PUC Minas · 2025.1 · Geral — Física com resolução comentada

Vestibular · Geral · Demais cursos · Física: questões 16 a 20.

Q16
Óptica — REFRAÇÃO ATMOSFÉRICA — ESTRELA NO ZÊNITE
Raio da estrela refratado na atmosfera e posição aparente acima da posição real.

Quando observamos uma estrela a partir da superfície da Terra, a posição em que a percebemos geralmente não corresponde à sua posição real. Isso ocorre porque a luz dessa estrela muda de direção quando sofre refração ao passar do vácuo interestelar para a atmosfera terrestre. Fonte da imagem: https://maggiesscienceconnection.weebly.com/the-cool-effects-of-refraction.html Considere uma estrela que aparece no horizonte às 15h, passa pelo zênite (o ponto mais alto do céu) às 21h, e se põe no horizonte às 3h. A que horas a posição aparente dessa estrela corresponderá à sua posição real?

A)
0h.
B)
3h.
C)
15h.
D)
21h.

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D
Resolução comentada

No modelo de camadas atmosféricas paralelas, o raio vindo do zênite incide normalmente nas interfaces.

Pela lei de Snell:

$$n_1\sin i=n_2\sin r$$

$$i=0\ \Rightarrow\ r=0$$

Não há desvio angular. A estrela passa pelo zênite às 21 h, quando as posições real e aparente coincidem nesse modelo.

Alternativa D.

Q17
Termologia — Calorimetria — DIMENSIONAMENTO DO AR-CONDICIONADO
Auditório com dimensões de 10 metros por 10 metros por 7 metros.

O diretor de uma escola decidiu escolher um ar-condicionado que consiga resfriar um auditório de 30°C para 20°C em 18 minutos. Ilustração do auditório com dimensões $10\ \mathrm m\times10\ \mathrm m\times7\ \mathrm m$ Faça as seguintes considerações: • A potência dos ares-condicionados é medida em BTU e um aparelho de 12.000 BTU pode congelar completamente uma tonelada de água, com temperatura inicial de 0°C, em um intervalo de 24 horas. • A taxa de resfriamento do ar é igual à taxa de congelamento da água a 0°C, ou seja, a potência de um aparelho de ar-condicionado é equivalente para os dois meios. • Não há troca de ar nem de calor com o ambiente externo durante o uso do ar-condicionado. Dados: • calor latente da água: L = 336 kJ/kg; • calor específico do ar: c = 1 kJ/kg·°C; • densidade do ar: d = 1,2 $\mathrm{kg/m^3}$. Qual das alternativas abaixo representa a potência necessária para atingir o objetivo do diretor?

A)
6.000 BTU.
B)
12.000 BTU.
C)
18.000 BTU.
D)
24.000 BTU.

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D
Resolução comentada

O volume e a massa de ar são:

$$V=10\cdot10\cdot7=700\ \mathrm{m^3}$$

$$m=dV=1{,}2\cdot700=840\ \mathrm{kg}$$

O calor que deve ser retirado é:

$$Q=mc\Delta T$$

$$Q=840\cdot1\cdot10=8400\ \mathrm{kJ}$$

$$P=\frac{8400}{18\cdot60}=\frac{70}{9}\ \mathrm{kW}$$

Pela referência fornecida para o aparelho de 12.000 BTU:

$$Q_0=1000\cdot336=336000\ \mathrm{kJ}$$

$$P_0=\frac{336000}{24\cdot3600}=\frac{35}{9}\ \mathrm{kW}$$

$$\frac{P}{P_0}=2$$

A capacidade necessária é o dobro da referência, isto é, 24.000 na escala nominal usada pelo caderno. Tecnicamente, potência de refrigeração é expressa em BTU/h; BTU isoladamente mede energia.

Alternativa D.

Q18
Eletromagnetismo — INDUÇÃO — CARREGAMENTO SEM FIO

Carregadores sem fio para smartphones utilizam indução eletromagnética para recarregar o dispositivo, eliminando a necessidade de cabos entre o carregador e o aparelho. O carregador consiste em uma bobina por onde passa uma corrente elétrica alternada, que realiza a recarga de uma bateria que é aproximada dele. Qual das alternativas abaixo explica como o carregador de indução carrega a bateria?

A)
O carregador gera ondas eletromagnéticas que aquecem a bateria, provocando uma corrente elétrica.
B)
O carregador gera um campo magnético variável, provocando uma corrente elétrica na bateria.
C)
Uma corrente elétrica alternada atravessa do carregador para a bateria.
D)
Uma corrente elétrica contínua atravessa do carregador para a bateria.

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B
Resolução comentada

A corrente alternada gera campo magnético variável. O fluxo através da bobina receptora também varia, induzindo uma força eletromotriz:

$$\varepsilon=-\frac{d\Phi_B}{dt}$$

A eletrônica do telefone retifica e regula essa energia para carregar a bateria. A alternativa esperada descreve esse processo de forma abreviada, mencionando a corrente na bateria.

Alternativa B.

Q19
Mecânica — Gravitação — COMPARAÇÃO DE QUATRO SISTEMAS
Quatro pares planeta e lua, com massas e distâncias indicadas nas configurações A, B, C e D.

A figura abaixo representa quatro planetas de massa M ou 2M com suas respectivas luas de massa m ou 2m. Cada planeta e sua lua se atraem gravitacionalmente, e estão longe o bastante dos outros planetas e luas. Sabe-se que a distância entre os centros dos astros (planeta e sua respectiva lua) é d ou 2d, conforme indicado na figura. Figura retirada do livro: HEWITT, Paul G. Física conceitual, 11. ed. Ed Bookman. Podemos afirmar que a configuração que apresenta o menor valor para a força de atração gravitacional é

A)
A
B)
B
C)
C
D)
D

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D
Resolução comentada

Tomando a configuração A como referência:

$$F_0=\frac{GMm}{d^2}$$

As quatro forças são:

$$F_A=F_0$$

$$F_B=2F_0$$

$$F_C=2F_0$$

$$F_D=\frac{G M(2m)}{(2d)^2}=\frac{F_0}{2}$$

A configuração com massas M e 2m separadas por 2d apresenta a menor força.

Alternativa D.

Q20
Mecânica — LEIS DE KEPLER — ÁREAS IGUAIS
Órbita elíptica com setores ASB e CSD de áreas iguais.

Johannes Kepler (1571-1630) foi um astrônomo, astrólogo e matemático alemão, conhecido principalmente por suas leis do movimento planetário, que desempenharam um papel crucial no desenvolvimento da astronomia moderna. Dentre outras coisas, ele constatou que os planetas descrevem órbitas elípticas em torno do Sol, e não circulares, como se acreditava até então. Considere um planeta em uma órbita elíptica ABCD em torno do Sol S. Sabe-se que a área do setor circular ASB e CSD são iguais e que a distância percorrida pelo planeta no trecho AB é metade da distância percorrida no trecho CD. Figura retirada do livro: HEWITT, Paul G. Física conceitual, 11. ed. Ed Bookman. Dessa forma, podemos afirmar que a razão entre os intervalos de tempo para varrer a área do setor circular ASB e CSD é igual a

A)
$\frac12$
B)
$\frac14$
C)
$1$
D)
$2$

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C
Resolução comentada

A segunda lei de Kepler estabelece que o segmento que liga o planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais:

$$\frac{A_{ASB}}{\Delta t_{AB}}=\frac{A_{CSD}}{\Delta t_{CD}}$$

Como as áreas são iguais:

$$\frac{\Delta t_{AB}}{\Delta t_{CD}}=1$$

O comprimento menor de AB indica menor velocidade média nesse trecho, pois o tempo é o mesmo. Os setores da figura são elípticos, apesar da expressão “setor circular” usada no caderno.

Alternativa C.

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