Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

UFJF · 2008 — Vestibular de Física

Vestibular · Universidade Federal de Juiz de Fora

Questões de Física com gabarito e resolução comentada.

Q33
Mecânica — Dinâmica
Questão original 33, com figuras e itens preservados.

33) Um carrinho desliza sem qualquer tipo de atrito ao longo da rampa indicada na Figura 1, a seguir, cuja parte baixa é um arco de circunferência. No ponto mais baixo da rampa, a força resultante sobre o carrinho é melhor representada por qual seta? Figura 1 a) seta A b) seta B c) seta C d) seta D e) seta E (Seta de comprimento nulo; a força resultante no ponto mais baixo é nula.)

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

A
Resolução comentada

No ponto mais baixo, a tangente é horizontal e a aceleração centrípeta aponta para cima, para o centro de curvatura. A normal supera o peso e a resultante vertical é representada pela seta A.

Alternativa A.

Q34
Mecânica — Energia e potência
Questão original 34, com figuras e itens preservados.

34) Dois carros de corrida percorrem a mesma distância de um trecho retilíneo, sendo acelerados a partir do repouso por forças iguais e constantes. A massa m1 do carro número 1 é maior do que a massa m2 do carro número 2. Sejam E1 e E2 as energias, e p1 e p2 os momentos lineares dos carros de números 1 e 2, respectivamente. Na chegada, valem as seguintes afirmações sobre essas grandezas (desprezar qualquer atrito): a) E1 = E2 e p1 = p2 b) E1 = E2 e p1 > p2 c) E1 > E2 e p1 = p2 d) E1 > E2 e p1 > p2 e) Não é possível chegar a alguma conclusão com os dados fornecidos.

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

B
Resolução comentada

Os trabalhos das forças são iguais, W = Fd, e os carros partem do repouso. Portanto E1 = E2. Como p² = 2mEc e m1 > m2, para a mesma energia cinética temos p1 > p2.

Alternativa B.

Q35
Física moderna — Modelos físicos
Questão original 35, com figuras e itens preservados.

35) W. Hallwachs (1871) observou o seguinte efeito com uma placa de zinco inicialmente neutra, conectada com um eletroscópio: quando a placa era iluminada com luz ultravioleta de freqüência f e intensidade I, ela se carregava positivamente até um certo potencial máximo U. Repetindo-se a experiência, variando-se f ou I (e deixando-se a outra grandeza constante), observa-se o seguinte: a) Entre o começo de iluminação da placa com luz e o começo de aumento do potencial (de zero até U), passa-se um certo tempo, dependente da intensidade I, suficiente para os elétrons ganharem a energia necessária para sair da placa. b) Aumentando-se a intensidade I, o potencial máximo U aumenta. c) Aumentando-se a freqüência f, o potencial máximo U fica constante. d) Diminuindo-se a freqüência f continuamente até zero, o efeito permanece para todas as freqüências f maiores do que zero. e) Diminuindo-se a freqüência f continuamente até zero, o efeito permanece só para freqüências maiores do que uma freqüência limite lf e é ausente para freqüências entre lf e zero.

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

E
Resolução comentada

No efeito fotoelétrico, cada fóton tem energia hf. A emissão exige hf ≥ φ, onde φ é a função trabalho do metal. Existe, portanto, uma frequência limite fl = φ/h; abaixo dela não ocorre emissão, qualquer que seja a intensidade.

Alternativa E.

Q36
Ondulatória — Ondas e som
Questão original 36, com figuras e itens preservados.

36) Um pescador P, ao se aproximar da linha da costa com seu barco, aciona a buzina para avisar que está chegando. Sua direção de deslocamento está alinhada com o ancoradouro onde se encontra um companheiro C (conforme a Figura 2 a seguir). A freqüência do som ouvido pelo pescador P é fp e as freqüências dos sons ouvidos pelas pessoas A, B e C são, respectivamente, fA, fB e fC no instante mostrado. Podemos afirmar que: A a) fp < fA < f B < fC B C b) fp = fC < fA < fB c) fp > fC > fB >fA P d) fp > fA > fB > fC Figura 2 e) fp < fA = fB = fC

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

A
Resolução comentada

A fonte em movimento comprime as frentes de onda à sua frente. Quanto maior a componente da velocidade da fonte em direção ao observador, maior a frequência recebida. Pelo alinhamento do desenho, fp < fA < fB < fC.

Alternativa A.

Q37
Eletricidade — Eletrostática
Questão original 37, com figuras e itens preservados.

37) A Figura 3 representa uma superfície esférica condutora, carregada positivamente, e dois pontos A e B, ambos no plano da página. Nessa condição, pode-se afirmar que: a) o potencial em B é maior que em A. b) um elétron em B tem maior energia potencial do que em A. A B c) o campo elétrico em B é mais intenso do que em A. d) o potencial em A é igual ao potencial em B. e) o trabalho realizado pela força elétrica para deslocar um elétron de B para A é nulo. Figura 3

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

B
Resolução comentada

O potencial de uma esfera positiva diminui com a distância. A está mais perto que B, logo VA > VB. Para o elétron, q é negativo e U = qV: assim, UA < UB. O elétron em B tem maior energia potencial.

Alternativa B.

Q38
Óptica — Sistemas ópticos
Questão original 38, com figuras e itens preservados.

38) Na entrada de um shopping, é colocado um grande espelho convexo de distância focal 40 cm. Uma criança se assusta quando vê sua imagem refletida no espelho. Considerando-se que, nesse momento, a criança se encontra a 1,2 m do vértice do espelho, podemos afirmar que ela vê sua imagem neste espelho: a) três vezes maior. b) duas vezes menor. c) quatro vezes maior. d) quatro vezes menor. e) três vezes menor.

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

D
Resolução comentada

Para espelho convexo, f = −40 cm e p = 120 cm. A equação dos espelhos dá p′ = −30 cm. A ampliação é A = −p′/p = 1/4: imagem virtual, direita e quatro vezes menor.

Alternativa D.

Q39
Termologia — Dilatação térmica
Questão original 39, com figuras e itens preservados.

39) O comprimento de uma barra de latão varia em função da temperatura, segundo a Figura 4 a seguir. O coeficiente de dilatação linear do latão, no intervalo de 0 °C a 100 °C, vale: L (cm) a) 1,00 x 10-5/ °C b) 5,00 x 10-5/ °C c) 2,00 x 10-5/ °C 50,1 d) 2,00 x 10-4/ °C e) 5,00 x 10-4/ °C 50,0 T C) 100 Figura 4

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

C
Resolução comentada

A barra passa de 50,0 cm para 50,1 cm ao aquecer 100 °C. Pela dilatação linear, α = ΔL/(L0ΔT) = 0,1/(50 × 100) = 2,00 × 10⁻⁵ °C⁻¹.

Alternativa C.

Q40
Eletricidade — Circuitos elétricos
Questão original 40, com figuras e itens preservados.

40) Um circuito elétrico de um enfeite de natal é constituído de vários conjuntos de lâmpadas idênticas, sendo que cada conjunto é ligado por vez para produzir o efeito pisca-pisca. Uma fonte de tensão de 6 volts com potência de 18 watts alimenta o circuito. Considerando-se que cada lâmpada tem 30 ohms de resistência e deve ser submetida a uma tensão de 6 volts para produzir o efeito desejado, qual o número máximo de lâmpadas em cada conjunto ? a) 3 b) 6 c) 9 d) 12 e) 15

A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E

Gabarito fornecido com o caderno

E
Resolução comentada

Cada lâmpada deve receber 6 V e dissipa P = V²/R = 36/30 = 1,2 W. A fonte fornece 18 W, permitindo no máximo 18/1,2 = 15 lâmpadas em paralelo por conjunto.

Alternativa E.

Q01
Ondulatória — Ondas e som
Discursiva
Questão original 1, com figuras e itens preservados.

1) Uma pessoa deixa uma moeda cair, e, então, ouve-se o barulho do choque dela com o piso. Sabe- se que a massa da moeda é de 12,6 g (12,6 ≈ 4π) e que cai de uma altura de 2 m. a) Calcular a energia cinética com que a moeda chega ao piso. a) b) No primeiro toque com o piso, 0,05% da energia da moeda é convertida em um pulso b) sonoro que dura 0,1 segundo. Calcular a potência do pulso sonoro. c) Supondo-se que a propagação das ondas seja a mesma em todas as direções e que, para c) se ouvir o barulho, a intensidade sonora no local deva ser no mínimo 10-8 W/m2, calcular a distância máxima em que se pode ouvir a queda.

Resolução comentada por item

a) Ao chegar ao solo, Ec = mgh = 0,0126 × 10 × 2 = 0,252 J.

b) A energia sonora é 0,05% × 0,252 = 1,26 × 10⁻⁴ J. Emitida em 0,1 s, corresponde à potência média P = 1,26 × 10⁻³ W.

c) Para propagação isotrópica, I = P/(4πr²). Usando 12,6 ≈ 4π e I = 10⁻⁸ W/m², r² ≈ 10000 m². Logo r ≈ 100 m no modelo sem absorção.

Q02
Mecânica — Energia e potência
Discursiva
Questão original 2, com figuras e itens preservados.

2) Um carrinho de massa m desliza ao longo de um circuito de uma montanha russa, contendo um loop de raio r (Figura 1). Tratando o carrinho como uma massa puntiforme, e desprezando todo o tipo de atrito: P Q h r Figura 1 a) Calcule a velocidade mínima no ponto P para o carrinho não perder contato com a pista a) nesse ponto. b) Calcule o valor mínimo da altura h, onde o carrinho é solto do repouso, para percorrer o b) circuito, sem perder contato com a pista no ponto P. c) Supondo-se que a altura de onde ele é solto do repouso é suficiente para fazer uma volta c) completa no loop, faça um diagrama das forças que atuam sobre o carrinho, quando ele passa pelo ponto Q, identificando cada uma das forças.

Resolução comentada por item

a) No ponto mais alto P, o contato limite ocorre com N = 0, e o peso fornece a resultante centrípeta: mg = mvP²/r. Portanto vP,mín = √(gr).

b) Da conservação da energia entre o repouso na altura h e o topo do loop: mgh = mg(2r) + mvP²/2. Usando o valor mínimo anterior, hmin = 2r + r/2 = 5r/2.

c) No ponto lateral Q atuam somente o peso, para baixo, e a normal da pista, apontando radialmente para o centro do loop. Não se adiciona uma força centrípeta separada.

Q03
Óptica — Sistemas ópticos
Discursiva
Questão original 3, com figuras e itens preservados.

3) Um carro tem um espelho retrovisor convexo, cujo raio de curvatura mede 5 m. Esse carro está se movendo numa rua retilínea, com velocidade constante, e, atrás dele, vem outro carro. No instante em que o motorista olha pelo retrovisor, o carro de trás está a 10 m de distância do vértice desse espelho. a) Calcule, nesse instante, a que distância desse espelho retrovisor estará a imagem do carro a) que vem atrás. b) Quais são as características da imagem do carro que vem de trás (real ou virtual, direita ou b) invertida)? Justifique sua resposta, utilizando um diagrama de formação de imagem. c) Calcule a relação entre os tamanhos da imagem e do objeto. c)

Resolução comentada por item

a) O espelho é convexo, f = −R/2 = −2,5 m. Para p = 10 m, a equação 1/f = 1/p + 1/p′ dá p′ = −2,0 m: imagem a 2,0 m atrás do espelho.

b) A imagem é virtual e direita. No diagrama de raios, um raio paralelo ao eixo reflete como se viesse do foco; os prolongamentos dos raios refletidos se encontram atrás do espelho.

c) A ampliação é A = −p′/p = 2/10 = 0,20. A imagem tem um quinto do tamanho do objeto.

Q04
Termologia — Calorimetria e transmissão de calor
Discursiva
Questão original 4, com figuras e itens preservados.

4) As ondas eletromagnéticas emitidas pelos telefones celulares penetram certa distância no tecido humano, provocando um aumento de sua temperatura. Essas ondas têm, em média, uma potência de 0,40 W. Consideremos que a energia dos celulares se concentre na orelha. Estimemos em 20 g a massa da orelha de uma pessoa, sabendo-se que o corpo humano é formado, basicamente, por água. Consideremos que apenas 50% da energia emitida pelo celular seja responsável pelo referido aumento de temperatura (1 cal = 4,2 J). a) Admitindo-se que não haja perdas, calcule a energia, em joules, que um usuário deve a) receber, de modo que sua orelha sofra um acréscimo de temperatura de 1°C. b) Calcule o tempo total de conversação necessário para que o usuário tenha esse acréscimo b) de temperatura de 1°C. c) O processo pelo qual ouvimos o som do celular é devido somente a essas ondas c) eletromagnéticas, ou existem ondas de outra natureza envolvidas? Justifique sua resposta.

Resolução comentada por item

a) Usando o calor específico da água, Q = mcΔT = 20 × 1 × 1 = 20 cal = 84 J.

b) A potência efetivamente absorvida é 50% de 0,40 W, ou 0,20 W. Logo t = Q/P = 84/0,20 = 420 s = 7 min, no modelo sem perdas.

c) Também há ondas mecânicas sonoras: o aparelho converte o sinal recebido em vibrações do alto-falante, que se propagam pelo ar até o ouvido. As ondas eletromagnéticas não são diretamente o som ouvido.

Q05
Mecânica — Estática
Discursiva
Questão original 5, com figuras e itens preservados.

5) Duas bolinhas de isopor idênticas, forradas com papel alumínio, são penduradas, lado a lado, em uma varinha de madeira por meio de fios idênticos e de massa desprezível. As duas bolinhas são carregadas com cargas iguais de mesmo sinal e se afastam, uma da outra, conforme a Figura 2, a seguir. Considerando que o sistema está em equilíbrio mecânico: L L θ m Figura 2 a) Faça o diagrama das forças que atuam na bolinha da esquerda. a) b) Escreva as equações para as componentes verticais e horizontais das forças que atuam b) nessa bolinha. c) Considerando a massa da bolinha m = 2 g e θ = 30o, calcule a força elétrica sofrida pela c bolinha.

Resolução comentada por item

a) Na bolinha da esquerda atuam peso para baixo, tração ao longo do fio para cima e para a direita, e força elétrica repulsiva horizontal para a esquerda.

b) Para equilíbrio, T cos θ = mg e T sen θ = Fe. Dividindo, Fe = mg tan θ.

c) Com m = 0,002 kg, g = 10 m/s² e θ = 30°, Fe = 0,020/√3 ≈ 0,0115 N.

Q06
Mecânica — Impulso e colisões
Discursiva
Questão original 6, com figuras e itens preservados.

6) Um bate-estaca é um dispositivo utilizado no início da construção de um edifício. Ele consiste em um mecanismo que provoca a queda de uma grande massa (o martelo) sobre uma estaca para encravá-la no solo. Depois da queda, a estaca e o martelo se movem juntos para baixo, sendo que o conjunto (martelo + estaca) adquire, imediatamente após o impacto, uma velocidade v. Supondo- se que o solo seja muito mole, essa velocidade pode ser considerada constante durante um certo intervalo de tempo e, durante esse intervalo, a energia e o momento transferidos ao solo podem ser desprezados. As massas da estaca e do martelo são m e m respectivamente. e m a) Admitindo-se que o martelo caia de uma altura h sobre a estaca, calcule o módulo da a) velocidade v adquirida pelo conjunto martelo + estaca imediatamente após o choque. b) Calcule o valor da energia “perdida” durante o golpe do martelo contra a estaca. Expresse o b) resultado em termos de h, mm e me. c) Para onde vai essa energia “perdida”? c)

Resolução comentada por item

a) Antes do choque, o martelo tem rapidez u = √(2gh). Na colisão inelástica, mmu = (mm + me)v, de modo que v = [mm/(mm + me)]√(2gh).

b) A energia inicial imediatamente antes do impacto é mmgh. A energia cinética após o choque é mm²gh/(mm + me). Portanto Edissipada = (mmme/(mm + me))gh.

c) A energia mecânica dissipada transforma-se em energia interna nas deformações e no aquecimento dos corpos, além de som. A energia total permanece conservada.

↑ Voltar ao topo