos no ar pelo mecanismo de convecção térmica.
O calor de queimadas em matas e florestas, como forma de ampliar áreas para pasto ou agricultura, propaga-se dentro do tronco de uma árvore, preferencialmente, por convecção térmica.
A poluição de rios, lagos, mares e oceanos é provocada por despejos de esgotos e lixo, os quais são espalhados, em meio aquoso, por condução térmica.

Em relação às assertivas lidas, assinale a única alternativa que apresenta o(s) item(ns) correto(s):

A)I apenas.

B)II apenas.

C)II e III apenas.

D)III apenas.

Gabarito — Método TEF

A

Resolução

I. Verdadeira. O ar é um fluido: massas de ar aquecidas sobem e arrastam os poluentes, que se espalham por convecção.

II. Falsa. A madeira é um sólido — não há transporte de matéria dentro do tronco. A propagação ali é por condução.

III. Falsa. Esgoto e lixo se espalham por transporte de matéria (correntes de convecção e difusão), não por condução térmica.

35

Termologia — Termodinâmica — Máquinas térmicas

A partir da Revolução Industrial, inovações tecnológicas, como a máquina a vapor, começaram a substituir equipamentos que eram movidos à tração animal. Nesse período, a termodinâmica clássica surge como uma ferramenta conceitual para analisar e melhorar o desempenho das máquinas a vapor.

Considere uma máquina de Carnot operando entre duas fontes de calor a temperaturas de 100 °C e 300 °C e recebendo, a cada ciclo, 900 J de energia da fonte quente.

Dadas as condições apresentadas, assinale a única alternativa que indica o valor aproximado para o rendimento da máquina:

A)5%.

B)15%.

C)35%.

D)50%.

Gabarito — Método TEF

C

Resolução

Rendimento de Carnot depende só das temperaturas absolutas das fontes:

$T_F=100+273=373\text{ K}$ e $T_Q=300+273=573\text{ K}$.

$\eta=1-\dfrac{T_F}{T_Q}=1-\dfrac{373}{573}\approx0{,}35$.

$\eta\approx35\%$.

Os $900\text{ J}$ recebidos por ciclo não alteram o rendimento; serviriam apenas para calcular o trabalho, $\tau=\eta\,Q_Q\approx315\text{ J}$. Note ainda que usar as temperaturas em $^\circ$C levaria a $1-100/300\approx67\%$ — erro clássico.

40

Termologia — Transmissão de Calor — Efeito estufa

Leia o fragmento de texto sobre o efeito estufa:

De acordo com Ian Steadman, do site How We Get To Next, Eunice Foote descreveu a ação dos gases de efeito estufa em 1856 — sim, em meados do século 19, muito antes de o aquecimento global ser uma preocupação mundial, após conduzir alguns experimentos bastante simples. Eunice encheu alguns cilindros de vidro com gases diferentes, colocou-os ao sol e, depois, mediu a sua temperatura. E adivinhe qual resultou ser o mais quente?

Isso mesmo, Foote observou que o recipiente contendo dióxido de carbono foi o que absorveu mais calor e, quando descreveu seus achados em um artigo, a cientista aplicou o raciocínio ao mundo todo e concluiu que o acúmulo desses gases na atmosfera provavelmente teria sido responsável por períodos de aquecimento e resfriamento global. [...]

(Disponível em: https://www.tecmundo.com.br/ciencia/149678-sabia-mulher-1-descreveu-mecanismos-efeito-estufa.htm. Acesso em: 26 jan. 2020. Adaptado.)

A respeito da termodinâmica envolvida no experimento, analise as assertivas a seguir:

A elevação da temperatura do recipiente com dióxido de carbono, observada por Foote, evidencia que o calor específico dessa substância é maior que das demais que ela testou.
Considerando que são cilindros com volume fixo (não variáveis), o aumento de temperatura leva ao aumento da pressão interna.
Seria necessário retirar energia na forma de calor e/ou comprimir esses gases confinados nos cilindros para promover a liquefação deles.

Em relação às assertivas analisadas, assinale a única alternativa que apresenta o(s) item(ns) correto(s):

A)I e II apenas.

B)I, II e III.

C)II apenas.

D)II e III apenas.

Gabarito — Método TEF

D

Resolução

I. Falsa. O gás com maior calor específico é justamente o que menos se aquece para a mesma energia absorvida. O aquecimento maior do CO$_2$ mostra que ele absorve melhor a radiação infravermelha, não que seu calor específico seja maior.

II. Verdadeira. A volume constante (isocórica), $\dfrac{p}{T}=\text{constante}$: se $T$ aumenta, $p$ aumenta.

III. Verdadeira. Para liquefazer um gás é preciso retirar calor e/ou comprimi-lo, desde que abaixo da temperatura crítica.

51

Mecânica — Cinemática — Lançamento horizontal

Leia atentamente o texto a seguir:

Com avião, Austrália lança alimentos para animais afetados por incêndios

Na última semana, o governo enviou aeronaves para lançar mais de duas toneladas de cenouras e batatas-doces nos locais atingidos pelo fogo.

Sydney — As autoridades da Austrália estão utilizando aeronaves de pequeno porte para fazer o lançamento de milhares de quilos de tubérculos para animais famintos, como resultado da destruição de seu habitat pelos incêndios que assolam o país desde setembro do ano passado. [...]

(Disponível em: https://exame.com/mundo/com-aviao-australia-lanca-alimentos-para-animais-afetados-por-incendios/. Acesso em: 12 out. 2020.)

Desprezando a interferência do ar, considere que, no momento do lançamento dos tubérculos, o avião, utilizado na Austrália, está a 245 m de altura em relação ao solo e com velocidade horizontal de 180 km/h.

Adotando g = 10 m/s², assinale a única alternativa que corretamente indica a distância horizontal percorrida pelos alimentos entre o instante de lançamento e a chegada ao solo:

A)190 m.

B)240 m.

C)350 m.

D)410 m.

Gabarito — Método TEF

C

Resolução

Lançamento horizontal: os movimentos vertical e horizontal são independentes.

Vertical (queda livre a partir do repouso):

$H=\dfrac{g\,t^2}{2}\Rightarrow245=\dfrac{10\,t^2}{2}\Rightarrow t^2=49\Rightarrow t=7{,}0\text{ s}$.

Horizontal (MRU), com $v=180\text{ km/h}=50\text{ m/s}$:

$x=v\,t=50\cdot7{,}0=350\text{ m}$.

58

Mecânica — Trabalho e Energia — Energia liberada em explosão

Leia atentamente o fragmento do texto Tragédia de Beirute está entre as dez maiores explosões acidentais da história, de George Dvorsky, a seguir:

Analisando vídeos enviados às redes sociais, cientistas calcularam a força da explosão que devastou a cidade de Beirute em agosto, descobrindo que ela está entre as maiores não nucleares da história humana.

Quando um armazém no porto de Beirute, no Líbano, explodiu durante o verão no Hemisfério Norte, liberou o equivalente a entre 500 toneladas e 1,12 quilotoneladas de TNT, de acordo com uma nova pesquisa publicada na revista científica Shock Waves.

Isso é algo entre 3% e 7% da força produzida pela bomba atômica detonada em Hiroshima, que liberou uma energia de explosão igual a 15 quilotons de TNT. Consequentemente, a explosão em Beirute agora está entre as 10 maiores explosões não nucleares acidentais de todos os tempos. [...]

(DVORSKY, George. Tragédia de Beirute está entre as dez maiores explosões acidentais da história. Disponível em: https://gizmodo.uol.com.br/tragedia-de-beirute-esta-entre-as-dez-maiores-explosoes-acidentais-da-historia/. Acesso em: 13 out. 2020.)

O quiloton é uma unidade utilizada para quantificar a energia liberada em uma explosão e cada quiloton equivale a, aproximadamente, 4,2 · 10¹² J.

Considerando que houvesse a possibilidade de aproveitar a quantidade de energia que foi liberada na explosão da bomba atômica, marque a única alternativa que apresenta corretamente o tempo que um eletrodoméstico de especificações 220 V - 7000 W poderia permanecer ligado:

A)8,5 · 10⁸ h.

B)2,5 · 10⁶ h.

C)1,8 · 10⁷ h.

D)1,0 · 10¹⁰ h.

Gabarito — Método TEF

B

Resolução

Energia liberada pela bomba de $15$ quilotons:

$E=15\cdot4{,}2\times10^{12}=6{,}3\times10^{13}\text{ J}$.

Tempo de funcionamento com $P=7000\text{ W}$:

$\Delta t=\dfrac{E}{P}=\dfrac{6{,}3\times10^{13}}{7{,}0\times10^{3}}=9{,}0\times10^{9}\text{ s}$.

Convertendo para horas:

$\Delta t=\dfrac{9{,}0\times10^{9}}{3600}=2{,}5\times10^{6}\text{ h}$.

A tensão de $220\text{ V}$ é informação acessória — a potência já basta.