Numa corrida, Rubens Barrichelo segue atrás de Felipe Massa, em um trecho da pista reto e plano. Inicialmente, os dois carros movem-se com velocidade constante, de mesmos módulo, direção e sentido.
No instante $t_1$, Felipe aumenta a velocidade de seu carro com aceleração constante; e, no instante $t_2$, Barrichelo também aumenta a velocidade do seu carro com a mesma aceleração.
Considerando essas informações, assinale a alternativa cujo gráfico melhor descreve o módulo da velocidade relativa entre os dois veículos, em função do tempo.
A
B
C
D
Antes de $t_1$, os dois carros têm velocidades iguais (mesmo módulo, direção e sentido): a velocidade relativa é nula.
Entre $t_1$ e $t_2$, apenas o carro de Felipe acelera (aceleração constante $a$), enquanto Barrichelo mantém velocidade constante. A diferença de velocidades cresce linearmente: $v_{\text{rel}}(t)=a(t-t_1)$ — uma rampa reta.
A partir de $t_2$, Barrichelo também passa a acelerar com a mesma aceleração $a$: os dois carros continuam ganhando velocidade no mesmo ritmo, então a diferença entre eles para de crescer e permanece constante — um patamar horizontal.
Esse comportamento (zero, depois rampa linear entre $t_1$ e $t_2$, depois patamar constante) corresponde à alternativa A.
Observe estes quatro sistemas de roldanas, em que objetos de mesma massa são mantidos suspensos, em equilíbrio, por uma força aplicada na extremidade da corda:
Sejam $F_1$, $F_2$, $F_3$ e $F_4$ as forças que atuam numa das extremidades das cordas em cada um desses sistemas, como representado na figura.
Observe que, em dois desses sistemas, a roldana é fixa e, nos outros dois, ela é móvel.
Considere que, em cada um desses sistemas, a roldana pode girar livremente ao redor do seu eixo; que a corda é inextensível; e que a massa da roldana e a da corda são desprezíveis.
Considerando-se essas informações, em relação aos módulos dessas quatro forças, é CORRETO afirmar que
$F_1$ e $F_2$ atuam em roldanas fixas: uma roldana fixa apenas redireciona a corda, sem ganho mecânico — para qualquer direção em que se puxe, a tensão necessária para sustentar o bloco em equilíbrio é sempre igual ao peso $mg$. Logo $F_1=F_2=mg$.
$F_3$ atua em uma roldana móvel com as duas seções de corda verticais: nesse arranjo ideal, o peso é sustentado por duas seções de corda igualmente verticais, cada uma com tensão $F_3=mg/2$.
$F_4$ também atua em uma roldana móvel, mas com as duas seções de corda inclinadas, abertas em V. Como só a componente vertical de cada tensão sustenta o peso ($2F_4\cos\theta=mg$, com $\theta$ o ângulo em relação à vertical), e $\cos\theta<1$ quando as cordas não são verticais, é preciso uma tensão $F_4>mg/2$ para compensar — maior que $F_3$.
Logo $F_1=F_2$ e $F_3
Um estudante enche dois balões idênticos — K e L —, usando, respectivamente, gás hélio (He) e gás hidrogênio ($H_2$).
Em seguida, com um barbante, ele prende cada um desses balões a um dinamômetro, como mostrado nesta figura:
Os dois balões têm o mesmo volume e ambos estão à mesma temperatura.
Sabe-se que, nessas condições, o gás hélio é mais denso que o gás hidrogênio.
Sejam $E_K$ e $E_L$ os módulos do empuxo da atmosfera sobre, respectivamente, os balões K e L.
Pela leitura dos dinamômetros, o estudante verifica, então, que os módulos da tensão nos fios dos balões K e L são, respectivamente, $T_K$ e $T_L$.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
O empuxo do ar depende apenas do volume de ar deslocado e da densidade do ar ($E=\rho_{\text{ar}}Vg$) — não depende do gás que está dentro do balão. Como os dois balões têm o mesmo volume e estão no mesmo ambiente, $E_K=E_L$.
A tensão no fio, por equilíbrio, é $T=E-P_{\text{gás}}-P_{\text{balão}}$. Como o hélio é mais denso que o hidrogênio (dado do enunciado), o balão K carrega um gás mais pesado, 'consumindo' mais do empuxo disponível — sobra menos força para tracionar o fio.
Logo $T_K
Num Laboratório de Física, faz-se uma experiência com dois objetos de materiais diferentes — R e S —, mas de mesma massa, ambos, inicialmente, no estado sólido e à temperatura ambiente.
Em seguida, os dois objetos são aquecidos e, então, mede-se a temperatura de cada um deles em função da quantidade de calor que lhes é fornecida.
Os resultados obtidos nessa medição estão representados neste gráfico:
Sejam $L_R$ e $L_S$ o calor latente de fusão dos materiais R e S, respectivamente, e $c_R$ e $c_S$ o calor específico dos materiais, no estado sólido, também respectivamente.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
Enquanto o material ainda é sólido, $\Delta T=\dfrac{Q}{mc}$: quanto mais íngreme a reta inicial (mais temperatura por unidade de calor), menor é o calor específico. No gráfico, a curva pontilhada (S) sobe mais rapidamente no início que a curva contínua (R) — logo $c_S
O patamar horizontal de cada curva representa a fusão (temperatura constante recebendo calor $Q=mL$): quanto mais largo o patamar (maior intervalo de calor fornecido), maior o calor latente. O patamar de S é visivelmente mais longo que o de R, logo $L_S>L_R$, ou seja, $L_R Portanto $c_R>c_S$ e $L_R
Numa aula no Laboratório de Física, o professor faz, para seus alunos, a experiência que se descreve a seguir.
Inicialmente, ele enche de água um recipiente retangular, em que há duas regiões — I e II —, de profundidades diferentes.
Esse recipiente, visto de cima, está representado nesta figura:
No lado esquerdo da região I, o professor coloca uma régua a oscilar verticalmente, com freqüência constante, de modo a produzir um trem de ondas.
As ondas atravessam a região I e propagam-se pela região II, até atingirem o lado direito do recipiente.
Na figura, as linhas representam as cristas de onda dessas ondas.
Dois dos alunos que assistem ao experimento fazem, então, estas observações:
• Bernardo: “A freqüência das ondas na região I é menor que na região II.”
• Rodrigo: “A velocidade das ondas na região I é maior que na região II.”
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
A frequência de uma onda é determinada pela fonte (a régua oscilando) e não muda ao cruzar a fronteira entre os dois meios — é o comprimento de onda e a velocidade que se alteram. Logo a afirmação de Bernardo, de que a frequência muda entre as regiões, está errada.
Pela figura, as cristas estão mais espaçadas na região I (maior $\lambda_I$) e mais próximas na região II (menor $\lambda_{II}$). Como $v=f\lambda$ e $f$ é a mesma nas duas regiões, $\lambda_I>\lambda_{II}$ implica $v_I>v_{II}$ — exatamente o que Rodrigo afirma.
Apenas a observação de Rodrigo está certa — alternativa B.
Observe este circuito, constituído de três resistores de mesma resistência $R$; um amperímetro A; uma bateria $\varepsilon$; e um interruptor S:
Considere que a resistência interna da bateria e a do amperímetro são desprezíveis e que os resistores são ôhmicos.
Com o interruptor S inicialmente desligado, observa-se que o amperímetro indica uma corrente elétrica $I$.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, quando o interruptor S é ligado, o amperímetro passa a indicar uma corrente elétrica
Com S desligado, o ramo que contém o interruptor fica aberto: toda a corrente passa apenas pelo ramo com os dois resistores $R$ em série, de resistência total $2R$. Assim, $I=\dfrac{\varepsilon}{2R}$, ou seja, $\varepsilon=2RI$.
Com S ligado, os dois ramos passam a conduzir em paralelo: o ramo com S tem resistência $R$; o outro ramo, $2R$. A resistência equivalente é $R_{eq}=\dfrac{R\cdot 2R}{R+2R}=\dfrac{2R}{3}$.
A nova corrente total é $I'=\dfrac{\varepsilon}{R_{eq}}=\dfrac{2RI}{2R/3}=3I$ — alternativa D.
Sabe-se que uma corrente elétrica pode ser induzida em uma espira colocada próxima a um cabo de transmissão de corrente elétrica alternada — ou seja, uma corrente que varia com o tempo.
Considere que uma espira retangular é colocada próxima a um fio reto e longo de duas maneiras diferentes, como representado nestas figuras:
Na situação representada em I, o fio está perpendicular ao plano da espira e, na situação representada em II, o fio está paralelo a um dos lados da espira.
Nos dois casos, há uma corrente alternada no fio.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que uma corrente elétrica induzida na espira
Na situação I, o fio é perpendicular ao plano da espira (a espira e o fio estão desenhados no mesmo plano da página, com o fio atravessando essa página como um ponto). O campo magnético criado por esse fio forma círculos concêntricos que ficam contidos no próprio plano da página — ou seja, sempre paralelos ao plano da espira, nunca perpendiculares a ele. Como o fluxo magnético depende da componente de $\vec B$ perpendicular à espira, esse fluxo é sempre nulo, e nenhuma variação de corrente no fio consegue induzir corrente na espira.
Na situação II, o fio está no mesmo plano da espira, paralelo a um de seus lados: o campo que ele cria atravessa a espira perpendicularmente ao seu plano (entrando ou saindo da página). Como a corrente no fio é alternada, esse campo — e o fluxo através da espira — varia no tempo, induzindo corrente pela Lei de Faraday.
A indução ocorre apenas na situação II — alternativa B.
Um estudante de Física adquiriu duas fontes de luz laser com as seguintes especificações para a luz emitida:
| Fonte I | Fonte II | |
|---|---|---|
| potência | $0{,}005\text{ W}$ | $0{,}030\text{ W}$ |
| comprimento de onda | $632\text{ nm}$ | $632\text{ nm}$ |
Sabe-se que a fonte I emite $N_I$ fótons por segundo, cada um com energia $E_I$; e que a fonte II emite $N_{II}$ fótons por segundo, cada um com energia $E_{II}$.
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
A energia de cada fóton é $E=\dfrac{hc}{\lambda}$, que depende apenas do comprimento de onda. Como as duas fontes emitem no mesmo $\lambda=632\text{ nm}$, cada fóton das duas fontes carrega exatamente a mesma energia: $E_I=E_{II}$.
O número de fótons emitidos por segundo é $N=\dfrac{\text{Potência}}{E_{\text{fóton}}}$. Como a potência da fonte II ($0{,}030\text{ W}$) é seis vezes maior que a da fonte I ($0{,}005\text{ W}$), e a energia de cada fóton é a mesma nas duas fontes, a fonte II emite seis vezes mais fótons por segundo: $N_I Logo $N_I