UFMG 2011 | 2ª Etapa — Discursiva — Prova comentada de Física — Método TEF

Um béquer contendo água está colocado sobre uma balança e, ao lado deles, uma esfera de aço maciça, com densidade de 5,0 g/cm3, pendurada por uma corda, está presa a um suporte, como mostrado na Figura I. Nessa situação, a balança indica um peso de 12 N e a tensão na corda é de 10 N.

Figura I Em seguida, a esfera de aço, ainda pendurada pela corda, é colocada dentro do béquer com água, como mostrado na Figura II.

? Considerando essa nova situação, DEtERMINE:

A) a tensão na corda. Figura II

B) o peso indicado na balança.

Em agosto de 2009, em Berlim, Usain Bolt, atleta jamaicano, bateu o recorde da corrida de 100 m rasos, com o tempo de 9,58 s. Neste gráfico, está representada, de maneira aproximada, a velocidade desenvolvida, naquela corrida, por esse atleta em função do tempo:

9,0 (m/s)

v 6,0

3,0

0,0 0,0 2,5 5,0 7,5 10 t (s)

Suponha que o calçado usado por Bolt tinha solado liso.

1. Considerando essas informações, DETERMINE o menor valor do coeficiente de atrito estático entre o calçado e o solo para que o atleta não derrape.

2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Em qual dos seguintes intervalos de tempo a potência do atleta foi maior?

De 0,0 s a 2,5 s . De 2,5 s a 5,0 s .

De 5,0 s a 7,5 s . De 7,5 s a 9,58 s .

JUSTIFIQUE sua resposta.

Um pistão constituído de um cilindro e de um Cilindro êmbolo, que pode se mover livremente contém um gás ideal, como representado na Figura I. ÊmboloO êmbolo tem massa de 20 kg e área de 0,20 m2. Nessa situação, o gás está à temperatura ambiente Gás e ocupa um volume VI.

Figura I

Considere quaisquer atritos desprezíveis e que a pressão atmosférica é de 101 kPa.

1. Com base nessas informações, DETERMINE a pressão do gás dentro do pistão.

2. Em seguida, o pistão é virado de cabeça para baixo, como mostrado na Figura II. Gás

Nessa nova situação, a temperatura continua igual à do Êmbolo ambiente e o volume ocupado pelo gás é VII. Cilindro

Com base nessas informações, DETERMINE a razão Figura II VII / VI entre os volumes.

3. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Ao passar da situação representada na Figura I para a mostrada na Figura II, o gás dentro do cilindro cede calor, recebe calor ou não troca calor?

Cede calor. Recebe calor. Não troca calor.

JUSTIFIQUE sua resposta.

Na figura ao lado, estão representadas cristas consecutivas de uma onda sonora, emitida por uma fonte que se move em relação ao ar, em uma região sem vento. Cada divisão horizontal ou vertical K Q nessa figura vale 0,50 m.

L P M

1. Com base nessas informações, DETERMINE a velocidade dessa fonte de som.

2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Em qual das posições – K, L, M, P ou Q, indicadas na figura –, uma pessoa percebe o som em tom mais agudo?

K L M P Q

Com base nas informações contidas na figura, JUSTIFIQUE sua resposta.

3. Considere, agora, que a fonte sonora passa a se mover com velocidade igual à velocidade do som.

ESBOCE, no diagrama ao lado, as cristas da onda sonora nessa situação.

JUSTIFIQUE sua resposta.

Em um laboratório de óptica, Oscar precisa aumentar o diâmetro do feixe de luz de um laser. Para isso, ele prepara um arranjo experimental com duas lentes convergentes, que são dispostas de maneira que fiquem paralelas, com o eixo de uma coincidindo com o eixo da outra. Ao ligar-se o laser, o feixe de luz é alinhado ao eixo do arranjo. Esse arranjo está representado neste diagrama:

Lente Lente

d

Nesse diagrama, as duas linhas horizontais com setas representam dois raios de luz do feixe. O diâmetro do feixe é indicado pela letra d. A linha tracejada horizontal representa o eixo das duas lentes. O feixe de luz que incide nesse arranjo, atravessa-o e sai dele alargado, na mesma direção de ncidência. Considerando essas informações,

1. TRACE no diagrama, até a região à direita da segunda lente, a continuação dos dois raios de luz e INDIQUE a posição dos dois focos de cada uma das lentes.

2. DETERMINE o diâmetro do feixe de luz à direita da segunda lente em função de d e das distâncias focais f1 e f2 das lentes.

A capacitância de um capacitor de placas paralelas é dada por C = Q/V , em que Q é a carga em cada uma das placas e V , a diferença de potencial entre elas. Desprezando-se os efeitos de borda, o campo elétrico entre as placas desse capacitor é uniforme e de intensidade E = Q/εA, em que A é a área de cada uma das placas e ε é uma constante.

1. Com base nessas informações, RESPONDA: Que acontece com o valor da capacitância desse capacitor se a diferença de potencial entre as placas for reduzida à metade?

2. Considere que um material isolante é introduzido entre as placas desse capacitor e preenche totalmente o espaço entre elas. Nessa situação, o campo elétrico entre as placas é reduzido de um fator κ , que é a constante elétrica do material. EXPLIQUE por que, nessa situação, o campo elétrico entre as placas do capacitor diminui.