Tânia observa um lápis com o auxílio de uma lente, como representado nesta figura:
Essa lente é mais fina nas bordas que no meio e a posição de cada um de seus focos está indicada na figura.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que o ponto que melhor representa a posição da imagem vista por Tânia é o
A lente é convergente (mais fina nas bordas) e o lápis (objeto, ponto Q) está posicionado entre o foco P e a lente — ou seja, a uma distância do objeto menor que a distância focal.
Nessa condição (objeto dentro do foco), a lente convergente forma uma imagem virtual, direita e ampliada, localizada do mesmo lado do objeto e mais afastada da lente do que ele — portanto além do ponto Q, na região do foco P ou mais longe ainda.
Entre os pontos oferecidos, o único que está do lado do objeto e mais distante da lente que Q é o ponto P — alternativa A.
Dois barcos – I e II – movem-se, em um lago, com velocidade constante, de mesmo módulo, como representado nesta figura:
Em relação à água, a direção do movimento do barco I é perpendicular à do barco II e as linhas tracejadas indicam o sentido do deslocamento dos barcos.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que a velocidade do barco II, medida por uma pessoa que está no barco I, é mais bem representada pelo vetor
A velocidade relativa do barco II em relação ao barco I é dada por $\vec v_{II/I}=\vec v_{II}-\vec v_I$.
Tomando o sentido do barco I (para cima) como $+y$ e o do barco II (para a esquerda) como $-x$, com os dois módulos iguais a $v$: $\vec v_{II}=(-v,0)$ e $\vec v_I=(0,v)$, logo $\vec v_{II/I}=(-v,-v)$ — um vetor apontando na diagonal para baixo e para a esquerda, isto é, no sentido oposto ao movimento do barco I e oposto também ao movimento do barco II.
Entre os quatro vetores desenhados a partir do barco II, o que aponta nessa diagonal (baixo-esquerda) é o vetor R — alternativa C.
Um ímã e um bloco de ferro são mantidos fixos numa superfície horizontal, como mostrado nesta figura:
Em determinado instante, ambos são soltos e movimentam-se um em direção ao outro, devido à força de atração magnética.
Despreze qualquer tipo de atrito e considere que a massa $m$ do ímã é igual à metade da massa do bloco de ferro.
Sejam $a_i$ o módulo da aceleração e $F_i$ o módulo da resultante das forças sobre o ímã. Para o bloco de ferro, essas grandezas são, respectivamente, $a_f$ e $F_f$.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que
A atração magnética entre o ímã e o bloco de ferro é um par ação-reação (3ª Lei de Newton): as forças têm o mesmo módulo sobre os dois corpos, logo $F_i=F_f$.
Como o ímã tem massa $m$ e o bloco tem massa $2m$, e $a=F/m$ para cada um: $a_i=F/m$ e $a_f=F/(2m)=a_i/2$, ou seja, $a_i=2a_f$.
Portanto $F_i=F_f$ e $a_i=2a_f$ — alternativa B.
Antônio precisa elevar um bloco até uma altura $h$. Para isso, ele dispõe de uma roldana e de uma corda e imagina duas maneiras para realizar a tarefa, como mostrado nestas figuras:
Despreze a massa da corda e a da roldana e considere que o bloco se move com velocidade constante.
Sejam $F_I$ o módulo da força necessária para elevar o bloco e $T_I$ o trabalho realizado por essa força na situação mostrada na Figura I. Na situação mostrada na Figura II, essas grandezas são, respectivamente, $F_{II}$ e $T_{II}$.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que
Na Figura I, a roldana é fixa: ela só muda a direção da força, sem ganho mecânico. Para erguer o bloco em equilíbrio (velocidade constante) é preciso $F_I=mg$, puxando a corda por uma distância $h$.
Na Figura II, a roldana é móvel: duas seções de corda sustentam o bloco, de modo que $F_{II}=mg/2$ — metade da força — mas, para o bloco subir $h$, é preciso puxar a corda por $2h$ (a roldana móvel 'consome' o dobro de corda).
Logo $F_I=2F_{II}$. Já o trabalho é o mesmo nos dois casos, pois a energia potencial ganha pelo bloco é a mesma ($mgh$), e não há atrito: $T_I=F_I\cdot h=mgh$ e $T_{II}=F_{II}\cdot 2h=(mg/2)(2h)=mgh$, logo $T_I=T_{II}$ — alternativa B.
Nos diodos emissores de luz, conhecidos como LEDs, a emissão de luz ocorre quando elétrons passam de um nível de maior energia para um outro de menor energia.
Dois tipos comuns de LEDs são o que emite luz vermelha e o que emite luz verde.
Sabe-se que a freqüência da luz vermelha é menor que a da luz verde.
Sejam $\lambda_{\text{verde}}$ o comprimento de onda da luz emitida pelo LED verde e $E_{\text{verde}}$ a diferença de energia entre os níveis desse mesmo LED.
Para o LED vermelho, essas grandezas são, respectivamente, $\lambda_{\text{vermelho}}$ e $E_{\text{vermelho}}$.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
A energia de cada fóton emitido é $E=hf$: como a frequência da luz verde é maior que a da vermelha (dado do enunciado), $E_{\text{verde}}>E_{\text{vermelho}}$.
O comprimento de onda se relaciona com a frequência por $\lambda=c/f$: frequência maior implica comprimento de onda menor, logo $\lambda_{\text{verde}}<\lambda_{\text{vermelho}}$ (o verde tem $\lambda$ menor que o vermelho, consistente com o espectro visível real).
Portanto $E_{\text{verde}}>E_{\text{vermelho}}$ e $\lambda_{\text{verde}}<\lambda_{\text{vermelho}}$ — alternativa B.
Um reservatório de água é constituído de duas partes cilíndricas, interligadas, como mostrado nesta figura:
A área da seção reta do cilindro inferior é maior que a do cilindro superior.
Inicialmente, esse reservatório está vazio. Em certo instante, começa-se a enchê-lo com água, mantendo-se uma vazão constante.
Assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa a pressão, no fundo do reservatório, em função do tempo, desde o instante em que se começa a enchê-lo até o instante em que ele começa a transbordar.
A
B
C
D
A pressão no fundo é $p=\rho g h$, onde $h$ é a altura da coluna de água. Com vazão $Q$ constante, a taxa de subida do nível é $\dfrac{dh}{dt}=\dfrac{Q}{A}$: quanto menor a área da seção reta, mais rápido o nível sobe.
Enquanto a água enche a parte inferior (área maior), o nível — e, portanto, a pressão — sobe lentamente (inclinação suave). Ao atingir a parte superior (área menor), o nível passa a subir mais rápido, e a pressão cresce com inclinação mais acentuada, até transbordar.
O gráfico correto mostra, portanto, uma inclinação que começa suave e se torna mais íngreme — alternativa C.
Três satélites – I, II e III – movem-se em órbitas circulares ao redor da Terra.
O satélite I tem massa $m$ e os satélites II e III têm, cada um, massa $2m$.
Os satélites I e II estão em uma mesma órbita de raio $r$ e o raio da órbita do satélite III é $\dfrac{r}{2}$.
Nesta figura (fora de escala), está representada a posição de cada um desses três satélites.
Sejam $F_I$, $F_{II}$ e $F_{III}$ os módulos das forças gravitacionais da Terra sobre, respectivamente, os satélites I, II e III.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
A força gravitacional é $F=\dfrac{GMm_{\text{sat}}}{r^2}$. Tomando $F_I=\dfrac{GMm}{r^2}$ como referência:
$F_{II}=\dfrac{GM(2m)}{r^2}=2F_I$ (mesmo raio $r$, o dobro da massa).
$F_{III}=\dfrac{GM(2m)}{(r/2)^2}=\dfrac{GM(2m)\cdot 4}{r^2}=8F_I$ (raio quatro vezes menor no denominador ao quadrado, e o dobro da massa).
Logo $F_I<F_{II}<F_{III}$ (na proporção $1:2:8$) — alternativa C.
Uma caminhonete move-se, com aceleração constante, ao longo de uma estrada plana e reta, como representado nesta figura:
A seta indica o sentido da velocidade e o da aceleração dessa caminhonete.
Ao passar pelo ponto P, indicado na figura, um passageiro, na carroceria do veículo, lança uma bola para cima, verticalmente em relação a ele.
Despreze a resistência do ar.
Considere que, nas alternativas abaixo, a caminhonete está representada em dois instantes consecutivos.
Assinale a alternativa em que está mais bem representada a trajetória da bola vista por uma pessoa, parada, no acostamento da estrada.
A
B
C
D
No instante do lançamento, a bola herda a velocidade horizontal da caminhonete naquele momento, $v_0$. Como, após o lançamento, nenhuma força horizontal atua sobre a bola (despreza-se o ar), sua velocidade horizontal permanece constante e igual a $v_0$ durante todo o voo — a bola descreve uma parábola simétrica comum, vista do chão.
A caminhonete, porém, continua acelerando depois do lançamento: sua velocidade — e o espaço que percorre — cresce além do que a bola (com $v_0$ constante) consegue acompanhar. Assim, quando a bola volta a tocar o solo, a caminhonete já avançou mais do que $v_0\cdot T$ (o alcance da bola).
Vista por um observador parado, a trajetória da bola é uma parábola simétrica que não alcança a posição final da caminhonete: ela pousa visivelmente atrás (à esquerda) do segundo desenho do veículo — alternativa B.
Numa aula de Física, o Professor Carlos Heitor apresenta a seus alunos esta experiência: dois blocos – um de alumínio e outro de ferro –, de mesma massa e, inicialmente, à temperatura ambiente, recebem a mesma quantidade de calor, em determinado processo de aquecimento.
O calor específico do alumínio e o do ferro são, respectivamente, $0{,}90\text{ J/(g °C)}$ e $0{,}46\text{ J/(g °C)}$.
Questionados quanto ao que ocorreria em seguida, dois dos alunos, Alexandre e Lorena, fazem, cada um deles, um comentário:
• Alexandre: “Ao final desse processo de aquecimento, os blocos estarão à mesma temperatura.”
• Lorena: “Após esse processo de aquecimento, ao se colocarem os dois blocos em contato, fluirá calor do bloco de ferro para o bloco de alumínio.”
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
A variação de temperatura para uma mesma quantidade de calor $Q$ e mesma massa $m$ é $\Delta T=\dfrac{Q}{mc}$: quanto menor o calor específico $c$, maior o aquecimento.
Como o ferro tem calor específico menor ($0{,}46$) que o alumínio ($0{,}90$), o bloco de ferro aquece mais que o de alumínio ao receber a mesma quantidade de calor — logo eles não terminam à mesma temperatura, e o comentário de Alexandre é falso.
Como o ferro fica mais quente, ao colocar os blocos em contato o calor flui espontaneamente do corpo mais quente (ferro) para o mais frio (alumínio) — exatamente o que Lorena afirma. Apenas o comentário de Lorena está certo — alternativa B.
Um fio condutor reto e vertical passa por um furo em uma mesa, sobre a qual, próximo ao fio, são colocadas uma esfera carregada, pendurada em uma linha de material isolante, e uma bússola, como mostrado nesta figura:
Inicialmente, não há corrente elétrica no fio e a agulha da bússola aponta para ele, como se vê na figura.
Em certo instante, uma corrente elétrica constante é estabelecida no fio.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, após se estabelecer a corrente elétrica no fio,
Uma corrente elétrica constante em um fio reto cria, ao seu redor, um campo magnético (regra da mão direita). Esse campo se soma ao campo magnético terrestre e desvia a agulha da bússola para uma nova direção de equilíbrio.
Já a esfera eletrizada não sofre nenhuma força elétrica adicional: o fio, mesmo conduzindo corrente, permanece eletricamente neutro (a corrente é um fluxo ordenado de elétrons livres, mas a carga total do fio continua nula). Um fio neutro não gera campo elétrico que atraia ou repila a esfera.
Portanto a agulha se desvia, mas a esfera permanece parada na mesma posição — alternativa A.
Em seu laboratório, o Professor Ladeira prepara duas montagens – I e II –, distantes uma da outra, como mostrado nestas figuras:
Em cada montagem, duas pequenas esferas metálicas, idênticas, são conectadas por um fio e penduradas em um suporte isolante. Esse fio pode ser de material isolante ou condutor elétrico.
Em seguida, o professor transfere certa quantidade de carga para apenas uma das esferas de cada uma das montagens.
Ele, então, observa que, após a transferência de carga, as esferas ficam em equilíbrio, como mostrado nestas figuras.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, após a transferência de carga,
Na Montagem I, os dois fios permanecem verticais e paralelos, sem qualquer afastamento entre as esferas — sinal de que não há força de repulsão entre elas. Isso só ocorre se o fio de ligação for isolante: a carga fica confinada em uma única esfera, e a outra permanece neutra, sem ser repelida.
Na Montagem II, os fios se abrem em V, com as esferas visivelmente afastadas uma da outra — evidência de repulsão eletrostática. Isso só é possível se o fio for condutor: a carga se redistribui igualmente entre as duas esferas metálicas idênticas, que passam a se repelir por terem cargas de mesmo sinal.
Logo, na montagem I apenas uma esfera está carregada, e na montagem II ambas estão carregadas — alternativa D.
Em uma experiência, Nara conecta lâmpadas idênticas a uma bateria de três maneiras diferentes, como representado nestas figuras:
Considere que, nas três situações, a diferença de potencial entre os terminais da bateria é a mesma e os fios de ligação têm resistência nula.
Sejam $P_Q$, $P_R$ e $P_S$ os brilhos correspondentes, respectivamente, às lâmpadas Q, R e S.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que
A lâmpada Q está ligada sozinha, diretamente aos terminais da bateria: recebe toda a tensão $V$ da bateria, potência $P_Q=V^2/r$.
As duas lâmpadas R estão em paralelo entre si, e esse conjunto está ligado diretamente aos terminais da bateria — logo cada lâmpada R também recebe a tensão completa $V$, com a mesma potência de Q: $P_R=V^2/r=P_Q$.
As duas lâmpadas S estão em série: a tensão $V$ da bateria se divide igualmente entre elas, cada uma recebendo $V/2$, logo $P_S=(V/2)^2/r=V^2/(4r)$ — um quarto da potência de Q e de R.
Portanto $P_Q=P_R$ e $P_R>P_S$ — alternativa B.
Para se realizar uma determinada experiência,
• coloca-se um pouco de água em uma lata, com uma abertura na parte superior, destampada, a qual é, em seguida, aquecida, como mostrado na Figura I;
• depois que a água ferve e o interior da lata fica totalmente preenchido com vapor, esta é tampada e retirada do fogo;
• logo depois, despeja-se água fria sobre a lata e observa-se que ela se contrai bruscamente, como mostrado na Figura II.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, na situação descrita, a contração ocorre porque
Enquanto a lata é aquecida, o vapor de água expulsa o ar e preenche todo o seu interior; ao ser tampada e resfriada bruscamente pela água fria, esse vapor se condensa quase instantaneamente, voltando ao estado líquido e ocupando um volume muito menor.
Isso faz a pressão interna cair drasticamente — muito abaixo da pressão atmosférica externa, já que a lata está vedada e não pode admitir mais ar para compensar.
Com uma pressão externa muito maior que a interna, é a pressão atmosférica que empurra as paredes da lata para dentro, amassando-a — não uma contração térmica do metal (efeito desprezível na escala do fenômeno) nem alguma força de 'sucção' do vapor. Alternativa C.
Uma bobina condutora, ligada a um amperímetro, é colocada em uma região onde há um campo magnético $\vec B$, uniforme, vertical, paralelo ao eixo da bobina, como representado nesta figura:
Essa bobina pode ser deslocada horizontal ou verticalmente ou, ainda, ser girada em torno do eixo PQ da bobina ou da direção RS, perpendicular a esse eixo, permanecendo, sempre, na região do campo.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que o amperímetro indica uma corrente elétrica quando a bobina é
Só há corrente induzida quando o fluxo magnético através da bobina varia no tempo ($\Phi=BA\cos\theta$, com $\theta$ o ângulo entre $\vec B$ e o eixo da bobina).
Deslocar a bobina horizontal ou verticalmente, mantendo seu eixo sempre paralelo a $\vec B$ (campo uniforme), não muda $\theta$ nem a área efetiva — o fluxo permanece constante, sem corrente induzida (eliminam-se A e B). Girar em torno do próprio eixo PQ também não altera o ângulo entre esse eixo e $\vec B$ (a bobina apenas gira sobre si mesma, como um pião, sem inclinar o eixo) — fluxo constante, sem corrente (elimina-se C).
Já girar em torno da direção RS, perpendicular ao eixo, inclina o eixo PQ em relação a $\vec B$: o ângulo $\theta$ passa a variar continuamente, e portanto o fluxo $BA\cos\theta$ varia no tempo, induzindo corrente — alternativa D.
Bernardo produz uma onda em uma corda, cuja forma, em certo instante, está mostrada na Figura I.
Na Figura II, está representado o deslocamento vertical de um ponto dessa corda em função do tempo.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que a velocidade de propagação da onda produzida por Bernardo, na corda, é de
No Gráfico I ($y$ por $x$), o padrão se repete a cada $50\text{ cm}$: o comprimento de onda é $\lambda=0{,}50\text{ m}$.
No Gráfico II ($y$ por $t$), o padrão se repete a cada $0{,}50\text{ s}$: o período é $T=0{,}50\text{ s}$.
A velocidade de propagação é $v=\dfrac{\lambda}{T}=\dfrac{0{,}50}{0{,}50}=1{,}0\text{ m/s}$ — alternativa C.