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COLTEC 2023 | Física

Processo Seletivo COLTEC 2023 · Caderno 1 · Física — Questões 55 a 60 · resolução comentada Método TEF.

Q55
Mecânica — Transformações de energia

Um menino está em uma sala com uma pequena porção de massa de modelar parada em sua mão. Ele joga a massa para cima e observa que ela sobe na vertical, atinge o teto da sala e fica grudada nele.

Levando-se em conta as transformações de energia envolvidas na situação relatada acima, é INCORRETO afirmar que, durante o processo, há transformação de energia

A)cinética em energia potencial gravitacional.
B)potencial gravitacional em energia cinética.
C)potencial química em energia cinética.
D)potencial química em energia potencial gravitacional.

Resolução Método TEF — COLTEC 2023, Processo Seletivo, Caderno 1

B
Resolução

Ao lançar a massa, a energia potencial química do corpo do menino é convertida em energia cinética da massa. Durante a subida, parte da energia cinética transforma-se em energia potencial gravitacional.

Como a massa não retorna para baixo, não ocorre, na situação descrita, conversão de energia potencial gravitacional em energia cinética. Assim, a afirmação incorreta é a alternativa B.

Q56
Eletrodinâmica — Potência e energia elétrica

Duas lâmpadas com as seguintes especificações foram adquiridas em uma loja:

  • $L_1$ — Lâmpada LED alta potência, $10\ \mathrm{W} imes220\ \mathrm{V}$, luz branca fria.
  • $L_2$ — Lâmpada fluorescente, $20\ \mathrm{W} imes127\ \mathrm{V}$, luz amarela.

Considere que $L_2$ fica acesa durante um tempo duas vezes menor do que $L_1$. Nesse caso, é CORRETO afirmar que as duas lâmpadas transformam

A)a mesma quantidade de energia, porque a lâmpada $L_1$ tem a metade da potência de $L_2$, mas permanece ligada pelo dobro do tempo.
B)a mesma quantidade de energia, porque $L_2$ é apenas uma lâmpada fluorescente, enquanto $L_1$ é uma lâmpada de LED de alta potência.
C)diferentes quantidades de energia, porque $L_1$ apresenta tensão nominal de $220\ \mathrm{V}$, enquanto a tensão nominal de $L_2$ é de apenas $127\ \mathrm{V}$.
D)diferentes quantidades de energia, porque $L_1$ fica ligada por mais tempo, mas a luz branca fria aquece menos do que a luz amarela.

Resolução Método TEF — COLTEC 2023, Processo Seletivo, Caderno 1

A
Resolução

A energia transformada por um aparelho é dada por $E=P\Delta t$.

Se $L_1$ permanece acesa por um tempo $t$, então $L_2$ permanece acesa por $t/2$. Logo,

$E_1=10t$ e $E_2=20\cdot(t/2)=10t$.

As duas lâmpadas transformam a mesma quantidade de energia. A tensão nominal e a cor da luz não alteram essa conclusão.

Q57
Eletrodinâmica — Associação de lâmpadas e interruptores

Um estudante brincava com pilhas, lâmpadas e interruptores, tentando fazer as lâmpadas acenderem. Na primeira tentativa bem-sucedida, ele montou o circuito mostrado na Figura 1. Nesse circuito, quando o interruptor $I$ é fechado, a lâmpada brilha.

Figura 1: circuito simples com pilha, interruptor e lâmpada.

Após o sucesso obtido, o estudante se propôs outro problema: acender duas lâmpadas, inicialmente apagadas, fechando um único interruptor.

Assinale a alternativa que apresenta o circuito que atingirá o resultado esperado quando o interruptor $I$ for fechado.

Alternativas A, B, C e D com circuitos contendo pilha, interruptor e duas lâmpadas.

Resolução Método TEF — COLTEC 2023, Processo Seletivo, Caderno 1

A
Resolução

Para que as duas lâmpadas estejam inicialmente apagadas e acendam juntas ao fechar um único interruptor, esse interruptor precisa controlar o caminho comum da corrente para os dois ramos.

Na alternativa A, com o interruptor aberto não há circuito fechado. Ao fechá-lo, a pilha passa a alimentar os dois ramos que contêm as lâmpadas, de modo que ambas acendem.

Q58
Termologia — Equilíbrio térmico e condução

Duas pequenas bolas, sendo uma de isopor e outra de aço, estão juntas há muito tempo dentro de um recipiente que está em um ambiente a uma temperatura próxima de $15\ ^\circ\mathrm{C}$. Ao tocarmos diretamente as bolas com nossa mão sem luvas, sentimos a bola de aço mais fria do que a bola de isopor.

Qual é a explicação CORRETA para o fenômeno relatado acima?

A)A bola de aço, que é feita com um material metálico, terá sempre uma temperatura menor do que a bola de isopor, que é isolante.
B)As duas bolas estão à mesma temperatura, mas a transferência de energia térmica da mão para a bola de aço ocorre mais rapidamente.
C)O isopor é um bom isolante térmico e, por causa disso, não entra facilmente em equilíbrio térmico com a bola de aço.
D)O isopor, por ser um bom isolante térmico, tem muita facilidade de transferir parte de sua energia térmica para a mão.

Resolução Método TEF — COLTEC 2023, Processo Seletivo, Caderno 1

B
Resolução

Como as duas bolas permaneceram juntas por muito tempo no mesmo ambiente, elas atingem aproximadamente a mesma temperatura.

A mão está mais quente que as bolas. O aço possui maior condutividade térmica que o isopor, então a energia térmica flui da mão para o aço mais rapidamente. Essa maior taxa de transferência produz a sensação de que o aço está mais frio.

Q59
Mecânica — Torque e alavancas

Um problema frequente ao longo da história foi como realizar tarefas mecânicas cotidianas com o mínimo de esforço. Várias soluções encontradas faziam uso de máquinas simples. Um exemplo de combinação de máquinas simples, ainda hoje muito utilizada, é o carrinho de mão mostrado no desenho esquemático abaixo.

Carrinho de mão em equilíbrio com força F, peso P e distâncias L e R medidas a partir da roda.

Na figura, vemos um carrinho parado. Nela, o peso da carga e do carrinho, representado pela força $P$, é sustentado por uma força $F$ no sentido contrário, aplicada por uma pessoa, sempre no cabo do carrinho, mais perto ou mais longe do bojo. A carga pode ser movimentada dentro do bojo, podendo ser colocada mais perto ou mais longe da roda.

As distâncias $L$ e $R$ indicam o ponto, em relação à roda, em que são aplicadas as forças $F$ e $P$, respectivamente. As setas no desenho mostram apenas o ponto de aplicação das forças e os seus sentidos e direções, mas o tamanho das setas não está em escala e não representa a intensidade real das forças.

Identifique a alternativa abaixo que apresenta uma afirmação CORRETA sobre a situação mostrada na figura desta questão.

A)Ao aumentarmos a distância $L$, mantendo-se a distância $R$, a força $F$ necessária para sustentar o peso $P$ também aumenta.
B)Ao diminuirmos a distância $R$, mantendo-se a distância $L$, a força $F$ necessária para sustentar o peso $P$ também diminui.
C)A força $F$ aplicada pela pessoa no cabo do carrinho de mão será maior do que o peso $P$, sejam quais forem as distâncias $L$ e $R$.
D)A força $F$ aplicada pela pessoa no cabo do carrinho de mão será sempre igual ao peso $P$, sejam quais forem as distâncias $L$ e $R$.

Resolução Método TEF — COLTEC 2023, Processo Seletivo, Caderno 1

B
Resolução

Tomando a roda como eixo de rotação, o equilíbrio exige igualdade entre os módulos dos torques:

$F L=P R$.

Assim, $F=PR/L$. Mantendo $L$ constante, uma diminuição de $R$ provoca diminuição de $F$. Portanto, a alternativa correta é B.

Q60
Óptica — Miopia e lentes divergentes

Um olho normal pode ajustar a curvatura do cristalino para formar a imagem nítida de um objeto sobre a retina, que é a responsável por transformar essa imagem em impulsos nervosos enviados ao cérebro. A Figura I abaixo ilustra esse processo. Esse ajuste, no entanto, não é sempre possível em olhos de pessoas que têm defeitos de visão.

Um defeito de visão muito comum é a miopia, em que o olho forma a imagem de objetos distantes antes da retina, não permitindo uma visão nítida desses objetos, conforme mostrado na Figura II abaixo. Para corrigir esse defeito, é utilizada uma lente próxima ao olho para afastar a imagem e levá-la a se formar sobre a retina.

Esquemas de um olho normal e de um olho com miopia, indicando córnea, cristalino, retina e nervo óptico.

As figuras abaixo mostram quatro perfis de lentes que podem ser utilizadas para corrigir defeitos de visão e o efeito que elas fazem sobre um feixe de luz paralelo incidindo sobre elas.

Quatro perfis de lentes, I a IV, mostrando lentes divergentes e convergentes e seus efeitos sobre raios paralelos.

Quais são os dois perfis de lentes, entre os mostrados acima, que podem ser utilizados para corrigir a miopia?

A)I e III.
B)I e IV.
C)II e III.
D)II e IV.

Resolução Método TEF — COLTEC 2023, Processo Seletivo, Caderno 1

A
Resolução

Na miopia, o sistema óptico do olho converge os raios excessivamente, formando a imagem de objetos distantes antes da retina.

A correção é feita com uma lente divergente, que aumenta a divergência dos raios antes de eles entrarem no olho e desloca a formação da imagem para a retina.

Os perfis I e III produzem divergência de um feixe inicialmente paralelo. Portanto, a alternativa correta é A.

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