Considere os seguintes instrumentos de observação e registro astronômico, identifique-os de acordo com a sequência apresentada e assinale a alternativa correta.
Os três instrumentos formam uma sequência histórica de observação astronômica. O telescópio refrator usa um sistema de lentes (uma objetiva e uma ocular) para captar e ampliar a luz visível — foi o primeiro tipo utilizado, por Galileu, no início do século XVII.
O telescópio refletor substitui a lente objetiva por um espelho côncavo, evitando a aberração cromática das lentes e permitindo espelhos muito maiores — mais baratos e leves de fabricar do que lentes equivalentes.
Já o radiotelescópio não capta luz visível: usa uma grande antena parabólica para detectar ondas de rádio emitidas por fontes astronômicas, permitindo observar objetos invisíveis aos telescópios ópticos, como núcleos ativos de galáxias e remanescentes de supernova.
A sequência correspondente aos instrumentos apresentados é refrator → refletor → radiotelescópio — alternativa D.
Qual nome se dá ao efeito físico que é decorrente da alteração da frequência ondulatória provocada pelo movimento relativo de aproximação ou afastamento entre a fonte de onda e o observador?
A alteração de frequência (e do comprimento de onda) percebida por um observador quando há movimento relativo entre ele e a fonte é o efeito Doppler, descrito por Christian Doppler para ondas sonoras. O físico francês Armand Fizeau estendeu o mesmo raciocínio às ondas eletromagnéticas — por isso o efeito é chamado de Doppler-Fizeau quando aplicado à luz, como no desvio para o vermelho (redshift) usado para medir o afastamento de galáxias.
As demais opções — Bose-Einstein (estado da matéria a temperaturas extremamente baixas), Casimir (força de atração entre placas no vácuo quântico) e Bremsstrahlung (radiação emitida por cargas desaceleradas) — são efeitos físicos reais, mas não relacionados à variação de frequência por movimento relativo — alternativa D.
A seguinte figura ilustra o "aparelho de Morin", utilizado em laboratórios de Física no século XIX para registrar o movimento de um corpo em queda livre; no caso, um corpo metálico cônico com uma caneta presa a si para, durante a queda, registrar no papel milimetrado colado no cilindro, que gira em rotação uniforme, o traçado do movimento desse corpo. Diante do exposto, qual será o traçado registrado em um gráfico de espaço d em função do tempo t, para esse corpo em queda livre?
Na queda livre a partir do repouso, a distância percorrida satisfaz $d = \dfrac{1}{2}gt^2$. A velocidade começa nula e seu módulo aumenta: por isso, o gráfico parte com tangente horizontal e fica progressivamente mais inclinado.
Atenção aos eixos: nas alternativas originais, o sentido positivo de $d$ aponta para baixo. Portanto, a curva se encurva para baixo na página, embora $d$ cresça com $t^2$. O gráfico correspondente é o da alternativa A.
Qual é a velocidade de uma partícula que tem um momento de 5 Mev/c e uma energia relativística total de 10 Mev?
Para uma partícula relativística, a velocidade se relaciona com o momento $p$ e a energia total $E$ por $v = \dfrac{pc^2}{E}$, ou, de forma equivalente, $\dfrac{v}{c} = \dfrac{pc}{E}$.
Aqui, $pc = 5\ \text{MeV}$ (pois $p = 5\ \text{MeV}/c$) e $E = 10\ \text{MeV}$. Logo, $\dfrac{v}{c} = \dfrac{5}{10} = \dfrac{1}{2}$, ou seja, $v = \dfrac{c}{2}$ — alternativa C.
Em um poço imaginário que atravessasse toda a Terra, o que ocorreria com uma pedra deixada cair desde uma de suas extremidades?
Obs.: Desconsidere os efeitos da resistência do ar, da temperatura, da pressão e da rotação do planeta.
Sem dissipação, a energia mecânica se conserva. A pedra acelera em direção ao centro, passa por ele com velocidade máxima e desacelera ao se afastar do centro, até alcançar a extremidade oposta com velocidade nula. Então retorna e repete o movimento: alternativa B.
A força gravitacional nula no centro não faz a pedra parar, pois ela chega ali em movimento. Se a Terra fosse uma esfera de densidade uniforme, a força interna seria proporcional e oposta ao deslocamento, caracterizando movimento harmônico simples. Como a homogeneidade não foi fornecida, o resultado pedido é a oscilação; não é necessário supor MHS exato.
No desenvolvimento das máquinas térmicas, especialmente durante a Revolução Industrial, surgiram equipamentos para retirar água das minas de carvão, como a "máquina de Savery" (ver ilustração), e, mais tarde, a máquina de Newcomen. Nesse sentido, James Watt introduziu, anos depois, um dispositivo que melhorou muito a eficiência mecânica da máquina termodinâmica. Que dispositivo era esse?
James Watt introduziu o condensador separado: uma câmara fria externa ao cilindro de trabalho, na qual o vapor era condensado. Isso permitia manter o cilindro quente, reduzindo a perda de energia com seu aquecimento e resfriamento repetidos, característica da máquina de Newcomen.
A máquina de Savery usava condensação de vapor em recipientes e não tinha o mesmo cilindro com pistão de Newcomen. A inovação solicitada é o condensador — alternativa B.