Prof. Ricardo BastosMétodo TEF-MED
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PISM 3 · 2017 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal de Juiz de Fora — 2º Dia

PISM 2017 · Módulo 3 · 2º dia — questões 01–05 objetivas. Enunciados e figuras conferidos nos originais da UFJF. Os arquivos fornecidos desta edição contêm apenas a prova objetiva.

1
Ondulatória — Efeito Doppler — Diapasão em queda e fonte que se afasta

Pedro é músico e estudante de Física. Certo dia, Pedro estava no alto de um palco afinando seu violão. Ele usava um diapasão em Lá fundamental do piano que vibra com uma frequência de 440,00Hz. Por um descuido, Pedro inadvertidamente deixou o diapasão cair. Ele, que tem um ouvido muito bom, percebeu que enquanto o diapasão caía, o som percebido se alterava para frequências diferentes daqueles 440,00Hz que ele estava ouvindo antes. Muito curioso, Pedro resolveu determinar a frequência do diapasão percebido por ele, no instante imediatamente antes de o diapasão tocar o chão. Para isso, ele mediu a altura de queda em 1,80m e considerando a velocidade do som no ar como 330,00 m/s, ele chegou a um valor de:

A)438,15 Hz
B)432,14 Hz
C)332,12 Hz
D)330,00 Hz
E)324,10 Hz
Alternativa correta: B
Resolução

A rapidez da fonte imediatamente antes de atingir o solo é $v_f=\sqrt{2gh}=\sqrt{2(10)(1,80)}=6,00\,\mathrm{m/s}$. A fonte se afasta do observador parado. Pelo efeito Doppler clássico, $f_{obs}=f_0v_s/(v_s+v_f)=440(330)/(330+6)\approx432,14\,\mathrm{Hz}$. Aplicamos a leitura instantânea proposta na questão, desprezando a diferença entre o instante de emissão e o de recepção do som.

Resposta: B

2
Eletricidade — Eletrostática — Repulsão, atração e polarização

Em uma experiência realizada em sala de aula, o professor de Física usou três esferas metálicas, idênticas e numeradas de 1 a 3, suspensas por fios isolantes em três arranjos diferentes, como mostra a figura abaixo:

Repulsão, atração e polarização — figura original, módulo 3, questão 2

Inicialmente, o Professor eletrizou a esfera 3 com carga negativa. Na sequência, o professor aproximou a esfera 1 da esfera 3 e elas se repeliram. Em seguida, ele aproximou a esfera 2 da esfera 1 e elas se atraíram. Por fim, aproximou a esfera 2 da esfera 3 e elas se atraíram. Na tentativa de explicar o fenômeno, 6 alunos fizeram os seguintes comentários:

João: A esfera 1 pode estar eletrizada negativamente, e a esfera 2, positivamente.

Maria: A esfera 1 pode estar eletrizada positivamente e a esfera 2 negativamente.

Letícia: A esfera 1 pode estar eletrizada negativamente, e a esfera 2 neutra.

Joaquim: A esfera 1 pode estar neutra e a esfera 2 eletrizada positivamente.

Marcos: As esferas 1 e 2 podem estar neutras.

Marta: As esferas 1 e 2 podem estar eletrizadas positivamente.

Assinale a alternativa que apresenta os alunos que fizeram comentários corretos com relação aos fenômenos observados:

A)somente João e Maria.
B)somente João e Letícia.
C)somente Joaquim e Marta.
D)somente João, Letícia e Marcos.
E)somente Letícia e Maria.
Alternativa correta: B
Resolução

A esfera 3 tem carga negativa. Sua repulsão pela esfera 1 exige que a esfera 1 também tenha carga negativa. Uma esfera positiva atrai ambas, mas uma esfera metálica neutra também pode ser atraída por polarização das cargas. Portanto, a esfera 2 pode ser positiva ou neutra. João e Letícia apresentam possibilidades compatíveis com todas as observações.

Resposta: B

3
Eletricidade — Eletrostática — Eletrização por contato e lei de Coulomb

Duas pequenas esferas condutoras idênticas estão eletrizadas. A primeira esfera tem uma carga de 2Q e a segunda uma carga de 6Q. As duas esferas estão separadas por uma distância d e a força eletrostática entre elas é $F_1$. Em seguida, as esferas são colocadas em contato e depois separadas por uma distância 2d. Nessa nova configuração, a força eletrostática entre as esferas é $F_2$. Pode-se afirmar sobre a relação entre as forças $F_1$ e $F_2$, que:

A)$F_1=3F_2$
B)$F_1=F_2/12$
C)$F_1=F_2/3$
D)$F_1=4F_2$
E)$F_1=F_2$
Alternativa correta: A
Resolução

Inicialmente, $F_1=k(2Q)(6Q)/d^2=12kQ^2/d^2$. No contato, as esferas idênticas repartem a carga total 8Q igualmente: cada uma fica com 4Q. Ao separá-las por 2d, $F_2=k(4Q)(4Q)/(2d)^2=4kQ^2/d^2$. Assim, $F_1/F_2=3$, ou $F_1=3F_2$.

Resposta: A

4
Eletricidade — Indução eletromagnética — Lei de Lenz na entrada de uma região de campo

Um anel metálico cai verticalmente devido ao seu peso em uma região de campo magnético constante saindo perpendicularmente ao plano da folha, de acordo com a figura ao lado. Assinale a alternativa CORRETA sobre a corrente induzida no anel.

Lei de Lenz na entrada de uma região de campo — figura original da questão 4, módulo 3
A)não existe corrente induzida no anel durante o percurso da queda pois o campo é constante.
B)a corrente induzida no anel é no sentido horário quando o anel entra na região do campo.
C)a corrente induzida no anel é no sentido anti-horário quando o anel entra na região do campo.
D)existe uma corrente induzida durante todo o instante de queda devido a variação da posição do anel em relação ao campo.
E)existe uma corrente induzida somente quando o anel encontra-se totalmente imerso no campo.
Alternativa correta: B
Resolução

Ao entrar na região, aumenta o fluxo magnético que sai da folha através do anel. Pela lei de Lenz, a corrente induzida cria um campo para dentro da folha, opondo-se ao aumento desse fluxo. Pela regra da mão direita, ela circula no sentido horário. Com o anel totalmente imerso em um campo uniforme e constante, o fluxo não muda e não há corrente induzida. Na saída, o fluxo diminui e o sentido se inverte.

Resposta: B

5
Física moderna — Relatividade — Postulados e convenção de massa relativística

A velocidade é uma grandeza relativa, ou seja, a sua determinação depende do referencial a partir do qual está sendo medida. A Teoria da Relatividade Especial, elaborada em 1905 pelo físico alemão Albert Einstein, afirma que o comprimento e a massa de um objeto são grandezas que também dependem da velocidade, e conseqüentemente são relativas. Sobre a Teoria da Relatividade Especial, julgue os itens abaixo e marque a alternativa CORRETA.

i. A massa de um objeto é independente da velocidade do mesmo medida por qualquer referencial inercial.

ii. A velocidade da luz é um limite superior para a velocidade de qualquer objeto.

iii. Intervalos de tempo e de espaço são grandezas absolutas e independentes dos referenciais.

iv. As leis da Física são as mesmas em todos os sistemas de referência inercial.

v. Massa e energia são quantidades que não possuem nenhuma relação

A)somente ii e iii estão corretas.
B)somente i e ii estão corretas.
C)somente i e v estão corretas.
D)somente i e iii estão corretas.
E)somente ii e iv estão corretas.
Alternativa correta: E
Resolução

O gabarito E corresponde a ii e iv: c é a velocidade limite para transporte de informação e corpos materiais, e as leis físicas têm a mesma forma em referenciais inerciais. O item iii é falso, pois intervalos de tempo e medidas de comprimento dependem do referencial. O item v é falso, pois energia e massa se relacionam, com energia de repouso $E_0=m_0c^2$.

A prova usa a convenção histórica de massa relativística $m_{rel}=\gamma m_0$, que depende da velocidade; nessa convenção, i é falso. Na formulação atual, a palavra massa costuma designar a massa invariante $m_0$, independente do referencial, tornando i verdadeiro. Portanto, a resposta oficial deve ser lida na convenção adotada pelo enunciado, e não como uma negação da invariância da massa de repouso.

Resposta: E

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