FCM-MG Medicina 2020.1 — Física resolvida

Q41

Ondulatória — Onda sonora longitudinal

A figura abaixo mostra um alto-falante que emite um som de apenas uma frequência. Os pequenos pontos da figura representam as partículas do ar que estão vibrando com a passagem da onda sonora.

Alto-falante emitindo onda longitudinal com regiões P, Q, R, S e T

Essa onda sonora longitudinal é equivalente a outra transversal constituída de cristas e vales. Duas cristas consecutivas da onda transversal correspondente estarão situadas nas regiões indicadas pelas setas das letras P e:

A)T.

B)S.

C)R.

D)Q.

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Resolução

Em uma onda sonora longitudinal, as regiões de compressão correspondem às cristas da representação transversal equivalente.

Na figura, P está em uma região de compressão. A compressão imediatamente seguinte ocorre em R.

Logo, as cristas consecutivas correspondem às regiões P e R.

Alternativa correta: C.

Q42

Calorimetria — Mudanças de fase

Uma pedra de gelo, inicialmente a $-30\,^\circ\text{C}$, é aquecida, no nível do mar, até atingir $110\,^\circ\text{C}$ e para isso absorve $1480\,\text{kcal}$. Considere desprezível a capacidade térmica do recipiente. Sabe-se que os calores específicos da água nas fases sólida, líquida e gasosa são respectivamente $0{,}5\,\text{cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$, $1{,}0\,\text{cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$ e $0{,}5\,\text{cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$ e que os calores de fusão e vaporização dessa substância são respectivamente $80\,\text{cal/g}$ e $540\,\text{cal/g}$.

A massa de gelo envolvida nessa situação é de:

A)2,0 kg.

B)0,020 kg.

C)2,0 g.

D)0,2 g.

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Resolução

O calor absorvido por grama em todo o processo é

$q=0{,}5\cdot30+80+1{,}0\cdot100+540+0{,}5\cdot10$.

$q=15+80+100+540+5=740\,\text{cal/g}$.

Como $Q=1480\,\text{kcal}=1{,}48\times10^6\,\text{cal}$:

$m=\dfrac{1{,}48\times10^6}{740}=2{,}0\times10^3\,\text{g}=2{,}0\,\text{kg}$.

Alternativa correta: A.

Q43

Eletrodinâmica — Resistividade do filamento

As lâmpadas incandescentes de filamento foram substituídas no mercado devido a sua baixa eficiência energética. A maior parte da energia elétrica que essas lâmpadas transformavam se dissipava na forma de calor, e pouco era aproveitado como fonte de luz. Entretanto, elas são usadas hoje como item de decoração.

O gráfico mostra a relação entre a resistividade do filamento da lâmpada e sua temperatura.

Gráfico de resistividade do filamento em função da temperatura

O comprimento do filamento de uma lâmpada de $40\,\text{W}$–$120\,\text{V}$ é de $30\,\text{cm}$ e o diâmetro de seu fio cilíndrico é de $0{,}03\,\text{mm}$. Considerando $\pi=3$, a temperatura do filamento, quando a lâmpada está acesa, é de, aproximadamente:

A)$700\,^\circ\text{C}$.

B)$1500\,^\circ\text{C}$.

C)$2000\,^\circ\text{C}$.

D)$2500\,^\circ\text{C}$.

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Resolução

A resistência elétrica da lâmpada acesa é

$R=\dfrac{U^2}{P}=\dfrac{120^2}{40}=360\,\Omega$.

O diâmetro do fio é $d=0{,}03\,\text{mm}=3{,}0\times10^{-5}\,\text{m}$. Logo, com $\pi=3$:

$A=\dfrac{\pi d^2}{4}=\dfrac{3(3{,}0\times10^{-5})^2}{4}=6{,}75\times10^{-10}\,\text{m}^2$.

Usando $R=\rho L/A$:

$\rho=\dfrac{RA}{L}=\dfrac{360\cdot6{,}75\times10^{-10}}{0{,}30}=8{,}1\times10^{-7}\,\Omega\cdot\text{m}$.

Assim, $\rho=81\times10^{-8}\,\Omega\cdot\text{m}$. Pela leitura do gráfico, esse valor corresponde aproximadamente a $2500\,^\circ\text{C}$.

Alternativa correta: D.

Q44

Mecânica — Energia e colisão perfeitamente inelástica

Um carrinho de massa $300\,\text{g}$ é solto a partir do repouso de uma altura $H$ de uma rampa e colide frontalmente, na pista horizontal, com outro carrinho de massa $200\,\text{g}$ e velocidade $V$, que se move para a direita, como na figura. Os atritos dos carrinhos com as superfícies são desprezíveis. A aceleração da gravidade vale $10\,\text{m/s}^2$ e $H=20\,\text{cm}$.

Dois carrinhos, um na pista horizontal e outro numa rampa a uma altura H

Após o choque, ambos movem-se juntos para a direita e sobem a rampa até a mesma altura $H$.

Para que tal fato aconteça, a velocidade $V$ do carrinho de $200\,\text{g}$ é de:

A)8 m/s.

B)6 m/s.

C)4 m/s.

D)2 m/s.

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Resolução

O carrinho de $300\,\text{g}$ chega à pista com velocidade de módulo

$v_1=\sqrt{2gH}=\sqrt{2\cdot10\cdot0{,}20}=2\,\text{m/s}$.

Tomando a direita como sentido positivo, esse carrinho move-se para a esquerda: $v_1=-2\,\text{m/s}$.

Depois da colisão, a massa total é $0{,}50\,\text{kg}$. Para subir novamente até $H$, o conjunto deve sair da colisão com velocidade

$v_f=\sqrt{2gH}=2\,\text{m/s}$.

Conservando a quantidade de movimento na colisão:

$0{,}30(-2)+0{,}20V=0{,}50(2)$.

$-0{,}60+0{,}20V=1{,}00\Rightarrow V=8\,\text{m/s}$.

Alternativa correta: A.

Q45

Óptica geométrica — Associação afocal de lentes

Raios de luz paralelos incidem em duas lentes delgadas de vidro, uma convergente e outra divergente, e são desviados, conforme está mostrado na figura. O quadriculado possui lado de $1\,\text{cm}$.

Lentes convergente e divergente sobre quadriculado de um centímetro com trajetórias de raios paralelos

Se as lentes forem colocadas sobre o mesmo eixo principal, a distância entre elas, para que os feixes de luz penetrem e saiam delas, paralelamente, será de:

A)4 cm.

B)5 cm.

C)9 cm.

D)13 cm.

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Resolução

Pelo quadriculado, a lente convergente apresenta distância focal de aproximadamente

$f_c=9\,\text{cm}$.

Para a lente divergente, o prolongamento dos raios emergentes encontra-se no foco virtual a aproximadamente

$|f_d|=4\,\text{cm}$.

Para formar um sistema afocal do tipo galileano, os focos devem coincidir. Portanto, a separação entre as lentes é

$d=f_c-|f_d|=9-4=5\,\text{cm}$.

Alternativa correta: B.

FCM-MG · Medicina 2020.1

Dados da prova