UFMG 2003 | 1ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF
Vestibular UFMG 2003 · 1ª Etapa · Caderno 1 · Questões 01 a 15 — resolução comentada Método TEF.
Dados da prova
UFMG 2003 · 1ª Etapa · Caderno 1 · Física: questões 01 a 15. Respostas conferidas na seção Física do gabarito oficial do Caderno 1, disponível na pasta local. Resoluções e análises editoriais: Método TEF.
Q01
Mecânica — Cinemática — Ultrapassagem e velocidade relativa
Um pequeno bote, que navega a uma velocidade de 2,0 m/s em relação à margem de um rio, é alcançado por um navio, de 50 m de comprimento, que se move paralelamente a ele, no mesmo sentido, como mostrado nesta figura:
Esse navio demora 20 segundos para ultrapassar o bote. Ambos movem-se com velocidades constantes. Nessas condições, a velocidade do navio em relação à margem do rio é de, aproximadamente,
A)
0,50 m/s.
B)
2,0 m/s.
C)
2,5 m/s.
D)
4,5 m/s.
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D
Resolução comentada
Desprezando o comprimento do pequeno bote, o navio precisa avançar 50 m em relação a ele.
Em um laboratório de Física, Agostinho realiza o seguinte experimento. Ele segura o bloco K sobre uma mesa sem atrito. Esse bloco está ligado por um fio a outro bloco, L, que está sustentado por esse fio. Em um certo momento, Agostinho solta o bloco K e os blocos começam a se movimentar. O bloco L atinge o solo antes que o bloco K chegue à extremidade da mesa. Despreze as forças de atrito. Os blocos K e L são idênticos e cada um tem massa m . A altura da mesa é H e o bloco L, inicialmente, está a uma altura h do solo. A aceleração da gravidade é g. Nessas condições, imediatamente antes de o bloco L atingir o solo, a energia cinética do conjunto dos dois blocos é
A)
$mg(H-h)$.
B)
$mgh$.
C)
$mgH$.
D)
$mg(H+h)$.
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B
Resolução comentada
O bloco K se desloca horizontalmente e não muda de altura. O bloco L desce uma distância h.
A diminuição da energia potencial gravitacional de L transforma-se na energia cinética total dos dois blocos.
$$\Delta E_p=-mgh$$
$$E_{c,K}+E_{c,L}=mgh$$
A altura H da mesa não determina a energia liberada nessa etapa.
Alternativa B.
Q03
Mecânica — Dinâmica — Movimento antes e depois de afrouxar o fio
Em um laboratório de Física, Agostinho realiza o seguinte experimento. Ele segura o bloco K sobre uma mesa sem atrito. Esse bloco está ligado por um fio a outro bloco, L, que está sustentado por esse fio. Em um certo momento, Agostinho solta o bloco K e os blocos começam a se movimentar. O bloco L atinge o solo antes que o bloco K chegue à extremidade da mesa. Despreze as forças de atrito. Assinale a alternativa cujo gráfico melhor descreve a velocidade do bloco K em função do tempo, desde o instante em que é solto até chegar próximo à extremidade da mesa.
A)
B)
C)
D)
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A
Resolução comentada
Enquanto L está suspenso, os blocos têm massas iguais e a resultante externa que impulsiona o conjunto é o peso de L.
$$mg=2ma$$
$$a=\frac g2$$
Partindo do repouso, a velocidade de K aumenta linearmente. Quando L atinge o chão, o fio afrouxa e deixa de aplicar tração em K.
Sem atrito na mesa:
$$F_{\mathrm{res},K}=0$$
K continua com velocidade constante até próximo da borda. O gráfico combina uma reta crescente e um patamar.
Alternativa A.
Q04
Mecânica — Estática — Equilíbrio de torques dos baldes
Para carregar quatro baldes idênticos, Nivaldo pendura-os em uma barra, como mostrado nesta figura:
Essa barra é homogênea e possui suportes para os baldes, igualmente espaçados entre si, representados, na figura, pelos pontos escuros. Para manter a barra em equilíbrio, na horizontal, Nivaldo a apóia, pelo ponto médio, no ombro. Nivaldo, então, remove um dos baldes e rearranja os demais de forma a manter a barra em equilíbrio, na horizontal, ainda apoiada pelo seu ponto médio. Assinale a alternativa que apresenta um arranjo possível para manter os baldes em equilíbrio nessa nova situação.
A)
B)
C)
D)
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A
Resolução comentada
O peso da barra atua no apoio central e não produz torque em torno dele. Os baldes idênticos têm o mesmo peso P.
Se d é o espaçamento entre os suportes, no arranjo compatível com o equilíbrio há dois baldes a um lado, nos braços d e 2d, e um do outro lado, no braço 3d.
$$P d+P(2d)=P(3d)$$
A soma dos torques é nula e a barra pode permanecer horizontal.
Alternativa A.
Q05
Mecânica — Trabalho e potência — Escada e rampa
Para chegar ao segundo andar de sua escola, André pode subir por uma escada ou por uma rampa. Se subir pela escada, com velocidade constante, ele demora 10 s; no entanto, se for pela rampa, com a mesma velocidade, leva 15 s. Sejam $W_E$ o trabalho realizado e $P_E$ a potência média desenvolvida por André para ir ao segundo andar pela escada. Indo pela rampa, esses valores são, respectivamente, $W_R$ e $P_R$ . Despreze perdas de energia por atrito. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que
A)
$W_E\ne W_R$ e $P_E<P_R$.
B)
$W_E\ne W_R$ e $P_E>P_R$.
C)
$W_E=W_R$ e $P_E<P_R$.
D)
$W_E=W_R$ e $P_E>P_R$.
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D
Resolução comentada
As duas rotas levam ao mesmo andar e as velocidades são constantes. Sem perdas por atrito, o trabalho realizado contra a gravidade é o mesmo.
$$W_E=W_R=mg\Delta h$$
A potência média é trabalho por tempo.
$$P_E=\frac{W}{10}$$
$$P_R=\frac{W}{15}$$
$$\frac{P_E}{P_R}=\frac{15}{10}=\frac32$$
A potência média na escada é maior.
Alternativa D.
Q06
Termologia — Transferência de calor — Isolamento do cobertor
No verão, Tia Maria dorme coberta somente com um lençol de algodão, enquanto, no inverno, ela se cobre com um cobertor de lã. No inverno, a escolha do cobertor de lã justifica-se, principalmente, porque este
A)
é mais quente que o lençol de algodão.
B)
é pior transmissor de calor que o lençol de algodão.
C)
se aquece mais rápido que o lençol de algodão.
D)
tem mais calor acumulado que o lençol de algodão.
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B
Resolução comentada
No inverno, o corpo transfere energia para o ambiente mais frio. O cobertor de lã retém ar entre suas fibras e dificulta essa transferência.
Isso reduz a taxa de perda de calor e ajuda o corpo a manter sua temperatura. A justificativa é a menor transmissão de calor em comparação com o lençol, não uma temperatura própria maior do cobertor.
Alternativa B.
Q07
Termologia — Dilatação — Lâmina bimetálica
Uma lâmina bimetálica é constituída de duas placas de materiais diferentes, $M_1$ e $M_2$ , presas uma à outra. Essa lâmina pode ser utilizada como interruptor térmico para ligar ou desligar um circuito elétrico, como representado, esquematicamente, na figura I: Quando a temperatura das placas aumenta, elas dilatam-se e a lâmina curva-se, fechando o circuito elétrico, como mostrado na figura II. Esta tabela mostra o coeficiente de dilatação linear α de diferentes materiais:
Coeficientes de dilatação linear
Material
α (10⁻⁶ °C⁻¹)
Aço
11
Alumínio
24
Bronze
19
Cobre
17
Níquel
13
Considere que o material $M_1$ é cobre e o outro, $M_2$, deve ser escolhido entre os listados nessa tabela. Para que o circuito seja ligado com o menor aumento de temperatura, o material da lâmina $M_2$ deve ser o
A)
aço.
B)
alumínio.
C)
bronze.
D)
níquel.
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B
Resolução comentada
Para a extremidade curvar-se para baixo e fechar o contato, a camada superior M2 deve alongar mais que a camada inferior de cobre.
$$\alpha_2>\alpha_{Cu}$$
A diferença de alongamentos, para o mesmo comprimento inicial e a mesma elevação de temperatura, é proporcional à diferença dos coeficientes.
O alumínio tem o maior coeficiente da tabela, 24, contra 17 do cobre, em unidades de 10⁻⁶ °C⁻¹. Ele produz a curvatura necessária com a menor elevação de temperatura.
Alternativa B.
Q08
Termodinâmica — Primeira lei — Expansão rápida na seringa
Uma seringa, com a extremidade fechada, contém uma certa quantidade de ar em seu interior. Sampaio puxa, rapidamente, o êmbolo dessa seringa, como mostrado nesta figura:
Considere o ar como um gás ideal. Sabe-se que, para um gás ideal, a energia interna é proporcional à sua temperatura. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, no interior da seringa,
A)
a pressão do ar aumenta e sua temperatura diminui.
B)
a pressão do ar diminui e sua temperatura aumenta.
C)
a pressão e a temperatura do ar aumentam.
D)
a pressão e a temperatura do ar diminuem.
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D
Resolução comentada
A expansão rápida é aproximadamente adiabática: a troca de calor durante o movimento é desprezível.
$$Q\simeq0$$
O gás realiza trabalho positivo ao expandir.
$$\Delta U=Q-W<0$$
Como a energia interna do gás ideal é proporcional à temperatura, esta diminui. Além disso, o volume aumenta.
$$p=\frac{nRT}{V}$$
A redução de T e o aumento de V fazem a pressão diminuir.
Alternativa D.
Q09
Óptica — Refração — Lápis parcialmente mergulhado
Um professor pediu a seus alunos que explicassem por que um lápis, dentro de um copo com água, parece estar quebrado, como mostrado nesta figura:
Bruno respondeu: “Isso ocorre, porque a velocidade da luz na água é menor que a velocidade da luz no ar”. Tomás explicou: “Esse fenômeno está relacionado com a alteração da freqüência da luz quando esta muda de meio”. Considerando-se essas duas respostas, é CORRETO afirmar que
A)
apenas a de Bruno está certa.
B)
apenas a de Tomás está certa.
C)
as duas estão certas.
D)
nenhuma das duas está certa.
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A
Resolução comentada
A luz se propaga com velocidades diferentes na água e no ar. Ao atravessar obliquamente a superfície, muda de direção por refração, deslocando a posição aparente da parte mergulhada.
$$v_{\mathrm{água}}<v_{\mathrm{ar}}$$
A frequência permanece a mesma na mudança de meio.
$$f_{\mathrm{água}}=f_{\mathrm{ar}}$$
Assim, a explicação de Bruno está correta e a de Tomás não.
Alternativa A.
Q10
Ondulatória — Periodicidade — Fonte de ondas no lago
Daniel brinca produzindo ondas ao bater com uma varinha na superfície de um lago. A varinha toca a água a cada 5 segundos. Se Daniel passar a bater a varinha na água a cada 3 segundos, as ondas produzidas terão maior
A)
comprimento de onda.
B)
frequência.
C)
período.
D)
velocidade.
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B
Resolução comentada
O intervalo entre batidas é o período da fonte.
$$f_1=\frac15\ \mathrm{Hz}$$
$$f_2=\frac13\ \mathrm{Hz}$$
$$f_2>f_1$$
A frequência aumenta. No mesmo meio, a velocidade de propagação não aumenta por esse motivo; o comprimento de onda diminui.
Alternativa B.
Q11
Óptica — Espelho plano — Posição da imagem virtual
Oscar está na frente de um espelho plano, observando um lápis, como representado nesta figura:
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que Oscar verá a imagem desse lápis na posição indicada pela letra
A)
K.
B)
L.
C)
M.
D)
N.
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B
Resolução comentada
A imagem em um espelho plano é simétrica ao objeto em relação ao plano refletor.
$$d_{\mathrm{imagem}}=d_{\mathrm{objeto}}$$
O lápis está à frente do espelho, alinhado horizontalmente com a posição L. A posição simétrica atrás dele é L. A posição de Oscar altera quais raios chegam aos seus olhos, mas não muda o lugar geométrico da imagem.
Alternativa B.
Q12
Eletricidade — Eletrostática — Polarização e ação e reação
Aproximando-se um pente de um pedacinho de papel, observa-se que não há força entre eles. No entanto, ao se passar o pente no cabelo e, em seguida, aproximá-lo do pedacinho de papel, este será atraído pelo pente. Sejam $F_{\mathrm{pente}}$ e $F_{\mathrm{papel}}$ os módulos das forças eletrostáticas que atuam, respectivamente, sobre o pente e sobre o papel. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que
A)
o pente e o papel têm cargas de sinais opostos e $F_{\mathrm{pente}}=F_{\mathrm{papel}}$.
B)
o pente e o papel têm cargas de sinais opostos e $F_{\mathrm{pente}}>F_{\mathrm{papel}}$.
C)
o pente está eletricamente carregado, o papel está eletricamente neutro e $F_{\mathrm{pente}}=F_{\mathrm{papel}}$.
D)
o pente está eletricamente carregado, o papel está eletricamente neutro e $F_{\mathrm{pente}}>F_{\mathrm{papel}}$.
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C
Resolução comentada
Ao ser passado no cabelo, o pente se eletriza. O campo não uniforme do pente polariza o papel, que permanece com carga líquida nula antes do contato.
A interação é atrativa porque as cargas de sinal oposto ficam efetivamente mais próximas do pente.
Pela terceira lei de Newton, as forças sobre os dois corpos têm sentidos opostos e módulos iguais.
$$F_{\mathrm{pente}}=F_{\mathrm{papel}}$$
Alternativa C.
Q13
Eletricidade — Potência — Lâmpadas em paralelo
Duas lâmpadas – $L_{60}$ e $L_{100}$ – são ligadas a uma tomada, como representado nesta figura:
A lâmpada $L_{60}$ é de 60 W e a $L_{100}$ é de 100 W. Sejam $V_{60}$ a diferença de potencial e $i_{60}$ a corrente elétrica na lâmpada $L_{60}$ . Na lâmpada $L_{100}$ , esses valores são, respectivamente, $V_{100}$ e $i_{100}$ . Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que
A)
$V_{60}<V_{100}$ e $i_{60}<i_{100}$.
B)
$V_{60}<V_{100}$ e $i_{60}=i_{100}$.
C)
$V_{60}=V_{100}$ e $i_{60}<i_{100}$.
D)
$V_{60}=V_{100}$ e $i_{60}>i_{100}$.
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C
Resolução comentada
As duas lâmpadas estão ligadas em paralelo à tomada e recebem a mesma diferença de potencial.
$$V_{60}=V_{100}=V$$
A corrente de cada uma, na condição nominal representada, é dada por:
$$i=\frac PV$$
$$i_{60}=\frac{60}{V}$$
$$i_{100}=\frac{100}{V}$$
Logo, a corrente na lâmpada de 60 W é menor.
Alternativa C.
Q14
Eletricidade — Magnetismo — Limalhas entre polos
Fazendo uma experiência com dois ímãs em forma de barra, Júlia colocou-os sob uma folha de papel e espalhou limalhas de ferro sobre essa folha. Ela colocou os ímãs em duas diferentes orientações e obteve os resultados mostrados nas figuras I e II: Nessas figuras, os ímãs estão representados pelos retângulos. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que as extremidades dos ímãs voltadas para a região entre eles correspondem aos pólos
A)
norte e norte na Figura I e sul e norte na Figura II.
B)
norte e norte na Figura I e sul e sul na Figura II.
C)
norte e sul na Figura I e sul e norte na Figura II.
D)
norte e sul na Figura I e sul e sul na Figura II.
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D
Resolução comentada
Na Figura I, as linhas de campo ligam diretamente as extremidades voltadas uma para a outra. O padrão é compatível com polos opostos.
Na Figura II, as linhas se afastam da região entre as extremidades. O padrão é compatível com polos iguais.
Entre as opções apresentadas, a combinação compatível é norte e sul na Figura I e sul e sul na Figura II.
As limalhas, sozinhas, não distinguem norte de sul: inverter simultaneamente os polos de uma configuração preserva esse padrão geométrico.
Alternativa D.
Q15
Eletricidade — Magnetismo — Superposição de campos de fios
Nesta figura, estão representados dois fios, percorridos por correntes elétricas de mesma intensidade e de sentidos contrários, e dois pontos, K e L: Os fios e os pontos estão no mesmo plano. O ponto L é eqüidistante dos dois fios e o ponto K está à esquerda deles. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que o campo magnético,
A)
em K, é nulo e, em L, está entrando no papel.
B)
em K, está entrando no papel e, em L, está saindo dele.
C)
em K, está saindo do papel e, em L, é nulo.
D)
em K, está saindo do papel e, em L, está entrando nele.
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D
Resolução comentada
O campo de um fio retilíneo tem módulo:
$$B=\frac{\mu_0 I}{2\pi r}$$
Em L, entre os fios, o campo do fio da esquerda, com corrente para cima, entra no papel. O do fio da direita, com corrente para baixo, também entra no papel. Eles se somam.
Em K, à esquerda dos dois fios, os campos são opostos. O fio da esquerda está mais perto e produz o maior módulo; seu campo sai do papel.
O campo resultante sai do papel em K e entra no papel em L.
