UFOP 2007 · 2º Vestibular · Física objetiva

Modelo físico. No referencial inercial da estrada, a aceleração do ônibus para frente exige que forças reais dos apoios acelerem os passageiros. Já no referencial acelerado do ônibus surge uma força inercial aparente para trás, com módulo:

$$F_{\mathrm{inercial}}=ma_{\mathrm{ônibus}}.$$

O peso do passageiro vale $P=mg$. Na superfície da Terra, com $g$ praticamente constante, é possível reescrever:

$$F_{\mathrm{inercial}}=\frac{a_{\mathrm{ônibus}}}{g}\,P.$$

O gabarito da banca indica B, alegando que a força fictícia não depende do peso. Mas, para aceleração comum e gravidade fixa, a força cresce com a massa e é matematicamente proporcional ao peso. Assim, A e B não podem ser diferenciadas de modo unívoco pela frase "proporcional ao peso". Conclusão física: a força fictícia existe no referencial do ônibus e tem módulo $ma$; a redação das alternativas é conceitualmente ambígua. Registrar B como gabarito oficial, com ressalva explícita — não como conclusão física incontroversa.

Gabarito oficial registrado: B — resposta editorialmente contestada.

Modelo físico. Uma estação espacial em órbita permanece submetida à gravidade terrestre; a aparente ausência de peso significa que o suporte não exerce força normal apreciável no astronauta em queda livre. A intensidade do campo gravitacional na altitude $h=360\ \mathrm{km}$ é:

$$g(h)=\frac{GM}{(R+h)^2},\qquad \frac{g(h)}{g_0}=\left(\frac R{R+h}\right)^2.$$

Com $R=6400\ \mathrm{km}$:

$$\frac{g(h)}{g_0}=\left(\frac{6400}{6760}\right)^2\approx0{,}896.$$

A gravidade ainda é aproximadamente $90\%$ de seu valor à superfície, refutando A e C. Em referencial inercial, a gravidade fornece a aceleração centrípeta; não é anulada por uma força real centrífuga, refutando B. A estação e os ocupantes caem juntos em trajetória orbital; assim a força de apoio é quase nula, confirmando D. Alternativa D.

Alternativa D.

Modelo físico. A força magnética sobre uma carga em movimento tem direção perpendicular à velocidade:

$$\vec F_B=q\vec v\times\vec B,\qquad \vec F_B\cdot\vec v=0.$$

Portanto, a força magnética por si só não realiza trabalho, confirmando A. Para uma carga puntiforme isolada, $E=k|Q|/r^2$ e $|V|=k|Q|/r$, confirmando as dependências citadas em B (para referência usual do potencial). Entre placas paralelas idealizadas, uma partícula com carga $q\neq0$ sofre força elétrica $\vec F=q\vec E$ e aceleração $\vec a=q\vec E/m$. Consequentemente, sua velocidade vetorial não é constante: C é falsa. Um nêutron tem carga elétrica nula e, no modelo sem outras interações, não é desviado por campo elétrico uniforme: D é verdadeira. Alternativa incorreta C.

Alternativa C.

Modelo físico. A questão solicita o fenômeno que não se explica pelas leis de reflexão ou refração da luz. A — O peixe submerso é visto em posição aparente mais próxima da superfície devido à refração na interface água–ar; verdadeiro exemplo de refração. B — O arco-íris envolve refração e dispersão ao entrar e sair de gotas, acompanhadas de reflexão interna; as leis ópticas mencionadas participam do processo. C — A condução da luz em fibra óptica ocorre predominantemente por reflexão interna total entre núcleo e revestimento, relacionada aos índices de refração. D — O som da conversa chega ao menino atrás de um muro porque ondas sonoras podem contornar obstáculos: difração. Isso não é explicado apenas por reflexão/refração. A alternativa que foge ao mecanismo pedido é D.

Alternativa D.

Modelo físico. Um termômetro de coluna líquida precisa fornecer variação do volume monotônica e calibrável no intervalo de uso. A água apresenta dilatação anômala: entre $0\,^{\circ}\mathrm C$ e aproximadamente $4\,^{\circ}\mathrm C$, seu volume diminui quando a temperatura aumenta; acima de $4\,^{\circ}\mathrm C$ volta a aumentar. Logo, de $1$ a $60\,^{\circ}\mathrm C$ a coluna não responde sempre no mesmo sentido. A é a afirmação falsa no contexto de termômetro simples. B é verdadeira: resfriar o eixo reduz seu diâmetro e facilita encaixe na roda. C é verdadeira: azulejos se dilatam e as juntas absorvem variações dimensionais. D é verdadeira: gelo ocupa, para mesma massa, volume maior que água líquida, podendo romper recipiente rígido cheio. Alternativa incorreta A.

Alternativa A.

Modelo físico. Considere cada lei citada. A apresenta a terceira lei de Newton: forças de interação têm módulos iguais, mesma direção, sentidos opostos e atuam em corpos diferentes. B corresponde à conservação da energia mecânica quando só forças conservativas realizam trabalho. C é a primeira lei: um corpo sem força resultante preserva seu estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme. D contém o erro. Para um planeta aproximadamente esférico, de massa $M$ e raio $R$, a lei da gravitação fornece:

$$F=\frac{GMm}{R^2}.$$

Dividindo pela massa de prova $m$, obtemos:

$$g=\frac{GM}{R^2}.$$

A gravidade é inversamente proporcional ao quadrado do raio, não à primeira potência. Alternativa incorreta D.

Alternativa D.

Modelo físico. A bateria ideal fornece $U=9\ \mathrm V$ aos resistores de $3\ \Omega$ e $6\ \Omega$. Em série, a resistência equivalente é $R_s=3+6=9\ \Omega$, e

$$I_s=\frac9{9}=1\ \mathrm A,\qquad P_s=UI_s=9\ \mathrm W.$$

Assim, A e C são verdadeiras. Em paralelo:

$$R_p=\frac{3\cdot6}{3+6}=2\ \Omega,$$

confirmando D. Cada resistor paralelo recebe os mesmos $9\ \mathrm V$; em particular:

$$I_{6\Omega}=\frac9{6}=1{,}5\ \mathrm A.$$

Não são $2\ \mathrm A$ como declara B. Essa alternativa é incorreta.

Alternativa B.

Modelo físico. Analise a intensidade da força magnética:

$$F_B=|q|vB\operatorname{sen}\theta.$$

A é verdadeira porque, para um fio de geometria fixa, o módulo $B$ é proporcional à corrente: $B=\mu_0i/(2\pi r)$ no caso de fio longo. B está de acordo com a regra da mão direita: o polegar segue a corrente convencional e os dedos indicam a circulação do campo. C é verdadeira na situação de bobina de $N$ espiras sob o mesmo fluxo variável por espira: $|\mathcal E|=N|\Delta\Phi/\Delta t|$. D é falsa: se o elétron se desloca exatamente na direção e no sentido do campo, $\theta=0$ e $\operatorname{sen}0=0$, então $F_B=0$. A expressão $evB$ vale apenas quando velocidade e campo são perpendiculares. Alternativa incorreta D.

Alternativa D.