Suprema 2025.2 — Física com resolução

Q19

Mecânica — Energia — Conservação da energia mecânica

Trajetória da bola, com A a 6 m e B a 2 m do solo

Um jogador de futebol chuta uma bola de massa 500 gramas a partir do solo plano e horizontal. Durante a subida, a bola passa pela posição A, localizada 6,0 metros acima do nível do solo. Em A, sua velocidade tem módulo $v_{A}=3{,}6\ \mathrm{km/h}$. Considere desprezíveis as ações de quaisquer forças dissipativas e adote a aceleração da gravidade $g=10\ \mathrm{m/s^2}$ .

Sabendo que ao passar pelo ponto B, a bola está a uma altura $h_{B}=2\ \mathrm{m}$ (veja a figura), é correto concluir que:

a energia mecânica da bola na posição B é maior do que na posição A.

ao passar em B, a bola possui velocidade de módulo igual a $32{,}4\ \mathrm{km/h}$.

ao passar pela posição B, a bola possui energia cinética igual a 81 joules.

a razão entre as energias potenciais gravitacionais da bola nas posições A e B vale 20.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

Sem dissipação, a redução de energia potencial entre A e B aparece como aumento da energia cinética. Na figura, B está 4 m abaixo de A. Como $3{,}6\,\mathrm{km/h}=1\,\mathrm{m/s}$, $$v_B^2=v_A^2+2g(h_A-h_B)=1^2+2\cdot10\cdot4=81\,\mathrm{m^2/s^2}.$$ Portanto $v_B=9\,\mathrm{m/s}=32{,}4\,\mathrm{km/h}$. O valor 81 representa o quadrado da velocidade.

Q20

Eletricidade — Eletrodinâmica — Geradores

Gerador real, três resistores e capacitor em paralelo com o resistor de 4,5 Ω

O circuito abaixo representa uma das partes de um circuito mais complexo de um dispositivo eletrônico. Entre os pontos A e B, há um gerador real, de força eletromotriz $\varepsilon=60\ \mathrm{V}$ e resistência interna $r=1{,}5\ \Omega$.

Sabendo que o capacitor de capacitância $0{,}5\ \mu\,\mathrm{F}$ está completamente carregado, é correto afirmar que:

a energia potencial elétrica armazenada no capacitor vale $4{,}5\ \mu\,\mathrm{J}$.

a corrente no resistor de $2{,}0\ \Omega$ vale, aproximadamente, $5{,}7\ \mathrm{A}$.

a ddp $V_{AB}$ nos terminais do gerador vale $42\ \mathrm{V}$.

a carga elétrica no capacitor vale $9{,}0\ \mu\,\mathrm{C}$.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

Com o capacitor carregado, seu ramo não conduz corrente contínua. No percurso restante, as resistências de 2,0, 4,5 e 7,0 Ω estão em série com a resistência interna de 1,5 Ω. Logo, $I=60/15=4\,\mathrm A$. O capacitor está em paralelo com o resistor de 4,5 Ω, portanto ambos têm tensão de $4\cdot4{,}5=18\,\mathrm V$. A carga no capacitor vale $Q=CU=0{,}5\,\mu\mathrm F\cdot18\,\mathrm V=9{,}0\,\mu\mathrm C$.

Q21

Termologia — Calorimetria — Mudanças de estado

Em um experimento no laboratório de física de sua escola, Maria utiliza um aquecedor elétrico de potência total $4{,}0\ \mathrm{kW}$, com 75% de rendimento, para transformar 450 gramas de gelo a $0\ {}^\circ\mathrm{C}$ em vapor d’água a $100\ {}^\circ\mathrm{C}$. A partir de seus estudos de calorimetria, ela tem acesso às seguintes informações: • calor latente de fusão do gelo:$L_{F}=80\ \mathrm{cal/g}$; • calor específico da água no estado líquido $c_a=1{,}0\ \mathrm{cal/(g\cdot{}^\circ C)}$; • calor latente de vaporização da água $L_{V}=540\ \mathrm{cal/g}$. Sabendo que o experimento ocorre sob pressão atmosférica normal ($1{,}0\ \mathrm{atm}$), e considerando $1{,}0\ \mathrm{cal}\approx 4{,}0\ \mathrm{J}$, qual o intervalo de tempo gasto nesse processo calorimétrico?

81 segundos.

108 segundos.

324 segundos.

432 segundos.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

O gelo já está na temperatura de fusão. É preciso fundi-lo, aquecer a água de 0 a 100 °C e vaporizar a água. Assim, $$Q=450(80+1{,}0\cdot100+540)\,\mathrm{cal}=324000\,\mathrm{cal}=1296000\,\mathrm J.$$ A potência útil é $0{,}75\cdot4000=3000\,\mathrm W$. O tempo é $Q/P_{\text{útil}}=432\,\mathrm s$.

Q22

Eletricidade — Eletrostática — Campo elétrico

Malha com duas cargas positivas separadas por dez quadrados

Após concluir seus estudos de eletrostática, Alice se deparou com a situação representada na figura abaixo, onde há duas cargas elétricas puntiformes, $Q_{1}=2{,}5\ \mu\,\mathrm{C}$ e $Q_{2}=40\ \mu\,\mathrm{C}$, que estão fixas nas posições mostradas.

Ela identificou que cada quadradinho da região representada possui lado igual a $1{,}0\ \mathrm{cm}$, e que o meio é o vácuo, cuja constante eletrostática vale $9\cdot10^{9}\ \mathrm{N\cdot m^2/C^2}$ . Sabendo que o campo elétrico é uma grandeza vetorial e que o potencial elétrico é uma grandeza escalar, é correto afirmar que o campo elétrico resultante devido às cargas $Q_1$ e $Q_2$ será nulo no ponto

D, onde o potencial elétrico resultante valerá $5{,}625\cdot10^{6}\ \mathrm{V}$.

D, onde o potencial elétrico resultante valerá $1{,}125\cdot10^{8}\ \mathrm{V}$.

B, onde o potencial elétrico resultante valerá $5{,}625\cdot10^{6}\ \mathrm{V}$.

B, onde o potencial elétrico resultante valerá $1{,}125\cdot10^{8}\ \mathrm{V}$.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

Entre as cargas positivas, os campos apontam em sentidos opostos. Para que os módulos se igualem, $Q_1/r_1^2=Q_2/r_2^2$. Como $Q_2/Q_1=16$, segue que $r_2=4r_1$. A figura mostra 10 cm de separação. Portanto $r_1=2\,\mathrm{cm}$ e $r_2=8\,\mathrm{cm}$, no ponto B. O potencial é uma soma escalar: $$V=9\cdot10^9\left(\frac{2{,}5\cdot10^{-6}}{0{,}02}+\frac{40\cdot10^{-6}}{0{,}08}\right)\mathrm V=5{,}625\cdot10^6\,\mathrm V.$$

Q23

Mecânica — Dinâmica — Leis de Newton

Um médico de plantão estava trabalhando no andar térreo de um hospital, quando recebe um chamado de emergência para atender um paciente no 10° andar. Com o objetivo de chegar rapidamente ao local do atendimento, ele utiliza o elevador do hospital que, partindo do repouso, atinge a velocidade de $4{,}0\ \mathrm{m/s}$ após ter percorrido uma distância de $8{,}0\ \mathrm{m}$, com aceleração constante. Sabendo que o médico possui massa $85\ \mathrm{kg}$ e considerando a aceleração da gravidade local de módulo $10\ \mathrm{m/s^2}$ , é correto concluir que, durante esse deslocamento, a força normal que o médico aplica no piso do elevador tem direção vertical, sentido para baixo e módulo:

$765\ \mathrm{N}$.

$850\ \mathrm{N}$.

$935\ \mathrm{N}$.

$425\ \mathrm{N}$.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

O elevador sobe e ganha velocidade, logo sua aceleração aponta para cima. Por Torricelli, $a=4{,}0^2/(2\cdot8{,}0)=1{,}0\,\mathrm{m/s^2}$. Sobre o médico, o piso exerce normal para cima e a Terra exerce peso para baixo. Então $N-mg=ma$ e $N=85(10+1)=935\,\mathrm N$. Pela terceira lei de Newton, o médico aplica no piso uma força de mesmo módulo para baixo.

Q24

Óptica — Lentes — Lentes esféricas

Um objeto real está posicionado a $0{,}5\ \mathrm{m}$ de distância de uma das lentes esféricas dos óculos de uma pessoa que possui hipermetropia. Considere que o objeto tenha o formato de uma seta estreita, disposta perpendicularmente ao eixo principal da lente. Sabendo que a vergência dessa lente tem valor absoluto igual a 2,5 dioptrias, é correto concluir que a imagem obtida tem natureza:

real, é invertida em relação ao objeto e se forma a $2{,}0\ \mathrm{m}$ de distância da lente.

virtual, é direita em relação ao objeto e se forma a $2{,}0\ \mathrm{m}$ de distância da lente.

real, é invertida em relação ao objeto e se forma a $1{,}2\ \mathrm{m}$ de distância da lente.

virtual, é direita em relação ao objeto e se forma a $1{,}2\ \mathrm{m}$ de distância da lente.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

A correção da hipermetropia usa lente convergente. A vergência é positiva, portanto $f=1/2{,}5=0{,}40\,\mathrm m$. Com o objeto real a $p=0{,}50\,\mathrm m$, $$\frac1{p\prime}=\frac1f-\frac1p=2{,}5-2{,}0=0{,}5\,\mathrm{m^{-1}}.$$ Logo $p\prime=+2{,}0\,\mathrm m$. A imagem é real e o aumento transversal $-p\prime/p$ é negativo, indicando inversão.

Q25

Ondas — Fenômenos ondulatórios — Efeito Doppler

Nas corridas de fórmula 1 há um som inconfundível, que é o som que vem dos motores dos carros. Se você já teve a oportunidade de estar em uma pista de corrida, talvez tenha percebido que quando o carro se aproxima ou se afasta o som fica um pouco mais agudo ou grave, respectivamente. (...). A situação descrita acima é um fenômeno conhecido como Efeito Doppler e acontece devido a uma alteração na frequência, que é uma consequência do movimento relativo do carro de fórmula 1 (fonte sonora) e você (o observador) quando o carro se aproxima ou se afasta (...). Texto extraído de https://fisica.alegre.ufes.br/sites/fisica.alegre.ufes.br/files/jornal_online_9a_edicao_0.pdf Acesso em: 31/08/2025 Com base no texto apresentado nessa questão, examine a seguinte situação- problema: no autódromo de Interlagos, um carro de fórmula 1 está se movendo em um trecho retilíneo com velocidade constante igual a $252\ \mathrm{km/h}$, afastando-se de um fiscal que está parado, próximo à pista. Nesse intervalo de tempo, o carro emite um som de frequência constante igual a $2050\ \mathrm{Hz}$, medida pelo próprio piloto. Sabendo que no local a velocidade do som no ar vale $340\ \mathrm{m/s}$, é correto concluir que o som escutado pelo fiscal será de frequência igual a:

$1350\ \mathrm{Hz}$.

$1700\ \mathrm{Hz}$.

$2400\ \mathrm{Hz}$.

$2750\ \mathrm{Hz}$.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

O fiscal está parado e o carro se afasta a $252/3{,}6=70\,\mathrm{m/s}$. As frentes de onda que chegam ao fiscal ficam mais espaçadas porque a fonte se afasta entre duas emissões sucessivas. Por isso, no efeito Doppler para fonte em afastamento, $$f_{\rm fiscal}=2050\frac{340}{340+70}\,\mathrm{Hz}=1700\,\mathrm{Hz}.$$

Q26

Ondas — Fenômenos ondulatórios — Ondas estacionárias

Na figura abaixo, há uma corda de massa 12 gramas presa em ambas as extremidades, sob tensão de $200\ \mathrm{N}$, vibrando no estado estacionário correspondente ao terceiro harmônico.

A respeito dessa situação, é correto afirmar que:

a frequência de vibração referente ao terceiro harmônico é igual a $250\ \mathrm{Hz}$.

a velocidade de propagação da onda estacionária nessa corda vale $200\ \mathrm{m/s}$.

o comprimento de onda referente ao modo de vibração representado vale $20\ \mathrm{cm}$.

no harmônico fundamental, essa mesma corda, igualmente tensionada, irá vibrar com frequência igual $750\ \mathrm{Hz}$.

Resposta calculada pelo Método TEF.

Resolução comentada

A figura mostra três ventres em 60 cm. Cada ventre ocupa meia onda, portanto $L=3\lambda/2$ e $\lambda=0{,}40\,\mathrm m$. A densidade linear da corda é $0{,}012/0{,}60=0{,}020\,\mathrm{kg/m}$. Sob a tensão indicada, a velocidade das ondas que compõem o modo estacionário é $v=\sqrt{200/0{,}020}=100\,\mathrm{m/s}$. Assim, $f_3=v/\lambda=250\,\mathrm{Hz}$.

Suprema · 2025.2

Dados da prova