CEFET-MG 2011.2 (Ensino Superior): prova de Física com gabarito e resolução

Q13

Mecânica — Cinemática — Objeto que se desprende de um balão

Um objeto se desprende de um balão quando este se encontra a 40 m do solo, subindo com velocidade de 10 m/s. Para que esse objeto, em queda livre, atinja o solo, o intervalo de tempo, em segundos, é

A)1,0.

B)1,5.

C)3,0.

D)4,0.

E)4,5.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q13

Resolução

No instante em que se desprende, o objeto tem a velocidade do balão (10 m/s, para cima). Com origem no solo e sentido positivo para cima ($g=10\text{ m/s}^2$):

$$y=40+10\,t-5\,t^2$$

Ao atingir o solo, $y=0$:

$$t^2-2t-8=0\;\Rightarrow\;t=\frac{2\pm\sqrt{36}}{2}\;\Rightarrow\;t=4\text{ s}$$

(descarta-se a raiz negativa).

Q14

Mecânica — Leis de Newton — Blocos ligados por cordel em plano inclinado

A figura mostra os blocos 1 e 2, com massas iguais a 8,0 e 10 kg, respectivamente, ligados por um cordel em um plano inclinado. Desprezando-se as massas da polia e do cordel, assim como os atritos, a aceleração dos blocos, em m/s², é igual a

Bloco 1 sobre um plano inclinado de 53°, ligado por um cordel que passa por uma polia no topo do plano a um bloco 2 que pende verticalmente.

A)1,0.

B)2,0.

C)3,0.

D)4,0.

E)5,0.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q14

Resolução

Dados: $\operatorname{sen}53^\circ=0{,}80$ e $g=10\text{ m/s}^2$. O bloco 2 desce e o bloco 1 sobe o plano.

Força motriz: $P_2=10\cdot10=100\text{ N}$. Componente do peso de 1 ao longo do plano: $P_{1x}=8{,}0\cdot10\cdot0{,}80=64\text{ N}$.

Para o sistema:

$$a=\frac{P_2-P_{1x}}{m_1+m_2}=\frac{100-64}{18}=2{,}0\text{ m/s}^2$$

Q15

Mecânica — Quantidade de movimento — Colisões e conservações

Analise as seguintes situações:
I – Uma bola de gude, após chocar-se frontalmente com uma parede, inverte o sentido do seu movimento mantendo o módulo da velocidade.
II – Em um pátio de manobras de uma ferrovia, uma locomotiva colide com um vagão, em repouso, e os dois passam a se mover juntos, presos pelo sistema de engate.
III – Uma bola de bilhar A, após atingir frontalmente uma bola B, idêntica e em repouso, ficará em repouso e a B passará a se mover na direção inicial.
IV – Um bloco é solto verticalmente sobre uma plataforma que se movimenta horizontalmente, e ambos passam a se mover juntos.
Pode-se concluir que ocorre conservação da quantidade de movimento e de energia mecânica apenas em

A)II.

B)III.

C)I e III.

D)I e IV.

E)II e IV.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q15

Resolução

Conservam-se, ao mesmo tempo, quantidade de movimento e energia cinética apenas nas colisões perfeitamente elásticas entre corpos livres.

I — a bola inverte a velocidade: sua quantidade de movimento muda (a parede recebe o impulso), logo não há conservação para a bola.

II — os corpos seguem juntos: colisão perfeitamente inelástica; a quantidade de movimento se conserva, mas a energia cinética não.

III — massas iguais, choque frontal, A para e B sai com a velocidade de A: $mv=mv$ e $\tfrac12mv^2=\tfrac12mv^2$. Conservam-se as duas grandezas.

IV — os corpos seguem juntos: colisão perfeitamente inelástica, com perda de energia mecânica.

Apenas III.

Q16

Termologia — Mudanças de fase — Diagrama de fases (P × t)

O gráfico da pressão em função da temperatura abaixo representa o diagrama de fases de uma determinada substância.

Diagrama de fases P por t com três curvas que se encontram no ponto triplo; os pontos A e D ficam na região sólida, B na líquida e C na gasosa, ligados por linhas pontilhadas A–B, B–C e D–C.

De acordo com o gráfico, quando se caminha ao longo da linha pontilhada de ___________ tem-se uma ___________ .
A opção que completa, corretamente, as lacunas acima é

A)B para A, fusão.

B)B para C, liquefação.

C)D para C, sublimação.

D)C para B, vaporização.

E)A para B, solidificação.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q16

Resolução

A curva que parte da origem separa sólido e gás; a que sobe quase vertical separa sólido e líquido; a que se curva para a direita separa líquido e gás. Assim, A e D estão na região sólida, B na líquida e C na gasosa.

A — $B\to A$: líquido para sólido é solidificação, não fusão.

B — $B\to C$: líquido para gás é vaporização, não liquefação.

C — $D\to C$: sólido para gás, direto, é sublimação. ✔

D — $C\to B$: gás para líquido é liquefação, não vaporização.

E — $A\to B$: sólido para líquido é fusão, não solidificação.

Q17

Termologia — Gases — Transformação cíclica de um gás ideal

O gráfico seguinte representa a transformação cíclica de dois moles de um gás ideal.

Gráfico P (atm) por V (litros): pontos A (1; 6), B (2; 5), C (3; 4), D (4; 3), E (5; 2) e F (6; 1) sobre uma reta, e os pontos M (2; 3) e N (3; 2) sobre uma curva que liga F a A.

Em relação às transformações submetidas e às temperaturas atingidas pelo gás ideal, é correto afirmar que a

A)transformação ABCDEF é isobárica.

B)temperatura no estado F é inferior a 30 K.

C)temperatura no estado A é superior a 300 K.

D)transformação FNMA ocorre a uma temperatura constante.

E)temperatura do gás diminui cada vez que ele retorna ao estado A.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q17

Resolução

Produto $PV$ (em atm·L) em cada estado: A $=1\cdot6=6$; B $=10$; C $=D=12$; E $=10$; F $=6\cdot1=6$; M $=2\cdot3=6$; N $=3\cdot2=6$.

A — falsa: a pressão varia ao longo de ABCDEF.

B — falsa: com $R=0{,}082\text{ atm·L/(mol·K)}$, $T_F=\dfrac{6}{2\cdot0{,}082}\approx37\text{ K}$, maior que 30 K.

C — falsa: $T_A\approx37\text{ K}$, muito menor que 300 K.

D — verdadeira: F, N, M e A têm o mesmo $PV=6$, portanto a mesma temperatura (isoterma).

E — falsa: ao voltar ao estado A, a temperatura é sempre a mesma ($\approx37\text{ K}$).

Q18

Termologia — Termodinâmica — Rendimento de um ciclo

A figura seguinte representa o ciclo termodinâmico de um mecanismo térmico hipotético, em que um gás ideal está confinado.

Gráfico P (N/m²) por V (m³) de um ciclo ABCD: A (2; 10), B (3; 30), C (8; 30) e D (7; 10); o ciclo é percorrido no sentido A, B, C, D.

Admitindo-se que a variação da energia interna durante os processos A→B→C é igual a 30 joules, o rendimento do ciclo é igual a

A)10%.

B)20%.

C)30%.

D)40%.

E)50%.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q18

Resolução

Trabalho útil do ciclo = área do paralelogramo ABCD: base $=8-3=5\text{ m}^3$ e altura $=30-10=20\text{ N/m}^2$:

$$W_{ciclo}=5\cdot20=100\text{ J}$$

Calor recebido (ocorre em A→B→C, onde a temperatura aumenta; em C→D→A o gás cede calor). O trabalho em A→B→C é a área sob o gráfico:

$$W_{ABC}=\frac{(10+30)}{2}\cdot1+30\cdot5=20+150=170\text{ J}$$

$$Q_{recebido}=\Delta U+W_{ABC}=30+170=200\text{ J}$$

$$\eta=\frac{W_{ciclo}}{Q_{recebido}}=\frac{100}{200}=50\%$$

Q19

Óptica — Lentes — Imagem ampliada projetada em uma tela

A distância entre um objeto real e a tela de projeção é de 80 cm. Se uma lente delgada é posicionada adequadamente entre esse objeto e a tela, então forma-se uma imagem nítida e ampliada em três vezes. Os dados que tornam possível essa situação estão corretos em

Tipo de lente	Distância focal (em cm)	Distância do objeto à lente (em cm)
A) convergente	20	20
B) convergente	15	20
C) convergente	15	60
D) divergente	15	60
E) divergente	20	20

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q19

Resolução

Uma imagem nítida que pode ser projetada em uma tela é real; só lentes convergentes formam imagem real de objeto real. Isso elimina D e E.

Ampliação de 3 vezes: $p'=3p$. Com $p+p'=80\text{ cm}$:

$$p+3p=80\;\Rightarrow\;p=20\text{ cm},\quad p'=60\text{ cm}$$

Distância focal:

$$f=\frac{p\,p'}{p+p'}=\frac{20\cdot60}{80}=15\text{ cm}$$

Convergente, $f=15\text{ cm}$ e objeto a 20 cm da lente: linha B.

Q20

Ondas — Conceitos gerais — Propriedades das ondas

A respeito das propriedades das ondas, em geral, afirma-se:
I – A onda sonora no ar é uma vibração mecânica e longitudinal.
II – A luz é uma onda eletromagnética, transversal e dispensa um meio para se propagar.
III – Uma onda é uma perturbação que se propaga no espaço e transporta matéria e energia.
IV – O ultrassom é uma onda elástica, mecânica e transversal.
São corretos apenas os itens

A)I e II.

B)I e IV.

C)II e III.

D)II e IV.

E)III e IV.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q20

Resolução

I — verdadeira. O som no ar é onda mecânica longitudinal.

II — verdadeira. A luz é onda eletromagnética, transversal, que se propaga no vácuo.

III — falsa. Uma onda transporta energia, mas não transporta matéria.

IV — falsa. O ultrassom é som de frequência acima da audível: é mecânico e longitudinal, não transversal (em fluidos).

Corretos: I e II.

Q21

Eletricidade — Eletrostática — Cargas nos vértices de um cubo

Cargas elétricas de mesmo módulo e sinais opostos estão distribuídas nos vértices de um cubo, conforme figura.

Cubo com quatro cargas positivas nos vértices da face inferior e quatro cargas negativas nos vértices da face superior.

Se forem abandonadas, no centro do cubo, primeiramente, uma carga positiva e, na seqüência, uma negativa, desprezando-se os efeitos gravitacionais, então os vetores força elétrica atuantes sobre essas cargas estão representados, respectivamente, em

Dois vetores verticais: o primeiro para cima e o segundo para baixo.

Dois vetores verticais: o primeiro para baixo e o segundo para cima.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q21

Resolução

Por simetria, as componentes horizontais das forças das quatro cargas de cada face se anulam; sobra apenas a componente vertical.

Carga positiva no centro: é atraída pelas cargas negativas (face superior) e repelida pelas positivas (face inferior). As duas ações apontam para cima.

Carga negativa no centro: é repelida pelas negativas (superior) e atraída pelas positivas (inferior). As duas ações apontam para baixo.

Logo, os vetores são: para cima e, depois, para baixo.

Q22

Eletromagnetismo — Campo magnético — Dois condutores paralelos

Dois condutores longos e paralelos são percorridos por correntes elétricas de mesma intensidade, em sentidos opostos, conforme representado nesta figura.

Dois fios paralelos horizontais: o de cima com corrente para a esquerda e o de baixo com corrente para a direita; a região A fica acima dos fios, a B entre eles e a C abaixo.

Nessas circunstâncias, afirma-se:
I - Nesses condutores agem forças magnéticas, tendendo sempre a afastá-los.
II - Em ambos condutores agem forças elétricas, tendendo sempre a aproximá-los.
III - A força magnética sobre um elétron tende sempre a aproximá-lo de um dos fios, desde que ele seja lançado na região B, no mesmo plano e na direção paralela aos condutores.
IV - A força elétrica sobre o próton tende sempre a deslocá-lo para os fios, desde que ele seja lançado nas regiões A ou C, no mesmo plano e na direção paralela aos condutores.
São corretas apenas as afirmativas

A)I e III.

B)I e IV.

C)II e III.

D)II e IV.

E)III e IV.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q22

Resolução

I — verdadeira. Correntes de sentidos opostos se repelem: a força magnética tende a afastar os condutores.

II — falsa. Os condutores são eletricamente neutros; não há força elétrica entre eles.

III — verdadeira. Na região B, os campos dos dois fios têm o mesmo sentido e se somam, perpendiculares ao plano. Para um elétron lançado paralelamente aos fios, $\vec F=q\,\vec v\times\vec B$ está no plano dos fios e perpendicular a eles, ou seja, aponta para um dos fios.

IV — falsa. O próton não sofre força elétrica, pois os fios são neutros (a força, se houvesse, seria magnética).

Corretas: I e III.

Q23

Eletricidade — Circuitos — Amperímetro e voltímetro em associação de resistores

No diagrama do circuito a seguir, o amperímetro A mede uma corrente elétrica de 10,0 mA, o voltímetro V mede uma tensão de 60,0 V e R, 2R e 5R são resistores desconhecidos.

Circuito com bateria ε em série com um resistor R; em seguida, três ramos em paralelo: um com amperímetro A em série com outro resistor R (com voltímetro V ligado em paralelo a esse resistor), um com resistor 2R e outro com resistor 5R.

A tensão da bateria ε, medida em V, é igual a

A)158.

B)159.

C)160.

D)161.

E)162.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q23

Resolução

Considerando instrumentos ideais e bateria sem resistência interna.

O voltímetro está em paralelo com o resistor R do primeiro ramo, que é percorrido por 10,0 mA:

$$R=\frac{60{,}0}{10{,}0\times10^{-3}}=6000\ \Omega$$

Os três ramos estão em paralelo, todos com 60,0 V (o amperímetro ideal não tem queda de tensão).

Corrente em $2R=12\,000\ \Omega$: $60/12\,000=5{,}0\text{ mA}$. Corrente em $5R=30\,000\ \Omega$: $60/30\,000=2{,}0\text{ mA}$.

Corrente total: $i=10+5+2=17\text{ mA}$.

O resistor R em série com a bateria tem queda $17\times10^{-3}\cdot6000=102\text{ V}$. Logo:

$$\varepsilon=102+60=162\text{ V}$$

Q24

Física Moderna — Quantização — Princípios da Física Moderna

Um dos princípios da Física Moderna está corretamente expresso em:

A)A dualidade onda-partícula estabelece as diferenças de comportamento físico entre elas.

B)Os postulados da teoria da relatividade restrita contrariavam as evidências experimentais da época.

C)Um elétron ligado a um átomo emitirá radiação ao transitar de órbitas mais internas para mais externas.

D)Os elétrons irradiam ondas eletromagnéticas, em um mesmo estado quântico, ao orbitarem um núcleo atômico.

E)A radiação de corpo negro explica-se por ondas eletromagnéticas com energias proporcionais a múltiplos inteiros de suas freqüências.

Gabarito (resolução própria, sem gabarito oficial) — CEFET-MG 2011.2 — Ensino Superior — Q24

Resolução

A — falsa: a dualidade diz que matéria e radiação exibem aspectos de onda e de partícula, e não que se diferenciam.

B — falsa: a relatividade restrita é compatível com os experimentos (por exemplo, Michelson-Morley).

C — falsa: o elétron emite radiação ao passar de órbita externa para interna; para a externa, absorve energia.

D — falsa: no modelo de Bohr, o elétron em um estado estacionário não irradia.

E — verdadeira: segundo Planck, a energia dos osciladores do corpo negro é quantizada: $E=n\,h\,f$, com $n$ inteiro.

CEFET-MG 2011.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova