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PISM 2 · 2018 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal de Juiz de Fora — 2º Dia

PISM 2018 · 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.

11
Mecânica — Hidrodinâmica — Vazão e volume de uma tubulação

Para economizar energia, você contratou uma bombeira hidráulica, chamada Maria Emmy, que instalou um sistema de aquecimento solar para um reservatório de água. O reservatório é conectado ao chuveiro de sua casa por 12 metros de tubulação com diâmetro de 1 cm. Quando a torneira é aberta, o chuveiro apresenta uma vazão constante de 6 litros por minuto. Quanto tempo você deve esperar para começar a cair água quente no chuveiro? Utilize π(pi)≈3.

A)18 s
B)9 s
C)36 s
D)2,25 s
E)5,5 s
Alternativa correta: B
Resolução

A água inicialmente fria ocupa o volume da tubulação: $V=\pi r^2L$. Com r = 0,5 cm e L = 1200 cm, $V=3(0,5)^2(1200)=900\,\mathrm{cm^3}=0,9\,\mathrm L$. A vazão é $6\,\mathrm{L/min}=0,10\,\mathrm{L/s}$, portanto $t=V/Q=0,9/0,10=9\,\mathrm s$. Consideramos que a água quente substitui a água da tubulação, sem mistura ou perdas térmicas relevantes.

Resposta: B

12
Mecânica — Dinâmica de rotação — Conservação do momento angular

Um estudante amarra uma pedra a um barbante enrolado em um carretel. Num dado instante, ele faz a pedra rodar percorrendo uma circunferência horizontal de raio R₁, com velocidade angular ω₁. Então, de repente, o estudante deixa o carretel desenrolar, permitindo o rápido aumento do raio da trajetória da pedra até um valor R₂ > R₁. Com relação ao momento de inércia do sistema pedra mais fio e à velocidade angular da pedra no imediato instante após o raio aumentar, podemos afirmar que

A)o momento de inércia diminui e a velocidade angular também.
B)o momento de inércia aumenta e a velocidade angular também.
C)o momento de inércia aumenta e a velocidade angular se mantém constante.
D)o momento de inércia aumenta e a velocidade angular diminui.
E)o momento de inércia diminui e a velocidade angular aumenta.
Alternativa correta: D
Resolução

Tratando a pedra como massa pontual e desprezando a massa do fio, $I=mR^2$. Aumentar o raio aumenta o momento de inércia. Como a tração é radial, o torque em torno do centro é nulo e o momento angular é conservado: $I_1\omega_1=I_2\omega_2$. Logo, $\omega_2=\omega_1(R_1/R_2)^2<\omega_1$. A alternativa D reúne as duas conclusões.

Resposta: D

13
Óptica — Lentes esféricas — Correção de miopia e hipermetropia

Dois problemas de visão comuns são a miopia e a hipermetropia. A miopia é um problema de visão que ocorre quando a imagem de um objeto se forma antes da retina. A hipermetropia, por sua vez, é um problema de visão que ocorre quando os raios de luz interceptam a retina antes de a imagem ser formada – nesse caso a imagem formar-se-ia depois da retina. Maria e Fernanda foram ao oftalmologista. Maria descobriu que possui miopia. Fernanda descobriu que possui hipermetropia. A partir da informação obtida do enunciado, marque a alternativa correta.

A)Maria deve usar lentes divergentes para corrigir a miopia.
B)Maria deve usar lentes convergentes para corrigir a miopia.
C)Fernanda deve usar lentes divergentes para corrigir a hipermetropia.
D)Ambas devem usar lentes convergentes para corrigir os seus problemas de visão.
E)Ambas devem usar lentes divergentes para corrigir os seus problemas de visão.
Alternativa correta: A
Resolução

Na miopia, a imagem se forma antes da retina. Uma lente divergente reduz a convergência do feixe, permitindo que a imagem se forme sobre a retina. Maria deve usar lente divergente. Na hipermetropia, a correção usa lente convergente, que aumenta a convergência antes de a luz entrar no olho.

Resposta: A

14
Óptica — Refração — Ângulo crítico e identificação de um líquido

Em um experimento realizado em um laboratório, Maria Meitner colocou uma caneta laser adequadamente protegida no fundo de um aquário e depois o encheu com um líquido desconhecido. Ao instalar o laser, ela mediu o ângulo limite, θ_L, para que ocorra a reflexão total na interface com o ar, encontrando o valor de 42°. A figura a seguir representa o experimento, sendo que a seta no fundo do aquário representa a caneta laser e as outras, por sua vez, indicam a direção de propagação do feixe. Dados: cos 42°=0,74; sen 42°= 0,67; n_ar = 1,0 (índice de refração do ar). Os índices de refração de cinco líquidos diferentes estão indicados na tabela abaixo. O índice de refração de qual líquido se aproxima mais do obtido pelo experimento de Maria Meitner?

Índices de refração dos líquidos — dados do enunciado
LíquidoÍndice de refração
Líquido 11,1
Líquido 21,3
Líquido 31,5
Líquido 41,7
Líquido 51,8
Ângulo crítico e identificação de um líquido — figura original da questão 14, módulo 2
A)Do líquido 5.
B)Do líquido 4.
C)Do líquido 3.
D)Do líquido 2.
E)Do líquido 1.
Alternativa correta: C
Resolução

No ângulo crítico, o raio refratado é rasante à superfície, com ângulo de refração de 90°. Pela lei de Snell, $n_L\sin\theta_L=n_{ar}\sin90^\circ$. Assim, $n_L=1,0/0,67\approx1,49$. O valor mais próximo na tabela é 1,5, do líquido 3, correspondente à alternativa C.

Resposta: C

15
Termologia — Calorimetria — Equilíbrio térmico e calor específico

Em um laboratório de física é encontrado um frasco opaco contendo 100 g de um líquido desconhecido, armazenado na geladeira do laboratório a uma temperatura de 6 graus Celsius. Um estudante deseja identificar o líquido sem abrir o frasco, usando um calorímetro ideal. No calorímetro, o estudante insere 100 ml de água pura, a 20 graus Celsius, e em seguida insere o frasco contendo o líquido. Após certo tempo, o frasco com o líquido desconhecido entra em equilíbrio térmico com a água, que passa a ter uma temperatura de 16 graus Celsius. Vamos supor que não há trocas de calor do conteúdo do calorímetro com o ambiente, e que a massa do frasco seja desprezível. O calor específico da água é de aproximadamente 4,2 $\mathrm{J\,g^{-1}\,K^{-1}}$ e sua densidade é 1,0 g/ml. A tabela abaixo tem a informação do calor específico de uma variedade de líquidos. Qual deles deve ser o líquido desconhecido?

Calor específico dos líquidos — dados do enunciado
SubstânciaCalor específico (J·g⁻¹·K⁻¹)
Tolueno1,59
Azeite1,68
Acetona2,13
Glicerina2,43
Parafina3,26
A)Parafina.
B)Glicerina.
C)Acetona.
D)Azeite.
E)Tolueno.
Alternativa correta: D
Resolução

A água tem massa de 100 g e perde $Q_a=m_ac_a(T_f-T_i)=100(4,2)(16-20)=-1680\,\mathrm J$. O líquido absorve essa energia ao aquecer de 6 °C a 16 °C: $1680=100c_L(16-6)$. Portanto, $c_L=1,68\,\mathrm{J/(g\,K)}$, valor do azeite. A massa do frasco é desprezada, como determina o enunciado.

Resposta: D

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