CEFET-MG 2014.2 (Ensino Superior): prova de Física com gabarito e resolução

Q13

Ondas — MHS — Massa-mola e energia (asserção e razão)

A figura mostra um sistema massa-mola que pode oscilar livremente, sem atrito, sobre a superfície horizontal e com resistência do ar desprezível.

Bloco de massa m preso a uma mola horizontal em três situações: na posição de equilíbrio x = 0, deslocado para a direita (mola esticada, força F da mola para a esquerda) e deslocado para a esquerda (mola comprimida, força F da mola para a direita).

Nesse sistema, nos pontos de deslocamento máximo, a velocidade da massa é nula
PORQUE
as forças não-conservativas reduzem a energia do sistema.
É correto concluir que

A)a proposição é verdadeira, mas a razão é falsa.

B)a proposição é falsa, mas a razão é verdadeira.

C)a proposição e a razão são falsas.

D)a razão e a proposição são verdadeiras e a razão justifica a proposição.

E)a proposição e a razão são verdadeiras, mas não há uma relação entre elas.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q13

Resolução

Proposição: verdadeira. Nos pontos de deslocamento máximo ($x=\pm A$) o bloco inverte o sentido do movimento e, por um instante, está parado ($v=0$); toda a energia está na forma potencial elástica.

Razão: falsa neste sistema. O enunciado diz que o movimento é sem atrito e sem resistência do ar, então não há forças não conservativas atuando, e a energia mecânica se conserva. A velocidade se anula nos extremos porque a energia cinética foi toda convertida em energia potencial elástica, não porque a energia é dissipada.

Logo, proposição verdadeira e razão falsa.

Q14

Mecânica — Dinâmica — Elevador e contrapeso

Um elevador consiste em uma cabine A, um contrapeso B, um motor C e os cabos e polias mostrados a seguir. A massa da cabine é de 900 kg, a do contra-peso, 1200 kg e o atrito e as massas dos cabos e polias são desprezíveis. Se o elevador está subindo com uma aceleração de 2,0 m / s², as intensidades das trações T₁ e T₂, em kN, valem, respectivamente,

Esquema de um elevador: cabine A, motor C no alto, contrapeso B ao lado; T1 é a tração no cabo da cabine e T2, a tração no cabo do contrapeso.

A)9,0 e 12.

B)9,6 e 9,6.

C)10,8 e 9,6.

D)10,8 e 12.

E)12 e 12.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q14

Resolução

Com $g=10\text{ m/s}^2$ e aceleração de $2{,}0\text{ m/s}^2$ para cima na cabine, o contrapeso desce com a mesma aceleração.

Cabine (sobe, $m=900\text{ kg}$): a tração é maior que o peso:

$$T_1-m g=m a\;\Rightarrow\;T_1=900\,(10+2{,}0)=10\,800\text{ N}=10{,}8\text{ kN}$$

Contrapeso (desce, $M=1200\text{ kg}$): o peso é maior que a tração:

$$M g-T_2=M a\;\Rightarrow\;T_2=1200\,(10-2{,}0)=9\,600\text{ N}=9{,}6\text{ kN}$$

Q15

Mecânica — Cinemática — Lançamento oblíquo

A figura ilustra a trajetória de uma bola que foi lançada com velocidade inicial $\vec{V}_0$ e inclinação θ₀ com o plano horizontal.

Trajetória parabólica de uma bola lançada da origem O com velocidade v0 e ângulo θ0; os pontos A e C estão à mesma altura, B é o ponto mais alto e D está de volta ao nível do solo. Os vetores velocidade são tangentes à trajetória.

Desprezando-se o efeito de resistência do ar, afirma-se:
I. Uma componente vetorial da velocidade em A é igual a uma componente vetorial da velocidade em C.
II. As intensidades dos vetores velocidade nos pontos A e C são iguais.
III. A componente vertical do vetor velocidade no ponto B é zero.
IV. O vetor velocidade no ponto B é nulo.
São corretas apenas as afirmativas

A)I e II.

B)II e IV.

C)III e IV.

D)I, II e III.

E)II, III e IV.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q15

Resolução

Sem resistência do ar, a componente horizontal da velocidade é constante e a vertical varia com $g$.

I é verdadeira: a componente horizontal $v_x=v_0\cos\theta_0$ é a mesma em A e em C. II é verdadeira: A e C estão à mesma altura, e pela conservação da energia mecânica têm o mesmo módulo de velocidade (as componentes verticais são opostas). III é verdadeira: no ponto mais alto, $v_y=0$. IV é falsa: em B o corpo ainda tem $v_x\neq0$, logo a velocidade não é nula.

Corretas: I, II e III.

Q16

Mecânica — Estática — Equilíbrio de plataforma apoiada em boia

A figura mostra uma plataforma na posição horizontal de massa 60 kg e comprimento de 7,0 m montada na borda de um tanque de água. Essa plataforma está presa a um eixo de rotação situado em O e apoia-se no ponto A sobre uma boia com seção de área de 3,0 m².

Plataforma horizontal de 7,0 m, articulada em O (à direita). Uma criança está no ponto B, a 1,0 m da extremidade livre; o ponto A, de apoio na boia, fica a 3,0 m de B e a 3,0 m de O. A boia está parcialmente submersa na água.

Considerando-se que o sistema está em equilíbrio e que uma criança de massa igual a 40,0 kg encontra-se no ponto B, a altura da parte submersa da boia, em cm, é

A)1,0.

B)2,0.

C)3,0.

D)4,0.

E)5,0.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q16

Resolução

Adotamos $g=10\text{ m/s}^2$, $\rho_{\text{água}}=1000\text{ kg/m}^3$ e desprezamos a massa da boia. Fazemos o equilíbrio de momentos em relação ao eixo O.

Distâncias de O: o centro da plataforma (peso de 600 N) está a $3{,}5$ m; a criança (peso de 400 N) está em B, a $7{,}0-1{,}0=6{,}0$ m; o empuxo $E$ atua em A, a $3{,}0$ m. O empuxo gira a plataforma em sentido oposto ao dos pesos:

$$E\cdot3{,}0=600\cdot3{,}5+400\cdot6{,}0=2100+2400=4500\;\Rightarrow\;E=1500\text{ N}$$

O empuxo é $E=\rho\,g\,A\,h$, com $A=3{,}0\text{ m}^2$:

$$h=\frac{E}{\rho\,g\,A}=\frac{1500}{1000\cdot10\cdot3{,}0}=0{,}05\text{ m}=5{,}0\text{ cm}$$

Q17

Ondas — Conceitos básicos — Afirmativas sobre ondulatória

Sobre a Física Ondulatória, pode-se afirmar que:
I. Uma onda que se propaga de um meio para outro diferente sofre uma alteração no seu comprimento de onda.
II. A velocidade de propagação de um pulso em uma corda é função do comprimento total da mesma.
III. Para que uma corda em movimento oscilante entre em ressonância com outra, é necessário que ambas tenham frequências naturais próximas.
IV. A altura de uma onda sonora propagando-se em um meio depende da intensidade do som nesse mesmo meio.
São corretas apenas as afirmativas

A)I e II.

B)I e III.

C)II e III.

D)II e IV.

E)III e IV.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q17

Resolução

I é verdadeira: na passagem de um meio a outro a frequência se mantém e a velocidade muda, então $\lambda=v/f$ muda. II é falsa: a velocidade em uma corda é $v=\sqrt{T/\mu}$, que depende da tração e da densidade linear, não do comprimento total. III é verdadeira: a ressonância exige coincidência (ou proximidade) entre as frequências. IV é falsa: a “altura” de um som é a característica que distingue graves de agudos e depende da frequência; a intensidade está ligada ao volume (amplitude).

Corretas: I e III.

Q18

Mecânica — Energia — Energia mecânica no movimento oscilatório (asserção e razão)

A figura seguinte ilustra uma criança oscilando em uma gangorra e o gráfico que relaciona as energias potencial (E_p) e cinética (E_c) com a sua posição x. Suponha que esse movimento oscilatório tenha se iniciado na posição exibida e que não haja forças dissipativas.

À esquerda, uma criança em um balanço oscilando entre −A e +A. À direita, gráfico E (J) por x (m): a energia potencial Ep é uma parábola de concavidade para cima, com mínimo em x = 0, e a energia cinética Ec é uma parábola de concavidade para baixo, com máximo em x = 0.

Na posição de equilíbrio, a energia mecânica total da criança é nula
PORQUE
quando ela passa por esta posição, a energia cinética tem valor oposto ao da energia potencial.
É correto concluir que

A)a proposição e a razão são falsas.

B)a proposição é verdadeira, mas a razão é falsa.

C)a proposição é falsa, mas a razão é verdadeira.

D)a razão e a proposição são verdadeiras e a razão justifica a proposição.

E)a proposição e a razão são verdadeiras, mas não há uma relação entre elas.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q18

Resolução

Sem forças dissipativas, a energia mecânica $E_m=E_c+E_p$ é constante e positiva (no gráfico, $E_c+E_p$ é a mesma em qualquer $x$).

Proposição: falsa. Na posição de equilíbrio ($x=0$), $E_p$ é mínima e $E_c$ é máxima, mas a soma não é nula.

Razão: falsa. Energias cinética e potencial não podem ter “valor oposto” (a energia cinética é sempre positiva); em $x=0$, a energia cinética é máxima e a potencial é mínima (pode ser tomada como zero), mas não são opostas.

Logo, proposição e razão são falsas.

Q19

Termologia — Dilatação térmica — Líquido e recipiente

Um recipiente está totalmente preenchido por um líquido e ambos estão em equilíbrio térmico a uma determinada temperatura. Para que esse líquido não entorne devido a uma dilatação térmica do sistema, a relação entre os coeficientes de dilatação volumétrica do líquido (γ) e o de dilatação linear do material de que é feito o recipiente (α) é

A)γ ≤ (1/3)α

B)γ ≥ 3α

C)γ ≤ 3α

D)γ > 3α

E)γ = α

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q19

Resolução

O coeficiente de dilatação volumétrica do material do recipiente é $\gamma_{rec}=3\alpha$. Com a variação de temperatura $\Delta T$, o volume do líquido aumenta $\Delta V_{liq}=V_0\gamma\,\Delta T$ e a capacidade do recipiente aumenta $\Delta V_{rec}=V_0\,3\alpha\,\Delta T$.

Para o líquido não transbordar, o aumento de volume do líquido não pode superar o da capacidade do recipiente:

$$V_0\,\gamma\,\Delta T\le V_0\,3\alpha\,\Delta T\;\Rightarrow\;\gamma\le3\alpha$$

Q20

Termologia — Gases — Transformação isotérmica

Uma amostra de gás ideal de volume inicial igual a 30 ml é mantida confinada no interior de uma seringa. Quando uma força F é exercida sobre o seu êmbolo, com uma área de 2,0 cm², o volume do gás diminui de um valor ΔV conforme mostra o gráfico seguinte.

Gráfico F (N) por ΔV (ml) com três pontos: (10; 15,0), (15; 20,0) e (20; 30,0).

Sabendo-se que todas as medidas são tomadas quando é atingido o equilíbrio térmico com o ambiente, a pressão inicial do gás, em N/cm², é

A)1,0.

B)5,0.

C)7,5.

D)10.

E)15.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q20

Resolução

O equilíbrio térmico com o ambiente indica transformação isotérmica: $pV$ é constante (lei de Boyle). Em cada ponto do gráfico, o gás equilibra a força $F$ aplicada ao êmbolo de área $A=2{,}0\text{ cm}^2$, então $p=F/A$, e o volume é $V=30-\Delta V$:

$\Delta V=10\text{ ml}$: $p=15/2=7{,}5$ N/cm², $V=20$ ml, $pV=150$.

$\Delta V=15\text{ ml}$: $p=20/2=10$ N/cm², $V=15$ ml, $pV=150$.

$\Delta V=20\text{ ml}$: $p=30/2=15$ N/cm², $V=10$ ml, $pV=150$.

O produto é constante, o que confirma o modelo. No estado inicial, $V_0=30$ ml:

$$p_0=\frac{150}{30}=5{,}0\text{ N/cm}^2$$

Q21

Termologia — Termodinâmica — Ciclo de uma máquina térmica

O diagrama P x V mostra o ciclo de trabalho de uma máquina térmica, que consiste em um gás confinado a um recipiente de volume variável que pode ser aquecido ou resfriado por meio do contato com uma fonte quente ou fria. As fases AB e CD são isotérmicas e as fases BC e DA ocorrem a volume constante.

Diagrama P por V: A → B (expansão isotérmica, curva descendente), B → C (queda de pressão a volume constante), C → D (compressão isotérmica) e D → A (aumento de pressão a volume constante); o ciclo é percorrido no sentido horário.

Sobre essa máquina, é correto afirmar que

A)trabalha com pressões acima e abaixo da pressão ambiente.

B)realiza trabalho positivo de D para A e negativo de B para C.

C)altera a energia interna do gás nas transformações de A para B e de C para D.

D)é um refrigerador, já que o trabalho mecânico realizado pelo gás no ciclo completo é negativo.

E)realiza troca de calor com a vizinhança em todas as quatro fases do ciclo de trabalho.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q21

Resolução

Fases isotérmicas (AB e CD): $\Delta U=0$, então $Q=W\neq0$: há troca de calor (absorve em AB, cede em CD). Fases isocóricas (BC e DA): $W=0$, então $Q=\Delta U\neq0$: há troca de calor (cede em BC, absorve em DA). Portanto, há troca de calor em todas as quatro fases (E).

As demais: A não é afirmação sustentada pelo diagrama; B é falsa, pois nas fases isocóricas o trabalho é nulo; C é falsa, pois nas isotérmicas $\Delta U=0$; D é falsa: o ciclo é horário em um diagrama P×V, e o trabalho líquido é positivo (a máquina realiza trabalho), então não é refrigerador.

Q22

Óptica — Lentes — Distância focal de lente convergente

Três alunos são orientados a desenvolver um procedimento experimental simples para a determinação da distância focal de uma lente convergente. As soluções encontradas por eles foram as seguintes:
Aluno 1: A imagem do céu criada através da lente é projetada sobre uma folha de papel. A distância da folha ao centro da lente é a distância focal procurada.
Aluno 2: A lente é colocada entre o objeto e um observador distante. Varia-se a posição da lente até que o objeto desapareça. A distância focal será a distância entre o centro da lente e o observador.
Aluno 3: A lente é usada como uma lupa para se observar um objeto. Varia-se a posição da lente até que a imagem tenha o maior tamanho possível. A distância entre esse objeto e o centro da lente será aproximadamente a distância focal.
Com relação aos procedimentos, pode-se concluir que apenas o(s) aluno(s)

A)1 está correto.

B)2 está correto.

C)1 e 2 estão corretos.

D)1 e 3 estão corretos.

E)2 e 3 estão corretos.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q22

Resolução

Aluno 1: correto. O céu está praticamente no infinito, então seus raios chegam paralelos e convergem no foco; a distância da folha à lente é a distância focal.

Aluno 2: incorreto. Não há razão física para “o objeto desaparecer”, e a distância entre a lente e o observador não é a distância focal.

Aluno 3: correto (aproximadamente). Com a lente usada como lupa, o objeto fica entre o foco e a lente; a ampliação cresce quando o objeto se aproxima do foco, onde a imagem tende ao infinito. Assim, a distância objeto-lente no maior aumento é aproximadamente $f$.

Corretos: 1 e 3.

Q23

Eletricidade — Geradores — Curva característica

No gráfico abaixo, V e i representam, respectivamente, a diferença de potencial entre os terminais de um gerador e a corrente elétrica que o atravessa.

Gráfico V (V) por i (A): reta decrescente que vai do ponto (0,2 A; 6,0 V) ao ponto (0,4 A; 2,0 V).

A força eletromotriz do gerador em volts e a sua resistência interna, em ohms, valem, respectivamente,

A)6,0 e 10.

B)8,0 e 20.

C)10 e 20.

D)10 e 40.

E)12 e 40.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q23

Resolução

A curva característica de um gerador é $V=\varepsilon-r\,i$. O coeficiente angular da reta é $-r$:

$$r=\frac{6{,}0-2{,}0}{0{,}4-0{,}2}=\frac{4{,}0}{0{,}2}=20\ \Omega$$

Usando o ponto $(0{,}2\text{ A};6{,}0\text{ V})$:

$$\varepsilon=V+r\,i=6{,}0+20\cdot0{,}2=10\text{ V}$$

Q24

Eletromagnetismo — Campo magnético — Fios paralelos com correntes opostas

Dois fios longos e retilíneos são percorridos por uma mesma corrente constante i conforme mostra a figura.

Dois fios verticais paralelos, um com corrente i para cima e o outro com corrente i para baixo; entre eles, uma linha tracejada central.

Nessa situação existe uma força de _________ entre os fios e o campo magnético é _________ ao longo da linha central.
Os termos que completam, respectivamente, as lacunas, de forma correta, são

A)atração, nulo.

B)repulsão, nulo.

C)atração, mínimo.

D)atração, máximo.

E)repulsão, máximo.

Gabarito oficial — CEFET-MG 2014.2 — Ensino Superior — Q24

Resolução

Correntes em sentidos opostos em fios paralelos se repelem (correntes no mesmo sentido se atraem).

Pela regra da mão direita, na região entre os fios os campos magnéticos criados por cada fio têm o mesmo sentido (ambos entrando, ou ambos saindo, do plano), então se somam. Ao longo da linha central, equidistante dos dois fios, o campo resultante tem valor máximo em relação aos pontos vizinhos desse trecho. A resposta é repulsão e máximo.

CEFET-MG 2014.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova