Eletricidade — Eletrostatica — Experimento de millikan gota em equilibrio
A medição da carga elementar foi realizada através de uma aparelhagem (dispositivo de Millikan) que consiste em borrifar minúsculas gotas de óleo para dentro de uma câmara (ver figura). Algumas se carregam eletricamente no processo. Considere uma gota de óleo com raio de 1,5 µm e massa específica de 0,8 g/cm³ atravessando um pequeno orifício na placa catódica. Esta fica suspensa entre as placas eletrizadas por ação de um campo elétrico de 1,2 × 105 N/C. Dada a situação, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) para as alternativas. (Dados: g = 10 m/s² e K = 9 × 109 N·m²/C².)
A)A carga da gota suspensa é de 3 × 10–16 π C.
B)A carga da gota suspensa é de 3 × 10–19 π C.
C)Se aumentarmos a intensidade do campo elétrico gerado entre as placas carregadas, a gota de óleo acelera para cima.
D)Se aumentarmos a intensidade do campo elétrico gerado entre as placas carregadas, a gota de óleo acelera para baixo.
Gabarito oficial
F · V · V · F
Resolução
A) Falsa. No equilíbrio, $qE=mg$, e $m=\rho\,\tfrac43\pi r^3$. Com $\rho=800\ \text{kg/m}^3$ e $r=1{,}5\times10^{-6}\ \text{m}$: $m=800\cdot\tfrac43\pi\cdot3{,}375\times10^{-18}=3{,}6\pi\times10^{-15}\ \text{kg}$. Então $q=\dfrac{mg}{E}=\dfrac{3{,}6\pi\times10^{-14}}{1{,}2\times10^{5}}=3\pi\times10^{-19}\ \text{C}$, três ordens de grandeza abaixo de $3\pi\times10^{-16}$.
B) Verdadeira. $q=\dfrac{mg}{E}=\dfrac{3{,}6\pi\times10^{-15}\cdot10}{1{,}2\times10^{5}}=3\pi\times10^{-19}\ \text{C}\approx9{,}4\times10^{-19}\ \text{C}$, cerca de seis cargas elementares.
C) Verdadeira. Com a gota suspensa, a força elétrica ($qE$, para cima) iguala o peso. Aumentando $E$, $qE>mg$ e a resultante aponta para cima.
D) Falsa. A força elétrica cresce com $E$ e já era a que equilibrava o peso; a resultante passa a ser para cima, não para baixo.
Q22
Mecânica — Estatica — Alavanca interpotente no antebraco
O conhecimento de conceitos físicos possibilita ao homem analisar várias situações comuns à nossa vida e ao nosso cotidiano. A figura a seguir demonstra uma atividade comum a praticamente todos os seres humanos, principalmente aos adeptos da musculação, o levantamento de “pesos”. Para o fortalecimento dos bíceps, é interessante que o praticante faça com que seu braço atinja uma configuração de alavanca interpotente. Suponha que o bíceps atue a uma distância de 4 cm do ponto O (ponto fixo) e que a distância de P a O seja de 30 cm. Suponha ainda que P = 10,0 kgf. Diante do exposto e da figura, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) para as alternativas. (Dado: g = 10 m/s².)
A)Para erguer o peso (P), o praticante deve exercer uma força igual a 75 kgf.
B)Para erguer o peso (P), o praticante deve exercer uma força igual a 12 kgf.
C)Para erguer o peso (P), o praticante deve exercer uma força superior a 750 N.
D)Para erguer o peso (P), o praticante deve exercer uma força superior a 120 N.
Gabarito oficial
F · F · V · V
Resolução
A) Falsa. Equilíbrio de momentos em torno de O: $F\cdot4=P\cdot30\Rightarrow F=7{,}5\,P=75\ \text{kgf}$. Esse é o valor que apenas sustenta o peso. Para erguê-lo, é preciso uma força maior; o gabarito considera, por isso, falso o valor “igual”.
B) Falsa. A força do músculo precisa ser bem maior que o peso, já que o braço de força (4 cm) é muito menor que o da carga (30 cm); 12 kgf é próximo do próprio peso de 10 kgf e não satisfaz o equilíbrio de momentos.
C) Verdadeira. Com $g=10\ \text{m/s}^2$, $75\ \text{kgf}=750\ \text{N}$, o valor de equilíbrio. Para que o peso suba (acelere), a força deve ser superior a 750 N.
D) Verdadeira. Como a força necessária supera 750 N, é também superior a 120 N.
Q23
Ondas — Movimento harmonico simples — Pendulo simples e constante restauradora
Um pêndulo é um sistema composto por uma massa acoplada a um pivô que permite sua movimentação livremente. A massa fica sujeita à força restauradora causada pela gravidade. Existem inúmeros pêndulos estudados por físicos, mas o modelo mais simples é o que tem maior utilização. O Pêndulo Simples (mostrado na figura) consiste em uma massa presa a um fio flexível e inextensível (L) por uma de suas extremidades e livre por outra. Quando afastamos a massa da posição de repouso e a soltamos, o pêndulo realiza oscilações. Ao desconsiderarmos a resistência do ar, as únicas forças que atuam sobre o pêndulo são a tensão com o fio e o peso da massa m. Considere que θ seja pequeno a ponto de concluirmos que o movimento é aproximadamente harmônico simples. Dada a situação, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) para as alternativas.
A)A aceleração da gravidade local pode ser obtida por esse pêndulo de acordo com a equação $g=4\pi^2\,L/t^2$, onde t é o tempo de uma oscilação.
B)A aceleração da gravidade local pode ser obtida por esse pêndulo de acordo com a equação $g=2\pi^2\,L/t^2$, onde t é o tempo de uma oscilação.
C)O período de oscilação do pêndulo é dado pela equação $T=2\pi\sqrt{m/k}$, onde $k=L/(m\,g)$.
D)O período de oscilação do pêndulo é dado pela equação $T=2\pi\sqrt{m/k}$, onde $k=m\,g/L$.
Gabarito oficial
V · F · F · V
Resolução
A) Verdadeira. Para pequenas oscilações, $T=2\pi\sqrt{L/g}$. Elevando ao quadrado e isolando $g$: $g=\dfrac{4\pi^2L}{T^2}$, com $t=T$ (tempo de uma oscilação completa).
B) Falsa. O fator correto é $4\pi^2$, que vem de $(2\pi)^2$; $2\pi^2$ não resulta da isolação de $g$.
C) Falsa. Como $T=2\pi\sqrt{m/k}$ deve reproduzir $2\pi\sqrt{L/g}$, é preciso $k=\dfrac{mg}{L}$. O valor $L/(mg)$ é o inverso e tem dimensão errada para uma constante elástica.
D) Verdadeira. Para pequeno ângulo, a força restauradora tangencial é $-mg\sin\theta\approx-mg\dfrac{x}{L}$, análoga a $-kx$ com $k=\dfrac{mg}{L}$. Então $T=2\pi\sqrt{\dfrac mk}=2\pi\sqrt{\dfrac Lg}$.
Q24
Termologia — Transmissao de calor — Conceitos fisicos do clima
Sem sombra de dúvidas, o estudo e a compreensão de aspectos relacionados ao clima é de suma importância para a vida moderna. Os principais elementos do clima e do tempo são: temperatura, umidade do ar, pressão atmosférica, ventos, nebulosidade, insolação, radiação solar e precipitação. Para entender esses elementos, é necessário compreender, antes de tudo, conceitos relacionado à Física. De acordo com seus conhecimentos, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) para as alternativas.
A)Os terrenos secos, como de areia, têm calor específico alto e variam rapidamente de temperatura, ao contrário dos úmidos, como os argilosos, que retêm a umidade e tendem a manter a temperatura mais constante.
B)A radiação que chega à superfície da Terra sofre diversas influências. Pode ser refletida em quase sua totalidade, como em centros urbanos com pouca arborização, ou quase inteiramente absorvida, como em florestas densas.
C)O vento é gerado em virtude da existência da diferença de pressões, e sofre influências modificadoras do movimento de rotação da Terra, da força centrífuga ao seu movimento e do atrito com a superfície terrestre.
D)A nuvem é caracterizada por vapor de água e gotículas de água líquida, e se resfria na ascensão segundo o gradiente adiabático úmido que se estabelece. As gotículas da nuvem atingem temperaturas de 0 °C a –12 °C e não se solidificam por causa da diminuição da pressão atmosférica.
Gabarito oficial
F · F · V · V
Resolução
A) Falsa. O item é contraditório: um material que varia rapidamente de temperatura tem calor específico baixo ($\Delta T=Q/mc$). A areia seca tem $c$ baixo; o solo úmido, com água ($c$ alto), varia pouco.
B) Falsa. Superfícies urbanas têm albedo baixo (cerca de 10 a 20%): absorvem a maior parte da radiação. “Refletida em quase sua totalidade” só se aplica a superfícies como a neve fresca.
C) Verdadeira. O gradiente de pressão é a causa do vento; a rotação da Terra (força de Coriolis), a curvatura da trajetória (efeito centrífugo) e o atrito com a superfície modificam sua direção e velocidade.
D) Verdadeira.Divergência com o gabarito. O gabarito considera o item verdadeiro. A descrição do resfriamento adiabático úmido está correta, mas a justificativa final é discutível: gotículas “super-resfriadas” permanecem líquidas, em geral, pela falta de núcleos de congelamento, e não pela queda da pressão (menor pressão tende, na verdade, a elevar levemente o ponto de fusão da água). Fica registrado o gabarito oficial.
