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 — 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 — 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
Ângulo crítico e identificação de um líquido — figura original da questão 14, módulo 2

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
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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