PISM 2016 · Módulo 2 · 2º dia — questões 11–15 objetivas. Enunciados e figuras conferidos nos originais da UFJF. Os arquivos fornecidos desta edição contêm apenas a prova objetiva.
Termologia — Gases ideais — Transformação geral e inconsistência dos dados
Questão anulada — gabarito retificado em 19/04/2016. Não entra no seu desempenho.
Para comemorar o aniversário de seu filho, Pedro encheu diversos balões de borracha. Para que eles tivessem todos o mesmo tamanho, ele utilizou um compressor de ar regulado para encher todos os balões com volume de ar igual a $2,0\times10^3\,\mathrm{cm^3}$ à pressão de 1,10 atmosfera. Pedro encheu os balões na sala de sua casa, com o ar condicionado ligado. Durante o processo de enchimento, a temperatura da sala ficou constante em 20,0ºC. Durante a festa ao ar livre, os balões ficaram um longo tempo expostos ao sol, a uma temperatura de 35,0ºC. Pedro percebeu que eles aumentaram de volume em 25% do seu volume inicial. Sabendo que os balões não suportam uma pressão superior a 1,6 atm, PODEMOS AFIRMAR QUE:
A)Sob o Sol, a pressão dos balões se manteve em 2,82 atm e eles estouraram;
B)Sob o Sol, a pressão dos balões se manteve em 2,10 atm e eles estouraram;
C)Sob o Sol, a pressão dos balões se manteve em 1,54 atm e eles não estouraram;
D)Sob o Sol, a pressão dos balões se manteve em 1,45 atm e eles não estouraram;
E)Sob o Sol, a pressão dos balões se manteve em 1,20 atm e eles não estouraram.
Alternativa correta: ANULADA
Resolução
Questão anulada no gabarito retificado de 19/04/2016. A explicação abaixo é uma análise editorial da inconsistência, não uma justificativa oficial publicada pela banca.
Para uma quantidade fixa de gás ideal, $P_1V_1/T_1=P_2V_2/T_2$, com temperaturas absolutas. Usando $T_1=293,15\,\mathrm K$, $T_2=308,15\,\mathrm K$ e $V_2=1,25V_1$, resulta $P_2=1,10(308,15/293,15)/1,25\approx0,925\,\mathrm{atm}$. Nenhuma alternativa apresenta esse valor. A alternativa C do gabarito inicial não satisfaz a lei dos gases com os dados fornecidos. Além disso, a pressão absoluta calculada fica abaixo da pressão atmosférica usual, o que expõe uma incompatibilidade do cenário simplificado de um balão inflado ao ar livre. A anulação foi preservada, sem escolher uma alternativa como correta.
Resposta: ANULADA
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Termologia — Calorimetria — Aquecimento, dilatação e ebulição da água
Um estudante de física, durante seu intervalo de aula, preparou um café. Durante o processo, ele utilizou uma vasilha com 1 litro de água cuja temperatura inicial era de 21,0ºC. Ele lembrou ter ouvido, em suas aulas de Laboratório de Física II, que a água em Juiz de Fora entra em ebulição a 98,3ºC. Sabendo que os processos ocorreram à pressão constante, o estudante chega às seguintes conclusões:
I ) Levando-se em conta que o calor especifico da água é aproximadamente 1,0cal/gºC, a energia gasta para aquecer a água até a ebulição foi de 77.300,0cal;
II ) Após a água entrar em ebulição, a temperatura da água aumentou até 118,3ºC;
III ) Durante o processo de aquecimento, o volume de água não se alterou;
IV ) A quantidade de calor fornecida para água, após ela entrar em ebulição, é gasta na transformação de fase líquido/gás.
Marque a alternativa CORRETA.
A)I e IV estão corretas.
B)IV e II estão incorretas.
C)II e III estão corretas.
D)III e IV estão corretas.
E)Todas as afirmativas estão corretas.
Alternativa correta: A
Resolução
A massa de 1 litro de água é aproximadamente 1000 g. O calor até a ebulição é $Q=mc\Delta T=1000(1,0)(98,3-21,0)=77300\,\mathrm{cal}$, tornando I verdadeiro. Enquanto água líquida e vapor coexistem na ebulição à pressão constante, a temperatura permanece constante e o calor fornecido é usado na mudança de fase: II é falso e IV é verdadeiro. A água sofre dilatação ao aquecer, portanto III é falso. Assim, I e IV estão corretos.
Resposta: A
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Óptica — Refração — Condições para reflexão interna total
No seu laboratório de pesquisa, o aluno Pierre de Fermat utiliza um sistema de fibras ópticas para medir as propriedades ópticas de alguns materiais. A fibra funciona como um guia para a luz, permitindo que esta se propague por reflexões totais sucessivas. Em relação aos fenômenos de reflexão e refração, assinale a alternativa CORRETA:
A)A reflexão total só pode ocorrer quando a luz passa de um meio menos refringente para um mais refringente;
B)A reflexão total só pode ocorrer quando a luz passa de um meio mais refringente para um menos refringente;
C)A luz não sofre reflexões no interior da fibra óptica, ela simplesmente se curva junto com a curvatura da fibra;
D)O efeito de reflexão total só ocorre em função da proteção plástica que envolve as fibras; sem a proteção, a luz irá se perder;
E)A Lei de Snell não prevê que ocorra o fenômeno de refração.
Alternativa correta: B
Resolução
A reflexão interna total exige incidência do meio de maior índice para o de menor índice, $n_1>n_2$, e ângulo maior que o crítico, definido por $\sin\theta_c=n_2/n_1$. A alternativa B apresenta a condição necessária sobre os índices; essa condição isolada não basta sem o ângulo adequado. Em uma fibra, a luz é guiada por reflexões na interface entre o núcleo e a casca, cujo índice é menor.
Resposta: B
14
Mecânica — Movimento circular — Constância do módulo e variação da direção
Questão anulada — gabarito retificado em 19/04/2016. Não entra no seu desempenho.
Sobre uma partícula em movimento circular uniforme, são feitas as seguintes afirmações:
I ) Como o movimento é circular uniforme, a aceleração é nula;
II ) A aceleração é um vetor perpendicular ao vetor velocidade;
III ) O módulo da velocidade varia, já que a aceleração é diferente de zero.
IV ) A força resultante que atua na partícula é constante e aponta para o centro da trajetória circular.
Marque a alternativa CORRETA:
A)Somente II e III são verdadeiras;
B)Somente I é verdadeira;
C)Somente II é falsa;
D)Somente III é falsa;
E)Somente II e IV são verdadeiras.
Alternativa correta: ANULADA
Resolução
Questão anulada no gabarito retificado de 19/04/2016. A análise a seguir é editorial.
No movimento circular uniforme, a rapidez é constante, mas a direção da velocidade muda. Há aceleração centrípeta $a_c=v^2/R$, perpendicular à velocidade: I é falso e II é verdadeiro. O módulo da velocidade não varia, portanto III é falso. A força resultante aponta para o centro e tem módulo constante, mas sua direção muda ao longo da trajetória. Assim, o vetor força não é constante e IV, lido como uma afirmação vetorial, é falso. Apenas II seria verdadeiro, combinação ausente das alternativas. O gabarito inicial E tratava a constância do módulo como se fosse constância da força; a entrega preserva a anulação oficial.
Resposta: ANULADA
15
Mecânica — Hidrostática — Empuxo e fração emersa de um corpo
Um pato de borracha de massa m=120,0g e volume total de 500,0 cm³ flutua em uma banheira cheia de água. Qual a porcentagem do volume do pato que está fora d’água?
A)64%
B)76%
C)24%
D)2,5%
E)97,2%
Alternativa correta: B
Resolução
Na flutuação em equilíbrio, o empuxo iguala o peso: $\rho_{água}gV_{sub}=mg$. Como $\rho_{água}=1\,\mathrm{g/cm^3}$, $V_{sub}=120/1=120\,\mathrm{cm^3}$. O volume fora da água é $500-120=380\,\mathrm{cm^3}$, correspondente a $380/500=0,76=76\%$ do volume total.
