FAZU 2012.2 — Física com gabarito e resolução

Q21

Mecânica — Cinemática

Depois de ficar desligado por 14 meses, o LHC (Large Hadron Collider ou Grande Colisor de Hádrons), maior acelerador de partículas do mundo, foi reativado dia 20 de novembro de 2009. O objetivo do LHC é criar novas partículas, a partir das colisões entre prótons, e recriar os instantes posteriores ao Big Bang, o que confirmará ou não a teoria física baseada no Bóson de Higgs. Nele, o feixe de prótons manterá uma trajetória circular de 27 km de comprimento, com velocidades muito próximas à velocidade da luz no vácuo. O movimento circular é mantido devido ao campo magnético criado por um conjunto de ímãs.

Sabendo que a velocidade da luz no vácuo é de 3 × 10⁵ km/s, podemos afirmar que o intervalo de tempo aproximado para que cada próton do feixe complete uma volta é de:

a)1·10⁻⁶ s.

b)1·10⁻⁵ s.

c)9·10⁻⁶ s.

d)9·10⁻⁵ s.

e)1·10⁶ s.

Gabarito oficial anexado: D.

Resolução

Usando o comprimento de uma volta, T = 27/(3 × 10⁵) = 9 × 10⁻⁵ s. Não é necessário calcular o raio da trajetória.

Alternativa correta: D.

Q22

Mecânica — Trabalho e energia

Um estudante estava praticando rapel nas Cataratas do Iguaçu e, quando estava a uma altura de 45 m em relação à superfície do rio, deixou caírem seus óculos.

Considerando que a aceleração da gravidade no local é de 10m/s² e desprezando todas as forças dissipativas, podemos afirmar que:

a)antes de caírem seus óculos tinham apenas energia cinética.

b)quando chegaram à superfície do rio a velocidade dos óculos era de 30 m/s.

c)ao chegarem à superfície do rio a energia dos óculos era puramente potencial.

d)se o estudante também caísse ele chegaria à superfície do rio com uma velocidade diferente da dos óculos.

e)a energia mecânica dos óculos não é constante em seu movimento de queda.

Gabarito oficial anexado: B.

Resolução

A energia potencial inicial se transforma em cinética: v = √(2gh) = √(2 × 10 × 45) = 30 m/s. A massa não interfere no resultado.

Alternativa correta: B.

Q23

Termologia — Calorimetria

Antes de irem para o local da prova do vestibular, alguns alunos resolveram ir a uma lanchonete tomar um café com leite. Chegando lá, um aluno mais atento resolveu tentar descobrir qual era a temperatura final da mistura que ele ia beber. Para isso, ele descobriu que, no preparo, foram utilizados 120 g de leite a 5ºC e 70g de café a 100ºC. Sabendo que a temperatura do copo no início do preparo era de 20ºC que sua capacidade térmica é de 10 cal/ºC, e desprezando as trocas de calor com o ambiente, a temperatura final encontrada pelo aluno foi de:

Dados: calor específico do leite e do café c_leite = c_café = 1 cal/g°C.

a)30 °C.

b)35 °C.

c)39 °C.

d)42 °C.

e)45 °C.

Gabarito oficial anexado: C.

Resolução

Somando as trocas de calor de leite, café e copo: 120(T − 5) + 70(T − 100) + 10(T − 20) = 0. Logo, 200T = 7800 e T = 39 °C.

Alternativa correta: C.

Q24

Mecânica — Hidrostática e fluidos

Num dia de muito sol, algumas crianças estavam brincando em uma piscina e, em determinado momento, uma delas começou a brincar de ficar boiando nas águas dessa piscina. Sabendo que 3/4 do volume total da pessoa estava submerso e considerando que a densidade da água é de 1000 kg/m³ podemos concluir que a densidade dessa pessoa era igual a:

a)250 kg/m³.

b)400 kg/m³.

c)550 kg/m³.

d)750 kg/m³.

e)800 kg/m³.

Gabarito oficial anexado: D.

Resolução

No equilíbrio de flutuação, ρpessoa/ρágua = Vsub/Vtotal = 3/4. Portanto, ρpessoa = 0,75 × 1000 = 750 kg/m³.

Alternativa correta: D.

Q25

Termologia — Termodinâmica

A segunda lei da termodinâmica diz que é impossível construir uma máquina térmica que opere em ciclos, retirando calor de uma fonte e convertendo-o integralmente em trabalho. Essa lei nos leva a concluir que:

a)toda máquina térmica retira calor de uma fonte quente e repassa parte desse calor para uma fonte fria.

b)uma máquina térmica necessita somente de uma fonte fria.

c)calor e trabalho são grandezas que não têm nenhuma relação entre si.

d)sempre se podem construir máquinas térmicas que têm rendimento máximo.

e)uma máquina térmica com somente uma fonte fria, mantida sempre a 0ºC, poderia converter integralmente calor em trabalho.

Gabarito oficial anexado: A.

Resolução

Uma máquina térmica cíclica recebe Qquente, realiza trabalho W e rejeita Qfrio, com W = Qquente − Qfrio. A segunda lei impede a conversão integral do calor recebido de uma única fonte em trabalho num ciclo.

Alternativa correta: A.