FCM-MG Medicina 2024.2 — Física resolvida

Q41

Dinâmica — Equilíbrio em movimento retilíneo uniforme

Leia o texto a seguir.

O voo da Ingenuity

O Rover Perseverance, da Agência Espacial Norte-Americana (NASA), pousou com segurança em Marte em 18 de fevereiro de 2021, conforme o planejado, após uma jornada de 468 milhões de quilômetros desde a Terra. Após realizar um pouso perfeito na cratera Jezero, o Rover iniciou sua missão de dois anos, que inclui a busca por resquícios de vida microbiana e o desenvolvimento de estudos climáticos e geológicos, conforme pode ser visto neste post.

[...]

Em seu primeiro voo, o helicóptero de aproximadamente 2,0 kg decolou, chegou a cerca de três metros acima do solo, pairou no ar brevemente, completou uma curva e então pousou. Foi um marco importante: o primeiro voo com motor na atmosfera extremamente fina de Marte e o primeiro voo desse tipo em qualquer mundo além da Terra.

PUCRS. O voo da Ingenuity. Disponível em: pucrs.br/mct/o-voo-da-ingenuity. Acesso em: 30 abr. 2024.

Durante o seu voo teste, o Ingenuity realizou o seu movimento ascendente na vertical, com velocidade baixa e constante. Considere ainda que o valor da aceleração da gravidade em Marte seja de aproximadamente $4{,}0\,\text{m/s}^2$.

Dessa forma, é CORRETO afirmar que a força exercida pelo Ingenuity durante seu movimento ascendente foi igual a:

A)4,0 N.

B)6,0 N.

C)8,0 N.

D)12,0 N.

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Resolução

Como a velocidade de subida é constante, a aceleração é nula e a resultante das forças também é nula.

Logo, a força vertical exercida para sustentar o helicóptero deve equilibrar seu peso em Marte:

$F=mg=2{,}0\cdot4{,}0=8{,}0\,\text{N}$.

Alternativa correta: C.

Q42

Física moderna — Radiações alfa, beta e gama

Leia o texto a seguir.

Podemos dizer que radiação é a energia emitida por uma fonte que se propaga pelo espaço e tem a capacidade de penetrar materiais. Conforme detalha a Fiocruz, as radiações são ondas eletromagnéticas ou partículas e, portanto, contêm carga elétrica e magnética. Elas podem ser naturais ou criadas a partir de dispositivos inventados pelo ser humano.

As radiações eletromagnéticas estão presentes no dia a dia da maioria das pessoas. Luz, ondas de rádio e micro-ondas, Raios X e radiação gama são as mais comuns. Já as radiações alfa, beta, feixes de prótons e elétrons são exemplos de radiações em forma de partículas.

Nas últimas décadas, fontes de radiação passaram a ser temidas por muita gente, devido a grandes acidentes como Chernobyl e a exposição ao Césio 137, em Goiânia. Essas ocorrências envolveram a liberação de elementos radioativos sem medidas de controle, levando à ampla exposição, deformações e mortes.

Por outro lado, é inegável a contribuição da radiação no diagnóstico e tratamento de doenças.

MORSCH, José Aldair. Radiação na medicina. Disponível em: telemedicinamorsch.com.br/blog/radiacao-na-medicina. 2019. Acesso em: 30 abr. 2024.

Durante uma aula sobre radiações usadas na Medicina, um estudante questiona seu professor sobre as características das radiações alfa, beta e gama. Ele está interessado em compreender as propriedades intrínsecas dessas formas de radiação.

Qual das seguintes alternativas descreve uma comparação CORRETA?

A)A radiação gama possui uma velocidade de propagação menor do que a radiação alfa, uma vez que não possui carga elétrica.

B)A radiação beta é constituída por partículas mais leves em relação à radiação alfa, sendo consequentemente mais suscetível à deflexão por campos elétricos.

C)A radiação beta possui uma velocidade de propagação maior do que a radiação gama, o que lhe confere uma menor capacidade de penetração nos materiais.

D)A radiação beta é composta por partículas com maior massa em relação à radiação alfa, o que lhe confere uma maior capacidade de penetração nos materiais.

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Resolução

A radiação alfa é constituída por núcleos de hélio, portanto possui massa muito maior que a de uma partícula beta, que corresponde a elétron ou pósitron.

Por ter massa muito menor, a partícula beta apresenta maior razão entre carga e massa e sofre deflexão mais acentuada em campos elétricos.

A radiação gama é uma onda eletromagnética e, no vácuo, propaga-se com a velocidade da luz.

Alternativa correta: B.

Q43

Ondulatória — Difração e ondas eletromagnéticas

O texto a seguir analisa a proteção exercida pela porta do aparelho de micro-ondas ao barrar a radiação emitida pelo equipamento.

Difração na grade da porta do forno de micro-ondas

A grade metálica na vidraça do forno de micro-ondas determina que a transmissão de micro-ondas para o ambiente externo seja praticamente nula, ficando dentro dos limites de segurança tolerados. A transmissão das ondas por difração é quase anulada, pois o comprimento de onda das micro-ondas produzidas pelo magnetron do forno, que opera na frequência de 2,5 GHz, [...] é 120 vezes maior do que a dimensão característica do orifício. Assim a intensidade da radiação difratada pelos orifícios é desprezível. Ou seja, as micro-ondas “percebem” a grade como uma parede metálica contínua e são então preferencialmente refletidas de volta para o interior do forno.

Entretanto, os diâmetros dos orifícios na grade da porta do forno são cerca de 2 000 vezes o comprimento de onda da luz visível. Quando uma onda passa por um orifício que é muito maior do que o seu comprimento de onda, a onda transmitida não apresenta efeitos de difração importantes. Por isso é possível enxergar o interior do forno enquanto as micro-ondas são barradas.

SILVEIRA, Fernando Lang da. Difração na grade da porta do forno de micro-ondas. 2021. Adaptado. Acesso em: 05 abr. 2024.

A partir das informações contidas no texto e considerando a velocidade das ondas eletromagnéticas no ar igual a $3{,}0\times10^8\,\text{m/s}$, conclui-se que a frequência da luz visível analisada é, em Hz, igual a:

A)$2{,}5\times10^{-7}$

B)$3{,}0\times10^{14}$

C)$5{,}0\times10^{-7}$

D)$6{,}0\times10^{14}$

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Resolução

Para as micro-ondas:

$\lambda_{\text{micro}}=\dfrac{c}{f}=\dfrac{3{,}0\times10^8}{2{,}5\times10^9}=1{,}2\times10^{-1}\,\text{m}$.

O diâmetro característico do orifício é 120 vezes menor:

$d=\dfrac{1{,}2\times10^{-1}}{120}=1{,}0\times10^{-3}\,\text{m}$.

Como esse diâmetro é 2 000 vezes o comprimento de onda da luz visível:

$\lambda_{\text{vis}}=\dfrac{1{,}0\times10^{-3}}{2000}=5{,}0\times10^{-7}\,\text{m}$.

Portanto,

$f_{\text{vis}}=\dfrac{3{,}0\times10^8}{5{,}0\times10^{-7}}=6{,}0\times10^{14}\,\text{Hz}$.

Alternativa correta: D.

Q44

Eletrodinâmica — Chuveiro elétrico e associação de resistores

Gustavo estava tomando banho em um chuveiro com três opções de temperatura: “MORNO”, “QUENTE” e “SUPERQUENTE”. Durante o banho, a temperatura estava ajustada para “MORNO” quando, de repente, a água ficou gelada. Gustavo supôs que a resistência havia queimado. Por curiosidade, ele alterou a seleção de temperatura e, mesmo na posição “QUENTE”, a água permaneceu gelada. No entanto, ao selecionar “SUPERQUENTE”, o chuveiro voltou a aquecer a água.

Qual alternativa apresenta os diagramas elétricos do chuveiro, antes do rompimento do circuito e após selecionar a posição “SUPERQUENTE”, respectivamente?

Alternativa A: par de diagramas elétricos do chuveiro

Alternativa B: par de diagramas elétricos do chuveiro

Alternativa C: par de diagramas elétricos do chuveiro

Alternativa D: par de diagramas elétricos do chuveiro

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Resolução

No chuveiro, a potência dissipada é $P=U^2/R_{\text{eq}}$. Assim, a posição “SUPERQUENTE” deve utilizar a menor resistência equivalente entre as posições disponíveis.

Como o chuveiro deixou de aquecer tanto em “MORNO” quanto em “QUENTE”, o trecho rompido deve ser comum aos caminhos elétricos usados nessas duas posições. Ao selecionar “SUPERQUENTE”, esse trecho precisa ficar fora do circuito, permitindo que a corrente percorra apenas o trecho ainda íntegro de menor resistência.

O conjunto compatível mantém fora do circuito o trecho rompido na posição “SUPERQUENTE” e usa o caminho íntegro de menor resistência.

Alternativa correta: A.

Q45

Calorimetria — Calor específico

“A água é um agente muito útil para refrigerar sistemas encontrados em automóveis e outras máquinas. Se um líquido de baixo calor específico fosse usado para refrigerar tais sistemas sua temperatura se elevaria mais, para uma mesma absorção de calor.”

HEWITT, G. Paul. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2002. Adaptado.

Considerando o calor específico da água $c_{\text{água}}=1{,}0\,\text{cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$ e do álcool $c_{\text{álcool}}=0{,}60\,\text{cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$, calcule a razão entre a variação de temperatura sofrida por duas amostras, uma de álcool e uma de água,

$\dfrac{\Delta T_{\text{álcool}}}{\Delta T_{\text{água}}}$,

de mesma massa, quando recebem a mesma quantidade de calor.

A)0,60

B)1,00

C)1,60

D)1,67

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Resolução

Para cada amostra:

$Q=mc\Delta T$.

Como as duas recebem a mesma quantidade de calor e têm a mesma massa, $\Delta T$ é inversamente proporcional ao calor específico. Logo,

$\dfrac{\Delta T_{\text{álcool}}}{\Delta T_{\text{água}}}=\dfrac{c_{\text{água}}}{c_{\text{álcool}}}=\dfrac{1{,}0}{0{,}60}=1{,}666\ldots\approx1{,}67$.

Alternativa correta: D.

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Dados da prova

O voo da Ingenuity

Difração na grade da porta do forno de micro-ondas