Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

PUC Minas · 2011.1 · Interior — Física com resolução comentada

Vestibular · Interior · Física: questões 26 a 35.

Q26
Mecânica — Trabalho e energia — Trabalho da força centrípeta

O trabalho feito pela força centrípeta (F) sobre uma partícula de massa m, que se move em movimento circular uniforme num circulo de raio r com velocidade de módulo v, vale:

A)
F x r
B)
F x 2πr
C)
zero
D)
F x v

PUC Minas · Gabarito oficial — caderno 2

C
Resolução comentada

Em cada ponto, a força centrípeta é perpendicular ao deslocamento infinitesimal:

$$dW=\vec F_c\cdot d\vec s$$

$$dW=F_c\,ds\cos90^\circ$$

$$dW=0$$

Logo, seu trabalho total é nulo. Ela muda a direção da velocidade sem alterar seu módulo.

Alternativa C.

Q27
Mecânica — Trabalho e energia — Variação da energia cinética

Uma força horizontal de 5,0 N atua sobre um objeto de massa 3,0 Kg movendo-o através da distância de 6,0 m ao longo de uma superfície horizontal, com atrito desprezível. A variação da energia cinética do objeto é, em Joules, igual a:

A)
6,0
B)
30
C)
15
D)
90

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B
Resolução comentada

O trabalho resultante é igual à variação da energia cinética. Peso e normal não realizam trabalho neste deslocamento:

$$\Delta E_c=W_{\mathrm{resultante}}$$

$$\Delta E_c=Fd$$

$$\Delta E_c=5{,}0\cdot6{,}0$$

$$\Delta E_c=30\ \mathrm J$$

Alternativa B.

Q28
Eletricidade — Eletrodinâmica — Divisor de tensão em série

No circuito representado, assinale a leitura do voltímetro.

Fonte ideal de 60 V alimenta resistores de 20 Ω e 10 Ω em série; voltímetro em paralelo com o de 20 Ω.
A)
2,0 V
B)
20 V
C)
30 V
D)
40 V

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D
Resolução comentada

Para a fonte e o voltímetro ideais, a resistência equivalente é:

$$R_{\mathrm{eq}}=20+10$$

$$R_{\mathrm{eq}}=30\ \Omega$$

A corrente do circuito vale:

$$I=\frac{60}{30}$$

$$I=2\ \mathrm A$$

O voltímetro está ligado ao resistor de 20 Ω:

$$U=RI$$

$$U=20\cdot2$$

$$U=40\ \mathrm V$$

Alternativa D.

Q29
Mecânica — Movimento circular — Módulo da aceleração centrípeta

No diagrama, S é um ponto no pneu de um carro, que gira com velocidade constante. Assinale o gráfico que melhor representa a aceleração centrípeta de S em função do tempo.

Ponto S no pneu de um carro em movimento com velocidade constante.
A)
Módulo da aceleração centrípeta crescendo linearmente com o tempo.
B)
Módulo da aceleração centrípeta decrescendo com o tempo.
C)
Módulo da aceleração centrípeta constante e positivo.
D)
Módulo da aceleração centrípeta crescendo com taxa de crescimento decrescente.

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C
Resolução comentada

Para rotação uniforme de raio r e velocidade angular ω:

$$a_c=\omega^2r$$

Como ω e r são constantes, o módulo da aceleração centrípeta permanece constante e positivo. O gráfico é uma reta horizontal acima do eixo do tempo.

A direção da aceleração, voltada ao centro do pneu, muda continuamente.

Alternativa C.

Q30
Termologia — Termodinâmica — Etapas de um ciclo P–V

Texto-base: ciclo termodinâmico (Q30–Q31)

As questões 30 e 31 se referem ao gráfico da pressão P em função do volume V de um ciclo termodinâmico de um gás ideal. O ciclo acontece na ordem 1–2–3–4–5–1.

Marque a opção que contém as transformações na ordem CORRETA do ciclo.

Ciclo no plano P–V: 1–2 vertical para cima, 2–3 horizontal para a direita, 3–4 curva descendente, 4–5 vertical para baixo e 5–1 horizontal para a esquerda.
A)
isovolumétrica, isobárica, adiabática, isovolumétrica, isobárica.
B)
adiabática, isovolumétrica, adiabática, isovolumétrica, isobárica.
C)
isobárica, adiabática, adiabática, isobárica, isovolumétrica.
D)
adiabática, isovolumétrica, isobárica, isovolumétrica, isobárica.

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A
Resolução comentada

No diagrama P–V, os segmentos verticais mantêm o volume e os horizontais mantêm a pressão.

De 1 para 2: transformação isovolumétrica. De 2 para 3: isobárica. De 3 para 4: adiabática na interpretação adotada pelo caderno. De 4 para 5: isovolumétrica. De 5 para 1: isobárica.

Ressalva: um ramo curvo pode representar outras transformações. Sem uma lei ou indicação de isolamento térmico, o desenho por si só não demonstra que o trecho 3–4 é adiabático; essa classificação corresponde ao modelo pressuposto nas alternativas.

Alternativa A.

Q31
Termologia — Termodinâmica — Trabalho nas etapas de um ciclo

Texto-base: ciclo termodinâmico (Q30–Q31)

As questões 30 e 31 se referem ao gráfico da pressão P em função do volume V de um ciclo termodinâmico de um gás ideal. O ciclo acontece na ordem 1–2–3–4–5–1.

O trabalho é realizado nas seguintes etapas do ciclo:

Ciclo no plano P–V: 1–2 vertical para cima, 2–3 horizontal para a direita, 3–4 curva descendente, 4–5 vertical para baixo e 5–1 horizontal para a esquerda.
A)
1–2; 2–3; 5 –1
B)
4–5; 5–1
C)
1–2; 3–4; 5 –1
D)
2–3; 3–4; 5 –1

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D
Resolução comentada

O trabalho realizado pelo gás é:

$$W=\int P\,dV$$

Nos trechos 1–2 e 4–5, o volume é constante e o trabalho é nulo. Nas etapas 2–3, 3–4 e 5–1, há variação de volume e trabalho não nulo.

O trabalho é positivo nas expansões 2–3 e 3–4 e negativo na compressão 5–1.

Alternativa D.

Q32
Termologia — Gases — Massa de ar em sala aquecida

Considere uma sala de aula com temperatura ambiente de 20 °C. À tarde, a temperatura no interior da sala chega a 36 °C. É CORRETO afirmar:

A)
O volume de ar no interior da sala aumenta.
B)
A massa de ar no interior da sala diminui.
C)
A massa de ar no interior da sala não se altera.
D)
O volume de ar na sala diminui.

PUC Minas · Gabarito oficial — caderno 2

B
Resolução comentada

Admitindo sala em comunicação com o exterior, com volume fixo e pressão aproximadamente constante:

$$PV=nRT$$

$$n=\frac{PV}{RT}$$

As temperaturas absolutas são aproximadamente:

$$T_i=293\ \mathrm K$$

$$T_f=309\ \mathrm K$$

A razão entre as massas de ar é:

$$\frac{m_f}{m_i}=\frac{T_i}{T_f}$$

$$\frac{m_f}{m_i}=\frac{293}{309}<1$$

Logo, a massa de ar diminui. Se a sala fosse hermética, a massa seria constante e a pressão aumentaria; o enunciado pressupõe a primeira situação.

Alternativa B.

Q33
Mecânica — Hidrostática — Corpo suspenso em um líquido

A figura mostra três objetos colocados livremente em líquidos diferentes. É CORRETO afirmar:

Três recipientes: corpo 1 flutua parcialmente, corpo 2 fica suspenso no líquido e corpo 3 repousa no fundo.
A)
o líquido 1 é mais denso que o líquido 3.
B)
o objeto 2 é mais pesado que o objeto 1.
C)
o líquido 2 é mais denso que o líquido 3.
D)
a densidade do líquido 2 é igual à densidade do objeto 2.

PUC Minas · Gabarito oficial — caderno 2

D
Resolução comentada

No corpo 2, livre e totalmente submerso, o empuxo equilibra o peso:

$$E=P$$

$$\rho_{\ell}gV=\rho_cgV$$

$$\rho_{\ell}=\rho_c$$

A densidade do líquido 2 é igual à do corpo 2. O corpo 3 pode receber uma força normal do fundo, e o corpo 1 desloca apenas parte de seu volume.

Alternativa D.

Q34
Eletricidade — Eletrostática — Contato entre esferas idênticas

Na figura, estão representadas duas esferas metálicas idênticas 1 e 2, com cargas elétricas $Q_1=+6\ \mathrm{nC}$ e $Q_2=+2\ \mathrm{nC}$. Fazendo o contato entre elas, assinale a carga elétrica final de cada uma.

Duas esferas condutoras idênticas sobre suportes isolantes.
A)
4nC e 4nC
B)
8nc e zero
C)
2nC e 6 nC
D)
zero para ambas

PUC Minas · Gabarito oficial — caderno 2

A
Resolução comentada

A carga total se conserva:

$$Q_{\mathrm{total}}=6+2$$

$$Q_{\mathrm{total}}=8\ \mathrm{nC}$$

Para esferas condutoras idênticas após o contato:

$$Q'_1=Q'_2=\frac{Q_{\mathrm{total}}}{2}$$

$$Q'_1=Q'_2=4\ \mathrm{nC}$$

Alternativa A.

Q35
Termologia — Energia — Conversões em aparelhos e motores

Marque a afirmativa CORRETA.

A)
Em um ventilador em funcionamento, ocorre a transformação da energia elétrica exclusivamente em energia mecânica.
B)
Em uma geladeira em funcionamento, ocorre a transformação da energia elétrica em energia mecânica e em calor.
C)
Em um ferro elétrico em funcionamento, ocorre a transformação da energia elétrica em calor e em energia mecânica.
D)
No motor de um automóvel em funcionamento, ocorre a transformação total do calor em energia mecânica.

PUC Minas · Gabarito oficial — caderno 2

B
Resolução comentada

Na geladeira, a energia elétrica aciona o motor do compressor e há dissipação térmica. O aparelho retira energia do interior e a transfere ao ambiente com auxílio do trabalho recebido:

$$Q_{\mathrm{quente}}=Q_{\mathrm{frio}}+W$$

Ventiladores também dissipam calor; o ferro elétrico não tem como função produzir energia mecânica; e um motor térmico não converte integralmente o calor recebido em trabalho.

Alternativa B.

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