Leia as proposições sobre os tipos de ondas:
I – Ondas mecânicas são governadas pelas Leis de Newton e existem apenas em meios materiais, como água, o ar e as rochas.
II – Ondas eletromagnéticas precisam de um meio material para se propagar, ou seja, não se propagam no vácuo.
III – A luz visível e a ultravioleta são exemplos de ondas mecânicas.
Assinale a alternativa correta:
I é verdadeira: ondas mecânicas (som, ondas na água, em cordas) resultam de forças entre partículas do meio, obedecendo às Leis de Newton, e só existem propagando-se em meios materiais.
II é falsa: ondas eletromagnéticas são a exceção — não precisam de meio material e se propagam também no vácuo (é assim que a luz do Sol chega até nós).
III é falsa: luz visível e ultravioleta são ondas eletromagnéticas, não mecânicas.
Apenas I é verdadeira — alternativa A.
Durante uma aula de Física, a professora propõe a seguinte situação: "em um trecho reto da estrada, um carro se movimenta a 40 km/h em relação a um observador externo. Imagine que ele se desloca da esquerda para direita, e em seu interior existe uma esfera sobre uma superfície plana sem atrito. A esfera está em repouso em relação ao condutor do veículo. De repente, o motorista avista um buraco, aciona os freios e exclama: Ufa! Nada demais aconteceu, exceto a esfera que se movimentou".
Ao término, a professora solicita aos estudantes que analisem a situação, em relação a um observador externo, obtendo as seguintes afirmações:
- Estudante 1: Antes de iniciar a frenagem a velocidade do carro era de 40 km/h.
- Estudante 2: Antes de iniciar a frenagem a velocidade do carro estava entre 20 km/h e 30 km/h.
- Estudante 3: Ao acionar os freios, a esfera se movimentou para a direita.
- Estudante 4: Ao acionar os freios, a esfera se movimentou para a esquerda.
- Estudante 5: A primeira Lei de Newton explica a situação, pois a esfera tende a permanecer no seu estado de movimento.
- Estudante 6: A terceira Lei de Newton explica a situação, pois a esfera tende a permanecer no seu estado de movimento.
Avalie e selecione a alternativa em que as afirmações que os estudantes fizeram estão corretas:
Estudante 1 (correto): o enunciado já informa que o carro se movimenta a 40 km/h antes de qualquer frenagem.
Estudante 2 (errado): contradiz o valor dado no enunciado.
Estudante 3 (correto): como a esfera não tem atrito com o carro, ao frear o carro ela mantém sua velocidade original (para a direita, sentido do movimento) enquanto o carro desacelera — logo, em relação ao carro (e também em relação ao observador externo) ela segue se deslocando para a direita.
Estudante 4 (errado): contradiz o raciocínio acima.
Estudante 5 (correto): a 1ª Lei de Newton (inércia) explica exatamente por que a esfera, livre de forças horizontais, tende a manter sua velocidade mesmo com o carro freando.
Estudante 6 (errado): a 3ª Lei (ação e reação) trata de pares de força entre corpos distintos, não da tendência de um corpo permanecer em seu estado de movimento.
Corretos: Estudante 1, 3 e 5 — alternativa C.
Um pequeno carro de brinquedo, com massa de 0,5 kg, está se movendo para a direita a uma velocidade de 2 m/s. Ele colide de frente com outro carro de brinquedo, de massa 0,3 kg, que está parado. Após a colisão, os carros ficam grudados um ao outro e continuam se movendo para a direita.
Nota: o enunciado original pede para "considerar a colisão perfeitamente elástica", mas descreve os carros ficando grudados após o choque — isso caracteriza, na verdade, uma colisão perfeitamente inelástica (provável imprecisão no enunciado). A resolução segue a descrição física dos carros grudados, que é o que permite calcular uma resposta única.
Considere a colisão sendo perfeitamente elástica e determine a velocidade final dos carros após a colisão:
Como os carros ficam grudados, a colisão é inelástica, e vale a conservação da quantidade de movimento: $m_1 v_1 = (m_1+m_2)v_f$.
$0{,}5 \times 2 = (0{,}5+0{,}3)\,v_f \Rightarrow 1 = 0{,}8\,v_f \Rightarrow v_f = 1{,}25\ \text{m/s}$ — alternativa B.
Um gás ideal é armazenado em um cilindro com volume de 0,1 m³ e está em temperatura de 300 K. O gás, então, é submetido a uma transformação isobárica aumentando seu volume para 0,15 m³. Nesse caso, a temperatura do gás passará a ser de:
Em transformação isobárica, a Lei de Gay-Lussac dá $\dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2}$.
$T_2 = T_1 \cdot \dfrac{V_2}{V_1} = 300 \times \dfrac{0{,}15}{0{,}1} = 450\ \text{K}$.
Convertendo para Celsius: $450 - 273 = 177\ \text{°C}$ — alternativa B.
Considere duas ondas iguais (y₁ e y₂) e de formato senoidal que se propagam em uma corda no sentido positivo do eixo cartesiano x. Essas ondas se interferem para produzir uma onda resultante (y_R). A partir dessas informações, analise as 3 (três) situações a seguir:
- Situação 1 – A diferença de fase entre as ondas y₁ e y₂ é de π rad.
- Situação 2 – A diferença de fase entre as ondas y₁ e y₂ é de 2π/3 rad.
- Situação 3 – Não há diferença de fase entre as ondas y₁ e y₂.
Assinale a alternativa que contenha a análise correta, em relação ao tipo de interferência da onda resultante a que se refere às situações 1, 2 e 3, respectivamente:
Interferência entre ondas idênticas depende da diferença de fase $\Delta\varphi$: quando $\Delta\varphi = 0$ (ou múltiplo de $2\pi$), as ondas estão em fase → interferência construtiva (amplitude máxima).
Quando $\Delta\varphi = \pi$ (meio ciclo), as ondas estão em oposição de fase → interferência destrutiva (amplitude mínima/nula, pois as ondas são iguais).
Para $\Delta\varphi = 2\pi/3$ (nem 0, nem $\pi$) → interferência intermediária (nem totalmente construtiva, nem destrutiva).
Logo: 1-destrutiva, 2-intermediária, 3-construtiva — alternativa A.
Sabe-se que, em um motor a diesel, não é necessário o uso de velas de ignição, componente usado no motor para provocar a explosão inicial na mistura ar-combustível. Nesse caso, o ar é comprimido dentro do cilindro em uma compressão adiabática que atinge temperaturas de 1000 K. Assim, quando o combustível é injetado, devido às altas temperaturas, a mistura sofre uma combustão espontânea, colocando o motor em funcionamento. Nessa primeira etapa de compressão adiabática, é realizado um trabalho de 900 J para comprimir o ar. Supondo que o motor trabalhe seguindo um ciclo de Carnot e que o motor atinja uma temperatura fria de 700 K, determine a energia interna em módulo do ar e o rendimento do motor (em valor percentual) na primeira etapa.
Em uma compressão adiabática, não há troca de calor ($Q=0$). Pela 1ª Lei da Termodinâmica, $\Delta U = Q - W_{gás}$; como o trabalho é feito sobre o gás, $\Delta U = |W| = 900\ \text{J}$ em módulo.
O rendimento de um ciclo de Carnot depende só das temperaturas das fontes: $\eta = 1 - \dfrac{T_{fria}}{T_{quente}} = 1 - \dfrac{700}{1000} = 0{,}30 = 30\%$.
Energia interna: 900 J; rendimento: 30% — alternativa C.
Um bloco de 2 kg é solto do repouso a uma altura de 10 m acima do solo e desce um escorregador sem atrito, como mostra a figura.
Bloco parte do repouso a 10 m, desce o escorregador sem atrito e desliza mais 10 m no solo até parar.
O bloco atinge a base do escorregador com sua velocidade toda no eixo horizontal e continua deslizando horizontalmente por 10 m no solo até parar.
Considerando as condições ideais em que o coeficiente de atrito no plano horizontal é constante e homogêneo ao longo de todo o percurso e, considerando também a aceleração da gravidade como sendo 10 m/s², calcule o coeficiente de atrito entre o plano horizontal e o bloco.
No escorregador sem atrito, toda a energia potencial vira energia cinética na base: $E_c = mgh = 2 \times 10 \times 10 = 200\ \text{J}$.
No trecho horizontal, o atrito dissipa toda essa energia até o bloco parar: $W_{atrito} = \mu \cdot m g \cdot d = E_c$.
$\mu \times 2 \times 10 \times 10 = 200 \Rightarrow 200\,\mu = 200 \Rightarrow \mu = 1$ — alternativa B.