Questões de Física com gabarito e resolução comentada.
Q33
Mecânica — Hidrostática
Questão 33: O mmHg (milímetro de mercúrio) é uma unidade de medida de pressão porque: a) equivale ao peso de uma coluna de mercúrio de 1mm de diâmetro. b) equivale ao comprimento horizontal de 1 mm de mercúrio. c) equivale à pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 1 mm de altura. d) equivale à pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 1 mm de diâmetro. e) equivale ao peso de uma coluna de mercúrio de 1 mm de altura.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
C
Resolução comentada
A coluna de mercúrio produz pressão hidrostática ρgh. Um milímetro de mercúrio corresponde à pressão associada a uma coluna de 1 mm de altura, e não ao seu peso isolado nem ao diâmetro.
Alternativa C.
Q34
Termologia — Termodinâmica
Questão 34: Aumenta-se a pressão de certa quantidade de gás ideal, inicialmente à pressão P1, volume V1 e temperatura T1, através de dois processos diferentes. No primeiro processo, o gás é aquecido com o volume do gás mantido constante até a pressão dobrar de valor. No segundo processo, o gás, partindo das mesmas condições iniciais (P1, V1, T1) é resfriado à pressão constante até o volume ser reduzido à metade e depois, mantendo constante o volume reduzido, é aquecido até que a pressão dobre de valor. Sobre esses dois processos, podemos afirmar que: a) a temperatura final atingida em ambos os processos é a mesma. b) a variação da energia interna do gás em ambos os processos é a mesma. c) o trabalho realizado sobre o gás em ambos os processos é o mesmo. d) a temperatura final atingida no primeiro processo é maior que a temperatura final atingida no segundo processo. e) o trabalho realizado sobre o gás, no primeiro processo, é diferente de zero.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
D
Resolução comentada
No primeiro processo, o volume final é V1 e a pressão 2P1, logo Tf1 = 2T1. No segundo, o volume final é V1/2 e a pressão 2P1, logo Tf2 = T1. A temperatura final do primeiro é maior.
Alternativa D.
Q35
Física moderna — Modelos físicos
Questão 35: O átomo de hidrogênio é composto por um próton e um elétron. No estado fundamental, a energia de ligação entre eles é de -13,60 eV. A energia de ligação do primeiro estado excitado é -3,40 eV, e a do segundo é -1,50 eV, conforme representado na figura A. Considere que o elétron esteja no segundo estado excitado. Para decair para o estado fundamental, ele emitirá fótons. A figura B representa linhas de espectro de emissão do átomo de hidrogênio, com os respectivos valores de energia indicados. Quais linhas podem aparecer nesse decaimento? a) Somente as linhas com energia 12,10 eV, 10,20 eV e 1,90 eV. b) Somente a linha com energia 12,10 eV. c) Com exceção da linha de 12,75 eV, todas as demais. d) Somente a linha com energia 12,75 eV. e) Somente as linhas com energia 10.20 eV e 1,90 eV.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
A
Resolução comentada
As diferenças possíveis entre os três níveis indicados são (−1,50) − (−13,60) = 12,10 eV; (−1,50) − (−3,40) = 1,90 eV; e (−3,40) − (−13,60) = 10,20 eV. O decaimento pode ser direto ou em cascata, produzindo essas linhas no conjunto das emissões.
Alternativa A.
Q36
Mecânica — Oscilações
Questão 36: A figura ao lado mostra três massas penduradas por fios presos ao teto. As massas serão postas para oscilar e se movimentarão como pêndulos simples. No pêndulo 1, da esquerda, o comprimento do fio é L e a massa é m. No pêndulo 2, do meio, o comprimento é L, mas a massa é 2m. No pêndulo 3, da direita, o comprimento é 2L e a massa é 2m. Assinale a alternativa CORRETA, quanto ao período de cada pêndulo: a) Os três períodos serão distintos entre si. b) Os períodos dos pêndulos 1 e 2 serão iguais, e diferentes do período do pêndulo 3. c) Os períodos dos pêndulos 1 e 3 serão iguais, e diferentes do período do pêndulo 2. d) Os períodos dos pêndulos 2 e 3 serão iguais, e diferentes do período do pêndulo 1. e) Todos os pêndulos terão o mesmo período.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
B
Resolução comentada
Para pequenas oscilações de um pêndulo simples, T = 2π√(L/g). A massa não interfere. Os pêndulos 1 e 2 têm o mesmo comprimento e período; o período do terceiro é √2 vezes maior.
Alternativa B.
Q37
Eletricidade — Circuitos elétricos
Questão 37: Nos dois circuitos ao lado, as quatro baterias são idênticas, assim como as duas lâmpadas. Comparando o brilho das lâmpadas nos dois circuitos, assinale a alternativa CORRETA sobre qual delas brilha mais. a) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem menor que uma única bateria. b) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem maior que uma única bateria. c) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem menor que uma única bateria. d) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem maior que uma única bateria. e) Ambas brilham igualmente.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
B
Resolução comentada
Baterias idênticas em série e no mesmo sentido fornecem tensão total 2ε. Em paralelo, a tensão permanece ε. Para lâmpadas iguais e no modelo ideal, P = V²/R: a lâmpada do circuito 1 brilha mais.
Alternativa B.
Q38
Óptica — Sistemas ópticos
Questão 38: As pessoas que usam óculos por causa da hipermetropia podem fazer uma cirurgia no olho com uma técnica em que o médico utiliza o raio laser, e, a partir daí, não precisam mais usar óculos. Sobre essa questão, qual afirmação abaixo é VERDADEIRA? a) As lentes dos óculos que essas pessoas com hipermetropia usavam eram divergentes, e, na cirurgia, o que o médico faz é aumentar o raio de curvatura do sistema córnea/cristalino, que funciona como a “lente” do olho humano. b) As lentes dos óculos que essas pessoas com hipermetropia usavam eram convergentes, e, na cirurgia, o que o médico faz é aumentar a distância focal do sistema córnea/cristalino, que funciona como a “lente” do olho humano. c) As lentes dos óculos que essas pessoas com hipermetropia usavam eram divergentes, e, na cirurgia, o que o médico faz é diminuir o raio de curvatura do sistema córnea/cristalino, que funciona como a “lente” do olho humano. d) As lentes dos óculos que essas pessoas com hipermetropia usavam eram convergentes, e, na cirurgia, o que o médico faz é diminuir o raio de curvatura do sistema córnea/cristalino, que funciona como a “lente” do olho humano. e) As lentes dos óculos que essas pessoas com hipermetropia usavam eram divergentes, e, na cirurgia, o que o médico faz é aumentar a distância focal do sistema córnea/cristalino, que funciona como a “lente” do olho humano.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
D
Resolução comentada
No modelo óptico da questão, a hipermetropia corresponde a poder de convergência insuficiente. Sua correção usa lente convergente. Diminuir o raio de curvatura aumenta a convergência do sistema córnea/cristalino, permitindo formar a imagem sobre a retina.
Alternativa D.
Q39
Mecânica — Dinâmica
Questão 39: Considere as seguintes afirmações: I - Segundo a 1ª Lei de Newton, é necessária uma força resultante para manter com velocidade constante o movimento de um corpo se deslocando numa superfície horizontal sem atrito. II - De acordo com a 2ª Lei de Newton, a aceleração adquirida por um corpo é a razão entre a força resultante que age sobre o corpo e sua massa. III - Conforme a 3ª Lei de Newton, a força peso e a força normal constituem um par ação-reação. Assinale a alternativa que contém as afirmações CORRETAS. a) I e II. b) I e III. c) II e III. d) somente II. e) todas estão corretas.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
D
Resolução comentada
A afirmação I é falsa: movimento retilíneo uniforme pode ocorrer com resultante nula. II é verdadeira, pois a = Fres/m. III é falsa: peso e normal atuam no mesmo corpo e não constituem par de ação e reação.
Alternativa D.
Q40
Mecânica — Cinemática
Questão 40: O gráfico abaixo representa a variação da posição x versus o tempo t de dois automóveis A e B, registrados por sensores que transferiram os dados para um computador. Interpretando o gráfico, pode-se afirmar com segurança que: x Automóvel B Automóvel A t1 t2 t a) no instante t1, os dois automóveis têm a mesma velocidade. b) no instante t2, o automóvel B tem velocidade maior que o automóvel A. c) o automóvel A tem velocidade maior que o automóvel B em todo o intervalo entre os instantes t1 e t2. d) no instante t2, o automóvel A ultrapassa o automóvel B. e) no instante t1, o automóvel A está um pouco à frente do automóvel B.
A)
Alternativa A
B)
Alternativa B
C)
Alternativa C
D)
Alternativa D
E)
Alternativa E
Resposta calculada pelo Método TEF · gabarito oficial não localizado na pasta
B
Resolução comentada
A velocidade é dada pela inclinação da curva x(t). No instante t2, a curva do automóvel B é mais inclinada que a reta do automóvel A; portanto vB é maior que vA. Nesse cruzamento B ultrapassa A. Igualdade de posição não significa igualdade de velocidade.
Alternativa B.
Q01
Termologia — Calorimetria e transmissão de calor
Discursiva
Questão 1: Um recipiente metálico, isolado termicamente, pode ser usado como calorímetro. Com esse objetivo, é preciso determinar primeiramente a capacidade térmica C do calorímetro, o que pode ser feito com o seguinte procedimento: equilíbrio térmico de 10ºC. II - adicionam-se mais 100 g de água, à temperatura de 30ºC, no interior do recipiente. A nova temperatura de equilíbrio é de Te. Dados: cH2O = 1 cal/g°C a) Admitindo que seja desprezível o fluxo de calor do calorímetro para o ambiente, escreva uma equação para o equilíbrio térmico do tipo Qcedido = Qrecebido, onde apareçam a temperatura de equilíbrio Te e a capacidade térmica C do calorímetro. b) Calcule, utilizando a equação que você escreveu no item a, a capacidade térmica do calorímetro, considerando Te = 18ºC.
Resolução comentada por item
a) A água quente cede calor para os 100 g de água inicialmente fria e para o recipiente: 100c(30 − Te) = 100c(Te − 10) + C(Te − 10), com c = 1 cal/(g·°C).
b) Para Te = 18 °C, 100 × 12 = 100 × 8 + 8C. Logo C = (1200 − 800)/8 = 50 cal/°C.
Q02
Mecânica — Gravitação
Discursiva
Questão 2: O ano de 2009 será o Ano Internacional da Astronomia, em homenagem aos 400 anos da primeira utilização de um telescópio para observações astronômicas, feitas por Galileu Galilei. Dentre suas principais descobertas, estão o relevo na Lua e a existência de satélites no planeta Júpiter. Galileu observou Júpiter, durante vários dias em janeiro de 1610, e notou que quatro objetos celestes acompanhavam o planeta dançando em torno dele. Sabe-se, hoje, que esses objetos são satélites do planeta. A tabela abaixo indica o raio da órbita dos satélites e o tempo que eles demoram para dar uma volta completa em torno de Júpiter. Para resolver esse problema, você precisará da terceira lei de Kepler, que afirma que o quadrado do período de revolução é proporcional ao cubo do raio da órbita. A constante de proporcionalidade pode ser escrita × ⋅ kg dias como , em que M é M km a massa de Júpiter em quilogramas. A relação linear entre o quadrado do Note que os números da abscissa do gráfico período dos satélites e o cubo de suas encontram-se multiplicados pelo fator 1018. distâncias a Júpiter é representada no gráfico acima. Satélite Raio da órbita (km) Período (dias) Io 421,6 x 103 1,77 Europa 670 x 103 3,55 1000 x 103 Ganimedes ? Calisto 1883 x 103 16,69 a) A partir das informações do texto e do gráfico, calcule o valor aproximado da massa de Júpiter. b) A partir das informações do gráfico e da tabela, calcule o valor aproximado do período de revolução de Ganimedes.
Resolução comentada por item
a) O gráfico fornece aproximadamente T²/r³ = 40 dias²/(10¹⁸ km³) = 4,0 × 10⁻¹⁷ dias²/km³. Igualando à constante 8 × 10¹⁰/M indicada, M = (8 × 10¹⁰)/(4 × 10⁻¹⁷) = 2 × 10²⁷ kg.
b) A tabela adota raio de 1000 × 10³ km para Ganimedes. Seu cubo é 10¹⁸ km³ e o gráfico fornece T² ≈ 40 dias². Portanto T ≈ √40 ≈ 6,3 dias, com os dados aproximados do enunciado.
Q03
Mecânica — Cinemática
Discursiva
Questão 3: Dois carros estão se movendo em uma rodovia, em pistas distintas. No instante t = 0 s, a posição do carro 1 é s01 = 75 m e a do carro 2 é s02 = 50 m. O gráfico da velocidade em função do tempo para cada carro é dado a V (m/s) seguir. Carro 1 t(s) -10 Carro 2 a) A partir do gráfico, encontre a aceleração de cada carro. Aceleração do carro 1 Aceleração do carro 2 b) Escreva a equação horária para cada carro. Equação do carro 1 Equação do carro 2 c) Descreva, a partir da análise do gráfico, o que ocorre no instante t = 5s.
Resolução comentada por item
a) O carro 1 passa de −10 m/s para zero em 5 s, portanto a1 = 2 m/s². O carro 2 passa de 20 m/s para zero no mesmo intervalo, dando a2 = −4 m/s².
b) Em unidades do SI, s1 = 75 − 10t + t² e s2 = 50 + 20t − 2t².
c) Em t = 5 s, ambos têm velocidade nula e estão na mesma posição, s1 = s2 = 50 m. Nesse instante param momentaneamente e invertem seus sentidos de movimento.
Q04
Eletricidade — Eletrostática
Discursiva
Questão 4: Pretende-se consertar uma máquina fotográfica, cujo flash não funciona. Sabemos que o flash, ao ser acionado, conecta um capacitor, inicialmente carregado com ddp de 300V, à lâmpada do flash durante 1 ms. Deseja-se testar a lâmpada do flash, mas dispomos apenas de capacitores de 200 μF, que suportam no máximo uma ddp de 150V. Portanto, devemos usar uma associação de capacitores para alimentar a lâmpada. a) Desenhe um circuito, contendo uma associação com o menor número de capacitores disponíveis, capaz de testar a lâmpada do flash, indicando a ligação da lâmpada ao circuito. Use o símbolo para o capacitor e para a lâmpada. b) Calcule a energia armazenada na associação de capacitores do item (a). c) Calcule a potência da luz emitida, considerando que toda a energia da associação de capacitores é convertida em luz.
Resolução comentada por item
a) Use dois capacitores idênticos em série: cada um suporta 150 V, permitindo tensão total de 300 V com divisão igual. A lâmpada deve ser conectada, no disparo, entre os terminais externos dessa associação carregada.
b) Ceq = C/2 = 100 μF. A energia é U = CeqV²/2 = 100 × 10⁻⁶ × 300²/2 = 4,5 J.
c) Convertendo toda a energia em luz durante 1 ms, Pmédia = 4,5/0,001 = 4500 W.
Q05
Eletromagnetismo — Magnetismo
Discursiva
Questão 5: No ano de 1897, J.J. Thomson usou o dispositivo da figura abaixo para medir a razão q/m, entre a carga q e a massa m do elétron. Neste dispositivo, elétrons produzidos no catodo C passam pelas fendas nos eletrodos A e B e pela região entre as placas D e F antes de atingir a tela S, onde produzem uma mancha luminosa. Entre as placas D e F, existem um campo elétrico E e um campo magnético B uniformes, perpendiculares entre si e à direção de movimento dos elétrons. Esses campos, devidamente ajustados, permitem que um elétron passe entre as duas placas sem sofrer desvio. A energia cinética e, portanto, a velocidade dos elétrons, quando entram na região entre as placas D e F, é determinada pela energia potencial qV, em que q é a carga do elétron e V é a diferença de potencial entre os eletrodos A e B. _ + a) Considerando para a razão q/m do elétron o valor de 1,8 x 1011 C/kg, calcule a velocidade adquirida por um elétron ao passar pelos eletrodos A e B, quando a diferença de potencial V entre eles é de 100 volts. b) Considerando que o campo elétrico devido à polarização das placas D e F tem intensidade de 6,0 x 106 N/C e sentido da placa F para a placa D, encontre o módulo, a direção e o sentido do campo magnético necessário para que o elétron, com a velocidade calculada no item anterior, não sofra desvio. c) Mantendo constantes os valores do campo elétrico e do campo magnético do item b, o que ocorreria com o feixe de elétrons se a diferença de potencial entre os eletrodos A e B fosse superior a 100 volts? Justifique sua resposta.
Resolução comentada por item
a) A energia elétrica adquirida torna-se cinética: |q|V = mv²/2. Logo v = √[2(|q|/m)V] = √(2 × 1,8 × 10¹¹ × 100) = 6,0 × 10⁶ m/s.
b) Para não desviar, E = vB, dando B = 6,0 × 10⁶/(6,0 × 10⁶) = 1,0 T. O campo é perpendicular ao plano da figura, saindo da página. Assim a força magnética sobre o elétron aponta para D e compensa a força elétrica que aponta para F.
c) Uma tensão aceleradora maior produz elétrons mais rápidos. A força magnética |q|vB supera a elétrica |q|E, e o feixe se desvia para a placa D.
Q06
Ondulatória — Ondas e som
Discursiva
Questão 6: O comandante de um porta-aviões tem como missão investigar qual a profundidade do mar em determinado local. Para tanto, envia um helicóptero munido de um sonar para esse local. O sonar, posicionado pelo helicóptero a uma altura de 68 m acima do nível da água do mar, emite uma onda sonora de alta freqüência, de comprimento de onda de 0,85 cm no ar, que leva 1 segundo desde sua emissão até sua recepção de volta no ponto de onde foi emitida, depois de ter sido refletida pelo fundo do mar. O som se propaga a 340 m/s no ar e a 1400 m/s na água do mar. a) Calcule a freqüência do sinal emitido pelo sonar no ar e o comprimento de onda do sinal emitido pelo sonar na água do mar. b) Calcule a profundidade do mar nesse local. c) A onda sonora emitida pelo sonar é uma onda mecânica ou eletromagnética? Justifique.
Resolução comentada por item
a) No ar, λ = 0,85 cm = 0,0085 m. Portanto f = 340/0,0085 = 40000 Hz. A frequência não muda na passagem para a água; ali, λ = 1400/40000 = 0,035 m = 3,5 cm.
b) O percurso de ida e volta no ar leva 2 × 68/340 = 0,4 s. Restam 0,6 s para ida e volta na água. Assim 2H/1400 = 0,6 e H = 420 m.
c) É uma onda mecânica: depende de um meio material para se propagar e consiste em perturbações de pressão no ar e na água.
