Processo Seletivo 2013-2 · Prova aplicada em 19/05/2013 · Física — questões 41 a 50.
Q41
Física Moderna — Energia de Fótons e Fotossíntese
O texto a seguir deverá ser utilizado para responder às questões 41 e 42.
A fotossíntese é um processo pelo qual as plantas e alguns micro-organismos utilizam energia luminosa para produzir carboidratos, de acordo com a equação química não balanceada a seguir.
Nas plantas, a fotossíntese ocorre nos cloroplastos devido à absorção da luz. Em laboratório, é possível reproduzir a fotossíntese empregando luz vermelha monocromática $(\lambda=700\,\text{nm})$. Nesse processo, 8 fótons são consumidos para cada molécula de dióxido de carbono.
Quantos fótons, em mols, são necessários para consumir 1 mol de $CO_2$ e qual é o carboidrato produzido nesse processo?
A)48 mol e clorofila.
B)48 mol e glicose.
C)8 mol e glicose.
D)6 mol e celulose.
E)6 mol e clorofila.
Gabarito — UFG 2013-2
C
Resolução
Para cada molécula de $CO_2$, são consumidos 8 fótons. Portanto, para 1 mol de $CO_2$, são necessários 8 mol de fótons.
O carboidrato produzido é a glicose, $C_6H_{12}O_6$.
Alternativa correta: C
Q42
Física Moderna — Energia da Radiação
A quantidade de energia, em joule, fornecida para a produção de 1 mol desse carboidrato é, aproximadamente:
Dados: $h=6{,}6\times10^{-34}\,\text{J·s}$, $c=3{,}0\times10^8\,\text{m/s}$ e $N_A=6{,}0\times10^{23}\,\text{mol}^{-1}$.
A)$8{,}1\times10^6$
B)$2{,}8\times10^{-19}$
C)$2{,}6\times10^4$
D)$1{,}7\times10^4$
E)$1{,}4\times10^{-17}$
Gabarito — UFG 2013-2
A
Resolução
Para formar uma molécula de glicose, são consumidas 6 moléculas de $CO_2$, portanto 48 fótons.
A energia de um fóton é $E=hc/\lambda\approx2{,}8\times10^{-19}\,\text{J}$.
Para 1 mol de glicose:
$E_T=48N_AE\approx8{,}1\times10^6\,\text{J}$.
Alternativa correta: A
Q43
Óptica Geométrica — Espelho Côncavo
O sistema óptico encontrado no farol de um automóvel é constituído por um espelho côncavo e uma lâmpada posicionada sobre o seu eixo de simetria. Considerando-se que o feixe de luz proveniente desse farol seja divergente, a posição da lâmpada deve ser
A)sobre a posição focal.
B)entre a posição focal e o centro de curvatura.
C)entre o vértice e a posição focal.
D)após o centro de curvatura.
E)sobre a posição do centro de curvatura.
Gabarito — UFG 2013-2
C
Resolução
Quando a fonte luminosa está entre o vértice e o foco de um espelho côncavo, os raios refletidos formam um feixe divergente.
Alternativa correta: C
Q44
Óptica da Visão — Olho do Anableps
Anableps, um animal aquático, possui a capacidade incomum de ver acima e abaixo da superfície da água simultaneamente. O seu olho é adaptado para essa finalidade e funciona como dois olhos em um único globo ocular, cujo corte transversal é mostrado a seguir.
Figura: Corte transversal do olho do peixe Anableps (imagem a inserir).
Que adaptação física ocorrida no olho desse animal aquático explica o fenômeno relatado?
A)O achatamento do cristalino.
B)A duplicidade da córnea.
C)A circularidade do cristalino.
D)A curvatura da retina.
E)O achatamento da córnea.
Gabarito — UFG 2013-2
B
Resolução
O olho apresenta duas regiões ópticas distintas na córnea, adaptadas aos diferentes índices de refração do ar e da água.
Essa duplicidade permite formar imagens adequadas dos dois meios simultaneamente.
Alternativa correta: B
Q45
Oscilações — Dissipação de Energia
Um pêndulo é posto para oscilar quando sua haste forma um ângulo reto com a vertical. Após seis oscilações, o ângulo de amplitude máxima é de 60° com a vertical, conforme ilustrado na figura.
Figura: Pêndulo nas amplitudes inicial de 90 graus e final de 60 graus (imagem a inserir).
Considerando-se que, a cada oscilação completa, a taxa de perda de energia pelo sistema seja constante, o valor dessa taxa será então de:
A)$12^{-1}$
B)$1-2^{-1/6}$
C)$2^{-1/6}$
D)$6^{-1}$
E)$1-12^{-1}$
Gabarito — UFG 2013-2
B
Resolução
A energia potencial máxima é proporcional à altura $h=L(1-\cos\theta)$.
Inicialmente, $E_0\propto1-\cos90°=1$. Após seis oscilações, $E_6\propto1-\cos60°=1/2$.
Se a fração de energia preservada por oscilação é $r$, então $r^6=1/2$, logo $r=2^{-1/6}$.
A taxa de perda é $1-r=1-2^{-1/6}$.
Alternativa correta: B
Q46
Ondulatória — Eco e Frequência
Um ferreiro molda uma peça metálica sobre uma bigorna (A) com marteladas a uma frequência constante de 2 Hz. Um estudante (B) pode ouvir os sons produzidos pelas marteladas, bem como os ecos provenientes da parede (C), conforme ilustra a figura.
Figura: Ferreiro, estudante e parede refletora separados por distâncias indicadas (imagem a inserir).
Considerando-se o exposto, qual deve ser a menor distância $d$, entre a bigorna e a parede, para que o estudante não ouça os ecos das marteladas?
Dado: velocidade do som no ar $=340\,\text{m/s}$.
A)340 m
B)170 m
C)128 m
D)85 m
E)42 m
Gabarito — UFG 2013-2
D
Resolução
A frequência de 2 Hz corresponde a um intervalo de $T=0{,}5\,\text{s}$ entre marteladas.
Para o eco de uma martelada coincidir com a seguinte, o tempo de ida e volta deve ser 0,5 s:
$2d/v=0{,}5\Rightarrow d=85\,\text{m}$.
Alternativa correta: D
Q47
Energia Elétrica — Bicicleta Elétrica
É crescente o número de bicicletas elétricas circulando nas ruas das cidades. Essas bicicletas possuem uma bateria eletrolítica de 12,5 V semelhante às baterias automotivas, que proporciona uma potência constante para iniciar e manter o movimento do sistema ciclista-bicicleta. Suponha uma situação sem qualquer atrito em que um sistema de 100 kg sobre uma rua plana é acelerado do repouso até a velocidade de 18 km/h. Nessas condições, qual é a quantidade de carga, em coulomb, fornecida pela bateria?
A)1250
B)1000
C)200
D)130
E)100
Gabarito — UFG 2013-2
E
Resolução
$18\,\text{km/h}=5\,\text{m/s}$.
A energia cinética adquirida é $E_c=mv^2/2=100\cdot25/2=1250\,\text{J}$.
Como $E=UQ$, temos $Q=1250/12{,}5=100\,\text{C}$.
Alternativa correta: E
Q48
Eletromagnetismo — Fogão de Indução
Uma nova tecnologia vem sendo desenvolvida para cozinhar alimentos com maior eficiência no aproveitamento da energia fornecida. Estima-se que esse novo fogão aproveite 90% da energia, em comparação com 55% do fogão a gás e 65% do fogão elétrico. Entretanto, para o seu funcionamento, deve-se usar apenas panelas de metais ferromagnéticos, tais como ferro fundido ou aço. Essas panelas são aquecidas por meio de correntes induzidas quando colocadas sobre uma plataforma de vitrocerâmica. De acordo com o exposto, conclui-se que o princípio físico que fundamenta o funcionamento desse novo fogão é
A)o efeito fotoelétrico da interação da radiação com a matéria.
B)a lei de Stefan-Boltzmann da emissão de radiação de um corpo negro.
C)a lei de Ohm.
D)a lei de Ampère.
E)a lei de Faraday.
Gabarito — UFG 2013-2
E
Resolução
A corrente alternada em uma bobina produz fluxo magnético variável. Essa variação induz correntes elétricas na panela metálica.
O fenômeno é descrito pela lei de Faraday da indução eletromagnética.
Alternativa correta: E
Q49
Termodinâmica — Equilíbrio Radiativo da Terra
A temperatura média da Terra pode ser estimada por meio do equilíbrio entre a radiação absorvida pela área da sua seção transversal $(A_t)$ e a radiação emitida por toda sua superfície. Conforme a lei de Stefan-Boltzmann, a Terra emite radiação numa intensidade $I_{Terra}=\sigma T^4$, em que $T$ é sua temperatura média e $\sigma$ é uma constante. O deserto do Saara possui uma área de 4% de $A_t$ e ajuda a diminuir a temperatura média da Terra ao refletir a radiação solar, de intensidade média $I_S$, que nela incide.
Diante do exposto, alguns dos motivos dos atuais conflitos regionais naquela região e a expressão para a temperatura média da Terra, considerando-se que o Saara reflete toda a radiação que nele incide, são, respectivamente:
A)intolerância religiosa, interesses nas grandes reservas de diamante e petróleo e $T=\left(\dfrac{0{,}96I_S}{\sigma}\right)^{1/4}$.
B)disputas territoriais entre etnias rivais, interesses nas grandes reservas de ouro e petróleo e $T=\left(\dfrac{0{,}96I_S}{4\sigma}\right)^{1/4}$.
C)disputas territoriais entre etnias rivais, interesses nas grandes reservas de diamante e ouro e $T=\left(\dfrac{I_S}{\sigma}\right)^{1/4}$.
D)intolerância religiosa, interesses nas grandes reservas de diamante e petróleo e $T=\left(\dfrac{0{,}96I_S}{4\sigma}\right)^{1/4}$.
E)disputas territoriais entre etnias rivais, interesses nas grandes reservas de diamante e ouro e $T=\left(\dfrac{0{,}96I_S}{\sigma}\right)^{1/4}$.
Gabarito — UFG 2013-2
D
Resolução
A Terra absorve $0{,}96I_S\pi R^2$ e emite $4\pi R^2\sigma T^4$.
A figura a seguir ilustra a estrutura e o funcionamento de uma cafeteira italiana. Na sua parte inferior, uma fração do volume é preenchida com água e o restante por um gás contendo uma mistura de ar e vapor de água, todos à temperatura ambiente. Quando a cafeteira é colocada sobre a chama do fogão, o café produzido é armazenado no compartimento superior da cafeteira em poucos minutos.
Figura: Estrutura e funcionamento de uma cafeteira italiana (imagem a inserir).
O processo físico responsável diretamente pelo funcionamento adequado da cafeteira é:
A)o isolamento adiabático da água.
B)a condensação do gás.
C)a expansão adiabática do gás.
D)o trabalho realizado sobre a água.
E)o aumento da energia interna do gás.
Gabarito — UFG 2013-2
E
Resolução
Ao ser aquecido, o ar e o vapor de água no compartimento inferior aumentam sua energia interna e sua pressão.
Essa pressão empurra a água quente pelo tubo, atravessando o pó de café até o compartimento superior.