UFMG 2004 | 1ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF
Vestibular UFMG 2004 · 1ª Etapa · Caderno 1 · Questões 01 a 15 — resolução comentada Método TEF.
Dados da prova
UFMG 2004 · 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 — Velocidade no lançamento vertical
Da janela de seu apartamento, Marina lança uma bola verticalmente para cima, como mostrado nesta figura:
Despreze a resistência do ar. Assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa a velocidade da bola em função do tempo, a partir do instante em que ela foi lançada.
A)
B)
C)
D)
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C
Resolução comentada
Escolhendo o sentido para cima como positivo:
$$a=-g$$
$$v(t)=v_0-gt$$
A velocidade começa positiva, diminui linearmente, passa por zero no ponto mais alto e se torna negativa na descida. O gráfico é uma única reta decrescente, sem trecho horizontal.
Alternativa C.
Q02
Mecânica — Dinâmica — Acelerações tangencial e centrípeta
Daniel está brincando com um carrinho, que corre por uma pista composta de dois trechos retilíneos – P e R – e dois trechos em forma de semicírculos – Q e S –, como representado nesta figura:
O carrinho passa pelos trechos P e Q mantendo o módulo de sua velocidade constante. Em seguida, ele passa pelos trechos R e S aumentando sua velocidade. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que a resultante das forças sobre o carrinho
A)
é nula no trecho Q e não é nula no trecho R.
B)
é nula no trecho P e não é nula no trecho Q.
C)
é nula nos trechos P e Q.
D)
não é nula em nenhum dos trechos marcados.
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B
Resolução comentada
No trecho reto P, a velocidade tem módulo e direção constantes.
$$\vec a_P=\vec0$$
$$\vec F_{\mathrm{res},P}=\vec0$$
Em Q, a direção muda e há aceleração centrípeta. Em R, a rapidez aumenta e há aceleração tangencial. Em S, mudam a rapidez e a direção.
A resultante é nula apenas em P.
Alternativa B.
Q03
Mecânica — Energia — Altura e energia cinética
Rita está esquiando numa montanha dos Andes. A energia cinética dela em função do tempo, durante parte do trajeto, está representada neste gráfico:
Os pontos Q e R, indicados nesse gráfico, correspondem a dois instantes diferentes do movimento de Rita. Despreze todas as formas de atrito. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que Rita atinge
A)
velocidade máxima em Q e altura mínima em R.
B)
velocidade máxima em R e altura máxima em Q.
C)
velocidade máxima em Q e altura máxima em R.
D)
velocidade máxima em R e altura mínima em Q.
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B
Resolução comentada
A energia cinética cresce com o quadrado da rapidez.
$$E_c=\frac12mv^2$$
R é o ponto de maior energia cinética, portanto de maior rapidez.
Sem atrito, a energia mecânica é constante.
$$E_c+mgh=E_m$$
Em Q, a energia cinética é mínima e a energia potencial, máxima. Rita atinge a maior altura em Q.
Alternativa B.
Q04
Mecânica — Hidrostática — Empuxo no equilíbrio
Ana lança três caixas – I, II e III –, de mesma massa, dentro de um poço com água. Elas ficam em equilíbrio nas posições indicadas nesta figura:
Sejam $E_I$, $E_{II}$ e $E_{III}$ os módulos dos empuxos sobre, respectivamente, as caixas I, II e III. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que
A)
$E_I$ > $E_{II}$ > $E_{III}$ .
B)
$E_I$ < $E_{II}$ = $E_{III}$ .
C)
$E_I$ = $E_{II}$ = $E_{III}$ .
D)
$E_I$ > $E_{II}$ = $E_{III}$ .
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C
Resolução comentada
Cada caixa está parada na água e, na situação representada, atua sobre ela apenas seu peso e o empuxo.
$$E_i-P_i=0$$
As massas são iguais, logo os pesos também são.
$$E_I=E_{II}=E_{III}=mg$$
O equilíbrio exige empuxos iguais, embora os volumes e as frações submersas possam diferir.
Alternativa C.
Q05
Termologia — Calorimetria — Esferas sobre gelo
Júlia coloca uma esfera de cobre e uma de alumínio, ambas de mesma massa e à mesma temperatura, sobre um bloco de gelo. Após um certo tempo, ela observa que essas esferas permanecem em equilíbrio nas posições indicadas nesta figura:
Todas as dimensões estão representadas em escala na figura. Sejam $d_{Cu}$ e $d_{Al}$ as densidades e $c_{Cu}$ e $c_{Al}$ os calores específicos, respectivamente, do cobre e do alumínio. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que
A)
$d_{Cu}$ < $d_{Al}$ e $c_{Cu}$ > $c_{Al}$ .
B)
$d_{Cu}$ > $d_{Al}$ e $c_{Cu}$ < $c_{Al}$ .
C)
$d_{Cu}$ < $d_{Al}$ e $c_{Cu}$ < $c_{Al}$ .
D)
$d_{Cu}$ > $d_{Al}$ e $c_{Cu}$ > $c_{Al}$ .
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B
Resolução comentada
A esfera de cobre é menor que a de alumínio. Com massas iguais:
$$d=\frac mV$$
$$d_{Cu}>d_{Al}$$
A esfera de alumínio funde maior volume de gelo, conforme a cavidade representada, liberando mais energia ao esfriar até o equilíbrio.
$$Q=mc\,\Delta T$$
Como m e a variação de temperatura são iguais, a maior quantidade de calor cedida corresponde ao maior calor específico.
$$c_{Cu}<c_{Al}$$
Alternativa B.
Q06
Termodinâmica — Primeira lei — Aquecimento com êmbolo livre
Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido, como representado nesta figura:
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, nesse processo,
A)
a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.
B)
a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido.
C)
a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido.
D)
a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.
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D
Resolução comentada
Com o êmbolo livre e carga externa constante, a expansão ocorre sob pressão constante, no modelo quase estático da questão.
O gás realiza trabalho positivo ao expandir.
$$W=p\,\Delta V>0$$
Pela primeira lei:
$$Q=\Delta U+W$$
$$\Delta U<Q$$
A pressão permanece constante e o aumento da energia interna é menor que o calor fornecido.
Alternativa D.
Q07
Ondulatória — Som — Frequência e comprimento de onda
Ao assobiar, Rafael produz uma onda sonora de uma determinada freqüência. Essa onda gera regiões de alta e baixa pressão ao longo de sua direção de propagação. A variação de pressão $\Delta p$ em função da posição x, ao longo dessa direção de propagação, em um certo instante, está representada nesta figura:
Em outro momento, Rafael assobia produzindo uma onda sonora de freqüência duas vezes maior que a anterior. Com base nessas informações, assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa o gráfico de $\Delta p$ em função de x para esta segunda onda sonora.
A)
B)
C)
D)
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C
Resolução comentada
Os máximos sucessivos do gráfico inicial estão separados por 40 cm.
$$\lambda_1=40\ \mathrm{cm}$$
No mesmo meio, a velocidade de propagação permanece a mesma.
$$v=f_1\lambda_1=f_2\lambda_2$$
Como a frequência dobra:
$$\lambda_2=\frac{\lambda_1}{2}=20\ \mathrm{cm}$$
Deve-se escolher o gráfico com picos separados por 20 cm. A duplicação da frequência não exige duplicar a amplitude.
Alternativa C.
Q08
Óptica — Visão — Correção da miopia e da hipermetropia
Após examinar os olhos de Sílvia e de Paula, o oftalmologista apresenta suas conclusões a respeito da formação de imagens nos olhos de cada uma delas, na forma de diagramas esquemáticos, como mostrado nestas figuras: Com base nas informações contidas nessas figuras, é CORRETO afirmar que
A)
apenas Sílvia precisa corrigir a visão e, para isso, deve usar lentes divergentes.
B)
ambas precisam corrigir a visão e, para isso, Sílvia deve usar lentes convergentes e Paula, lentes divergentes.
C)
apenas Paula precisa corrigir a visão e, para isso, deve usar lentes convergentes.
D)
ambas precisam corrigir a visão e, para isso, Sílvia deve usar lentes divergentes e Paula, lentes convergentes.
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D
Resolução comentada
Em Sílvia, os raios convergem antes da retina: o esquema representa miopia. Uma lente divergente reduz a convergência do feixe incidente e leva o foco até a retina.
Em Paula, o foco estaria depois da retina: o esquema representa hipermetropia. Uma lente convergente aumenta a convergência e antecipa a formação da imagem.
As duas precisam de correção: divergente para Sílvia e convergente para Paula.
Alternativa D.
Q09
Ondulatória — Difração — Som contornando um muro
O muro de uma casa separa Laila de sua gatinha. Laila ouve o miado da gata, embora não consiga enxergá-la. Nessa situação, Laila pode ouvir, mas não pode ver sua gata, PORQUE
A)
a onda sonora é uma onda longitudinal e a luz é uma onda transversal.
B)
a velocidade da onda sonora é menor que a velocidade da luz.
C)
a freqüência da onda sonora é maior que a freqüência da luz visível.
D)
o comprimento de onda do som é maior que o comprimento de onda da luz visível.
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D
Resolução comentada
A difração se torna mais perceptível quando o comprimento de onda é comparável às dimensões relevantes do obstáculo ou da abertura.
O som audível tem comprimento de onda muito maior que o da luz visível.
Por isso, o som se espalha para a região atrás do muro em intensidade suficiente para Laila ouvir a gata, enquanto a difração da luz nessa escala é desprezível para a visão cotidiana.
Alternativa D.
Q10
Eletricidade — Campo elétrico — Equilíbrio da gota de óleo
Em um experimento, o Professor Ladeira observa o movimento de uma gota de óleo, eletricamente carregada, entre duas placas metálicas paralelas, posicionadas horizontalmente. A placa superior tem carga positiva e a inferior, negativa, como representado nesta figura:
Considere que o campo elétrico entre as placas é uniforme e que a gota está apenas sob a ação desse campo e da gravidade. Para um certo valor do campo elétrico, o Professor Ladeira observa que a gota cai com velocidade constante. Com base nessa situação, é CORRETO afirmar que a carga da gota é
A)
negativa e a resultante das forças sobre a gota não é nula.
B)
positiva e a resultante das forças sobre a gota é nula.
C)
negativa e a resultante das forças sobre a gota é nula.
D)
positiva e a resultante das forças sobre a gota não é nula.
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C
Resolução comentada
A velocidade constante implica aceleração nula e equilíbrio das forças.
$$\sum\vec F=\vec0$$
O peso aponta para baixo. A força elétrica deve apontar para cima e ter o mesmo módulo.
$$|q|E=mg$$
O campo vai da placa positiva superior para a negativa inferior, apontando para baixo. Para que a força elétrica seja oposta ao campo, a carga da gota deve ser negativa.
Alternativa C.
Q11
Eletricidade — Efeito Joule — Chuveiro em duas tensões
Gabriel possui um chuveiro, cujo elemento de aquecimento consiste em dois resistores, de $10\ \Omega$ cada um, ligados da forma representada nesta figura:
Quando morava em Brasília, onde a diferença de potencial da rede elétrica é de 220 V, Gabriel ligava o chuveiro pelos terminais K e M, indicados na figura. Ao mudar-se para Belo Horizonte, onde a diferença de potencial é de 110 V, passou a ligar o mesmo chuveiro pelos terminais K e L. É CORRETO afirmar que, comparando-se com Brasília, em Belo Horizonte, nesse chuveiro,
A)
a corrente elétrica é a mesma e menos calor por unidade de tempo é fornecido à água.
B)
a corrente elétrica é maior e a mesma quantidade de calor por unidade de tempo é fornecida à água.
C)
a corrente elétrica é a mesma e a mesma quantidade de calor por unidade de tempo é fornecida à água.
D)
a corrente elétrica é menor e menos calor por unidade de tempo é fornecido à água.
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A
Resolução comentada
Entre K e M há dois resistores de 10 ohms em série.
Em Belo Horizonte, menos calor por unidade de tempo é fornecido à água.
Alternativa A.
Q12
Eletricidade — Magnetismo — Velocidade paralela ao campo
Um feixe de elétrons entra em uma região onde existe um campo magnético, cuja direção coincide com a direção da velocidade dos elétrons. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, ao entrar no campo magnético, os elétrons desse feixe
A)
são desviados e sua energia cinética não se altera.
B)
não são desviados e sua energia cinética aumenta.
C)
são desviados e sua energia cinética aumenta.
D)
não são desviados e sua energia cinética não se altera.
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D
Resolução comentada
O módulo da força magnética é:
$$F_B=|q|vB\sin\theta$$
Com velocidade paralela ou antiparalela ao campo:
$$\sin\theta=0$$
$$F_B=0$$
Os elétrons não são desviados. O campo magnético também não altera sua energia cinética.
Alternativa D.
Q13
Eletricidade — Indução — Entrada e saída de um anel no campo
Um anel metálico rola sobre uma mesa, passando, sucessivamente, pelas posições P, Q, R e S, como representado nesta figura:
Na região indicada pela parte sombreada na figura, existe um campo magnético uniforme, perpendicular ao plano do anel, representado pelo símbolo ⊗ (campo entrando no plano da figura). Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que, quando o anel passa pelas posições Q, R e S, a corrente elétrica, nele,
A)
é nula apenas em R e tem sentidos opostos em Q e em S.
B)
tem o mesmo sentido em Q, em R e em S.
C)
é nula apenas em R e tem o mesmo sentido em Q e em S.
D)
tem o mesmo sentido em Q e em S e sentido oposto em R.
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A
Resolução comentada
A força eletromotriz induzida depende da variação do fluxo.
$$\mathcal E=-\frac{d\Phi_B}{dt}$$
Em Q, a área do anel dentro da região magnética aumenta. Em S, essa área diminui. As variações têm sinais opostos, portanto as correntes também têm sentidos opostos.
Em R, o anel está inteiramente dentro do campo uniforme e o fluxo permanece constante.
$$\mathcal E_R=0$$
A corrente é nula apenas em R.
Alternativa A.
Q14
Física moderna — Fótons — Intensidade luminosa e cor
Utilizando um controlador, André aumenta a intensidade da luz emitida por uma lâmpada de cor vermelha, sem que esta cor se altere. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que a intensidade da luz aumenta porque
A)
a freqüência da luz emitida pela lâmpada aumenta.
B)
o comprimento de onda da luz emitida pela lâmpada aumenta.
C)
a energia de cada fóton emitido pela lâmpada aumenta.
D)
o número de fótons emitidos pela lâmpada, a cada segundo, aumenta.
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D
Resolução comentada
Sem mudança de cor, a frequência permanece constante. A energia de cada fóton também permanece constante.
$$E_{\mathrm{fóton}}=hf$$
A potência luminosa é proporcional ao número de fótons emitidos por segundo.
$$P=\dot N\,hf$$
Para aumentar a intensidade com a mesma cor, a lâmpada emite mais fótons a cada segundo.
Alternativa D.
Q15
Física moderna — Relatividade — Velocidade de um pulso luminoso
Observe esta figura:
Paulo Sérgio, viajando em sua nave, aproxima-se de uma plataforma espacial, com velocidade de 0,7c , em que c é a velocidade da luz. Para se comunicar com Paulo Sérgio, Priscila, que está na plataforma, envia um pulso luminoso em direção à nave. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que a velocidade do pulso medida por Paulo Sérgio é de
A)
0,7 c.
B)
1,0 c.
C)
0,3 c.
D)
1,7 c.
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B
Resolução comentada
No vácuo, qualquer observador inercial mede a mesma velocidade c para a luz, independentemente do movimento da fonte ou do receptor.
A composição relativística, tomando o pulso e a nave em sentidos opostos, confirma:
$$u'=\frac{c+0{,}7c}{1+0{,}7}=c$$
Paulo Sérgio mede a velocidade do pulso como 1,0c.
