UFOP 2009 · 2º Vestibular · Física objetiva

Modelo físico. Em aquecimento sem mudança de fase, o calor absorvido é

$$Q=mc\Delta T.$$

Como os canos têm a mesma massa e recebem o mesmo calor, podemos comparar:

$$\Delta T=\frac{Q}{mc}.$$

A variação de temperatura é inversamente proporcional ao calor específico. Foi observado $\Delta T_{Cu}\gt \Delta T_{Al}$, portanto:

$$c_{Cu}\lt c_{Al}.$$

Logo, o alumínio possui calor específico maior que o cobre, alternativa A. Condutividade térmica (opções C e D) indica rapidez da condução de calor, não a energia necessária por grau para aquecer um corpo.

Alternativa A.

Modelo físico. No referencial do acostamento, a pessoa está parada e lança a moeda verticalmente. Desprezando o ar, a moeda mantém posição horizontal fixa e descreve lançamento vertical. O motorista se desloca para a frente com velocidade constante $V$. No referencial do motorista, a componente horizontal relativa da velocidade da moeda é $v_{x,\mathrm{rel}}=-V$ e sua posição vertical varia sob a gravidade:

$$x_{\mathrm{rel}}=x_0-Vt,\qquad y=y_0+v_{0y}t-\frac12gt^2.$$

Eliminando o tempo, obtém-se trajetória parabólica vista do veículo, para trás, com concavidade voltada para baixo. O desenho que mostra essa forma e direção é B.

Alternativa B.

Modelo físico. O índice de refração do ar varia com a densidade e a altitude. A luz solar, ao cruzar sucessivas camadas atmosféricas, muda gradualmente de direção devido à refração. Próximo ao horizonte, os raios que chegam ao observador vêm de uma direção ligeiramente desviada. O olho prolonga o raio recebido aproximadamente em linha reta, localizando o Sol em posição aparente mais alta do que sua posição geométrica. Assim, podemos observar o disco solar quando ele já se encontra, de fato, abaixo da linha do horizonte. O fenômeno essencial é a refração atmosférica, alternativa B.

Alternativa B.

Modelo físico pedido pela banca. Tratando o refrigerador como carga resistiva de resistência constante, os dados nominais $U_n=120\ \mathrm V$ e $P_n=720\ \mathrm W$ dão:

$$R_{\mathrm{equiv}}=\frac{U_n^2}{P_n}=\frac{120^2}{720}=20\ \Omega.$$

Aplicando indevidamente tensão dupla ao mesmo modelo:

$$I=\frac{240}{20}=12\ \mathrm A.$$

Essa é a corrente proposta em C. A corrente nominal resistiva seria $I_n=720/120=6\ \mathrm A$; a potência no modelo subiria para $P=240^2/20=2880\ \mathrm W$ (quatro vezes o valor nominal), não 1440 W como em A. Alternativa C no modelo ôhmico simplificado.

Alternativa C.

Modelo físico. Após fechar a chave C, a corrente convencional sai do polo positivo da bateria (à direita), sobe pelo lado E da bobina, percorre o enrolamento e retorna pelo lado D ao terminal negativo. Para determinar os polos da bobina, use a regra da mão direita acompanhando o sentido da corrente em suas espiras: no desenho, a face E da bobina comporta-se como polo sul. O ímã próximo à face E apresenta polo sul voltado para a bobina. Polos magnéticos de mesmo nome repelem-se; por isso o ímã tende a afastar-se da bobina. A alternativa correta é B. A polaridade do ímã permanente não se inverte ao fechar a chave; tampouco é adequado prever atração entre dois polos sul no modelo representado.

Alternativa B.

Modelo físico. No diagrama $p\times V$, A e B estão marcados sobre a mesma curva isotérmica $T_1$, caracterizada, em gás ideal, por $pV=nRT_1$ constante. Portanto, a transformação AB é isotérmica e B é verdadeira. O trecho BC é vertical, isto é, os estados possuem mesmo volume $V_2$: trata-se de transformação isocórica, não isobárica; A é falsa. Também é falso que haja "mudança drástica" de volume em BC, pois $\Delta V=0$; C é falsa. O ponto C pertence à isoterma $T_2$, identificada no gráfico como mais quente que $T_1$, logo $T_C\gt T_A$ e a afirmativa D é falsa. Alternativa correta B.

Alternativa B.

Modelo físico. O submarino altera sua massa total ao admitir água ou expeli-la dos tanques de lastro, enquanto seu volume externo deslocado varia pouco. O empuxo sobre o casco é aproximadamente:

$$E=\rho_{\mathrm{água}}gV_{\mathrm{deslocado}}.$$

O peso é $P=mg$. Para submergir, admita água nos tanques; a massa total $m$ aumenta, o peso cresce e a densidade média $\bar\rho=m/V_{\mathrm{externo}}$ aumenta. Quando o peso supera o empuxo, a força resultante favorece a descida. Isso está expresso na alternativa C. Para emergir, o procedimento é expelir água com ar comprimido, reduzindo a densidade média, não simplesmente diminuir o volume do casco como afirmam as opções A e B.

Alternativa C.

Modelo físico. A esfera percorre a pista sem atrito; a força normal não realiza trabalho por ser perpendicular à velocidade no contato ideal. Assim, a energia mecânica $E=K+U_g$ permanece constante em todos os pontos, refutando B. Pelo desenho, as alturas em relação à linha de referência são $h_A=3$, $h_C=2$ e $h_E=1$, na mesma unidade. Logo,

$$U_C+U_E=mg(2)+mg(1)=mg(3)=U_A.$$

A igualdade proposta em C é verdadeira. Em um ponto mais baixo do que A, a energia potencial é menor e a cinética maior; portanto, A não é a posição de maior energia cinética. F também está em altura diferente de A, de modo que, pela conservação da energia, sua velocidade não precisa ser $v_0$, refutando D. Alternativa correta C.

Alternativa C.