A prova de Conhecimentos Específicos (2ª fase) do Concurso Vestibular FMTM 2000.1 traz seis questões discursivas de Física, de 9 a 14, com enunciado em HTML, resolução comentada, classificação de assunto em três níveis e auditoria TEF individual.
Q09
Mecânica — Cinemática — MUV em duas fases (voo e pista)
Um avião começa a se preparar para o pouso, isto é, começa a reduzir sua velocidade de cruzeiro, vC, 10 minutos antes de atingir, com velocidade vP, a cabeceira da pista cuja extensão é de 1.500 m. Suponha que ele utilize toda a pista para reduzir sua velocidade a 18 km/h, com a qual se movimenta até o local de desembarque dos passageiros. Sabendo que o módulo das acelerações médias de freamento desse avião são 0,30 m/s2 no ar e de 2,4 m/s2 na pista, determine:
a) a velocidade com que o avião atinge a cabeceira da pista.
b) a velocidade de cruzeiro desse avião.
a) 85 m/s (306 km/h). b) 265 m/s (954 km/h).
Resolução
a) Na pista, o avião reduz de vP a 18 km/h = 5 m/s, com desaceleração de 2,4 m/s2, ao longo de 1.500 m. Por Torricelli:
Mecânica — Dinâmica — Referencial não inercial e atrito
Uma lata de refrigerante está deitada, em repouso, no piso plano do corredor de um vagão de trem em movimento. A lata está disposta perpendicularmente à direção do movimento, como indica a figura.
Num determinado instante, num trecho da estrada perfeitamente retilíneo, plano e horizontal, sem que nada no interior do vagão o provoque, a lata de refrigerante começa a rolar pelo corredor em sentido contrário ao do movimento do trem.
a) Como você justifica esse movimento?
b) Copie a figura na folha de resposta e acrescente as forças que atuam sobre a lata quando ela está rolando para o fundo do vagão, nomeando-as. Para isso, considere o referencial fixo externamente, na estrada.
a) O trem acelera: a lata, por inércia, fica para trás em relação ao vagão. b) Peso (para baixo), normal (para cima) e atrito com o piso (horizontal, para a frente, no sentido do movimento do trem).
Resolução
a) Para o observador na estrada, nada empurra a lata para trás. O que ocorre é que o trem, com a lata, passa a aumentar de velocidade (acelera para a frente). A lata tende a manter o estado de movimento, por inércia, e acelera menos que o piso do vagão; em relação ao vagão, ela se desloca para trás, em direção ao fundo.
b) Em um referencial fixo na estrada, as forças sobre a lata são:
• o peso P, vertical, para baixo (atração da Terra);
• a normal N, vertical, para cima (força do piso, que equilibra o peso);
• a força de atrito Fat, horizontal, no sentido do movimento do trem, aplicada pelo piso na base da lata. É a única força horizontal e a responsável pela aceleração da lata para a frente, menor que a do trem.
Não existe uma "força de inércia" para trás: no referencial da estrada, o movimento para o fundo é relativo.
Q11
Mecânica — Hidrostática — Empuxo e flutuação
Uma bola de volume de 5,0 dm3 flutua na superfície de uma piscina com 90% de seu volume fora da água.
Dados: densidade da água: 1.000 kg/m3; g = 10 m/s2; 1 dm3 = 10-3 m3
a) Qual a massa dessa bola?
b) Se uma criança afunda a bola, mantendo-a inteiramente imersa na água, qual a força que essa criança exerce sobre a bola?
a) 0,50 kg. b) 45 N, vertical para baixo.
Resolução
a) A bola flutua em equilíbrio: peso = empuxo. Com 10% do volume submerso, Vsub = 0,5 dm3 = 5,0 × 10-4 m3.
O peso vale 5,0 N. Para manter a bola parada, a criança faz uma força F, para baixo, tal que:
\[F+P=E\Rightarrow F=50-5{,}0=45\,\mathrm{N}\]
Q12
Termologia — Calorimetria — Troca de calor com fusão do gelo
Num calorímetro de capacidade térmica desprezível contendo 100 g de água a 66 °C coloca-se uma pedra de gelo a 0 °C. No equilíbrio térmico, verifica-se que só existe água a 0 °C no calorímetro.
Dados: calor específico da água: 4.200 J/kg·°C; calor latente de fusão do gelo: 340.000 J/kg.
a) Qual a massa do gelo colocada no calorímetro?
b) Essa experiência mostra que calor e temperatura são conceitos diferentes. Por quê?
a) ≈ 0,082 kg (82 g). b) O gelo recebe calor e sua temperatura não varia durante a fusão; calor é energia em trânsito, temperatura mede o grau de agitação térmica.
Resolução
a) No equilíbrio, tudo está em água a 0 °C: o calor cedido pela água quente funde o gelo, sem aquecer a água formada.
b) Calor é energia térmica em trânsito, transferida por diferença de temperatura. Temperatura é a medida do grau de agitação das partículas.
Neste experimento, o gelo recebe 27.720 J de calor e, mesmo assim, sua temperatura fica em 0 °C: toda a energia recebida é usada para mudar o estado físico. Logo, receber calor não implica variar a temperatura: as duas grandezas são diferentes.
Q13
Óptica — Lentes — Lente divergente e miopia
Um oftalmologista recomenda a um paciente míope lentes de –4,0 di.
a) De que tipo são essas lentes (divergentes ou convergentes) e qual a sua distância focal?
b) A que distância de uma dessas lentes se localiza a imagem de um objeto real localizado a 1,0 m da lente e qual a natureza dessa imagem (real ou virtual)?
a) Divergentes; f = –0,25 m (–25 cm). b) A 0,20 m (20 cm) da lente; imagem virtual.
Resolução
a) A miopia é corrigida por lentes divergentes, de vergência negativa. Com V = 1/f:
A imagem fica a 0,20 m (20 cm) da lente, do mesmo lado do objeto. O sinal negativo indica imagem virtual (também direita e menor, como em toda lente divergente).
Q14
Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência elétrica de um chuveiro
A figura representa esquematicamente um dos circuitos de uma residência para um chuveiro elétrico, representado simbolicamente pela sua resistência elétrica. F é a fonte de tensão, D um disjuntor ou fusível, A é o terminal fixo da resistência e B e C são terminais que possibilitam ao chuveiro duas potências diferentes (inverno e verão), selecionadas pela chave K de duas posições.
As especificações nominais desse chuveiro são: 220 V; 3200 W/4400 W.
a) Em qual das posições da chave, B ou C, a potência dissipada pela resistência é maior? Justifique sua resposta.
b) Qual a corrente nominal do disjuntor ou fusível adequado a esse circuito, sabendo que nesse circuito o chuveiro é o único elemento que consome energia?
a) Posição B (menor resistência, 4.400 W). b) 20 A.
Resolução
a) A tensão é a mesma nas duas posições, e P = U2/R: quanto menor a resistência, maior a potência.
Com a chave em B, a corrente percorre apenas o trecho A–B da resistência. Com a chave em C, percorre A–B e B–C: resistência maior, potência menor. Logo, a maior potência (4.400 W) ocorre na posição B.
b) O disjuntor deve suportar a maior corrente do circuito, que ocorre na posição de maior potência:
\[i=\frac PU=\frac{4400}{220}=20\,\mathrm{A}\]
O disjuntor adequado tem corrente nominal de 20 A (na prática, um valor comercial igual ou pouco acima).
