UFU 2011.2 | 1ª Fase — Questões de Física comentadas — Método TEF
1ª Fase · Tipo 1 · Física, questões 11 a 20.
Dados da prova
UFU 2011.2 · 1ª Fase · Tipo 1 · Física, Q11 a Q20.
O arquivo fornecido é o gabarito oficial definitivo. As respostas foram também conferidas por resolução própria. A questão 17 foi anulada pela banca e não participa da correção automática. Na questão 12, os parâmetros arredondados impressos não reproduzem o valor numérico da alternativa oficial; a resolução explicita essa divergência.
Mecânica — Hidrostática — Empuxo e volume deslocado
A construção de grandes embarcações influenciou profundamente a história da humanidade, uma vez que, a partir delas, o homem pode se lançar nos oceanos, ampliando sua própria visão a respeito da geografia mundial. Para tal, foi necessário o emprego de princípios fundamentais da flutuação dos corpos na fabricação de tais artefatos. Imagine que, para a construção de uma antiga caravela, fossem empregados 12.800 Kg de madeira os quais, após acrescidos os equipamentos de bordo e a tripulação, fizessem com que a embarcação atingisse massa total de 14.400 Kg. Considere que a densidade da água doce é de 1,0 g/cm3 e a da água salgada é de 1,2 g/cm3. A partir desses dados, assinale a alternativa correta.
A)Essa caravela só flutuará se o volume de água doce que seu casco deslocar for de, no mínimo, 12.000 litros.
B)Essa caravela só flutuará se o volume de água salgada que seu casco deslocar for de, no mínimo, 12.000 litros.
C)Essa caravela flutuará mais facilmente quando colocada em água doce, pois seu casco deslocará um volume de água menor se comparado a quando ela é colocada em água salgada.
D)Se toda a madeira usada na caravela for compactada em um cubo maciço de 2m de aresta, pode-se dizer que tal cubo flutuará quando colocado na água salgada.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
B
Resolução
Em equilíbrio, o empuxo iguala o peso total da embarcação.
$$\rho_{\text{água}}Vg=mg$$
$$\rho_{\mathrm{salgada}}=1200\ \mathrm{kg/m^3}$$
$$V=\frac{14400}{1200}$$
$$V=12\ \mathrm{m^3}=12000\ \mathrm L$$
Na água doce seriam necessários 14,4 m³. A madeira compactada teria densidade de 12800/8 = 1600 kg/m³, superior à dos dois líquidos; o cubo afundaria.
Alternativa correta: B.
Q12
Mecânica — Gravitação — Gravidade na órbita da ISS
A Estação Espacial Internacional (ISS), que teve sua construção iniciada em 1988, é uma realização humana que tem propiciado ao homem ocupar um lugar fora da Terra e desenvolver diversos tipos de estudos. Ela se encontra a, aproximadamente, 400 km da superfície de nosso planeta, que possui raio aproximado de \(6\times10^6\ \mathrm m\) e massa de \(6\times10^{24}\ \mathrm{kg}\). Sobre a presença dos astronautas no interior da ISS, é correto afirmar que:
A)a aceleração da gravidade à qual estão sujeitos é de, aproximadamente, 8,7 m/s2.
B)eles estão o tempo todo flutuando, uma vez que se encontram em uma região de gravidade nula.
C)a força da gravidade somente atuaria sobre eles se a ISS estivesse dentro da atmosfera da Terra.
D)na ISS existe uma força gravitacional atuando, menor que na superfície da Terra, fazendo com que o peso dos astronautas se torne nulo e eles flutuem.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
A
Resolução
A distância ao centro terrestre inclui raio e altitude.
Com os valores arredondados de raio e massa impressos, o resultado é cerca de 9,8 m/s². O valor de 8,7 m/s² oferecido pela banca é o esperado ao usar parâmetros terrestres mais precisos. Há, portanto, uma inconsistência numérica no enunciado; a alternativa escolhida oficialmente é a única que reconhece gravidade não nula e evita explicar a flutuação pela ausência de atração. A estação e os astronautas estão em queda livre orbital.
Alternativa correta: A.
Q13
Termologia — Termodinâmica — Rendimento de máquina térmica
As máquinas a vapor mudaram a forma de o homem relacionar-se com a natureza e influenciaram até mesmo as relações humanas, com a mudança da mão de obra braçal para a força mecânica gerada por elas. Se tomarmos como exemplo uma locomotiva a vapor que funciona recebendo 800 J de sua caldeira e cedendo 200 J para o ambiente externo, poderemos afirmar que
A)essa locomotiva possui rendimento de apenas 25%, uma vez que 200 J, dos 800 J recebidos, são perdidos.
B)essa locomotiva possui rendimento de 75%, o que poderia ser aumentado se a máquina cedesse menos calor ao meio externo.
C)o trabalho realizado por essa locomotiva nesse processo é de 1000 J.
D)essa locomotiva teria rendimento máximo se o trabalho realizado por ela fosse igual ao calor cedido ao ambiente
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
B
Resolução
Em um ciclo, a variação da energia interna é nula.
$$W=Q_{\mathrm{recebido}}-Q_{\mathrm{cedido}}$$
$$W=800-200$$
$$W=600\ \mathrm J$$
$$\eta=\frac{600}{800}$$
$$\eta=0{,}75=75\%$$
Mantido o calor recebido, rejeitar menos calor elevaria o rendimento, respeitados os limites termodinâmicos.
Alternativa correta: B.
Q14
Óptica — Espelhos Esféricos — Espelhos em telescópio newtoniano
Atualmente, há diversos tipos de telescópios no mercado. Apesar de suas especificidades, todos funcionam com base em princípios fundamentais da Óptica. No esquema abaixo, há representação da trajetória que os raios de luz fazem em um telescópio conhecido como newtoniano, desde o instante em que incidem no espelho na posição A, passam pelo espelho na posição B e chegam à ocular.
Figura do caderno original · toque para ampliar.
É correto afirmar que os espelhos das posições A e B empregados nesse telescópio, assim como as propriedades físicas que possuem e que foram empregadas nesse instrumento são, respectivamente:
A)o espelho da posição A é côncavo, e os raios que nele incidem refletem segundo o mesmo ângulo de incidência; o espelho da posição B é convexo, e os raios de luz que nele incidem refletem convergindo para seu foco.
B)o espelho da posição A é convexo, e os raios de luz que nele incidem refletem convergindo para seu foco; o espelho da posição B é côncavo, e os raios de luz que nele incidem refletem convergindo para seu foco.
C)o espelho da posição A é convexo, e os raios de luz que incidem em seu vértice refletem passando pelo seu centro de curvatura; o espelho da posição B é plano, e os raios que nele incidem refletem segundo o mesmo ângulo de incidência.
D)o espelho da posição A é côncavo, e os raios de luz que nele incidem refletem convergindo para seu foco; o espelho da posição B é plano, e os raios que nele incidem refletem segundo o mesmo ângulo de incidência.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
D
Resolução
O espelho A é côncavo. No modelo paraxial, raios paralelos ao eixo são refletidos em direção ao foco.
O espelho B é plano e desvia o feixe para a ocular. Em cada ponto de reflexão, os ângulos são medidos em relação à normal:
$$i=r$$
A convergência vem do espelho primário; o secundário permite observar a imagem sem bloquear a entrada de luz.
Alternativa correta: D.
Q15
Mecânica — Cinemática — Tempo de semáforo e frenagem
Semáforos inteligentes ajudam no trânsito de grandes cidades, pois além de possuírem regulagem de tempo, também informam ao motorista o momento exato em que o cruzamento será liberado ou fechado, evitando acidentes. Um desses semáforos funciona com cinco lâmpadas verdes e cinco vermelhas, dispostas conforme a figura abaixo.
Figura do caderno original · toque para ampliar.
Quando todas as lâmpadas verdes estão acesas, o trânsito é liberado, sendo que a cada 10s uma delas se apaga. Quando a última lâmpada verde se apaga, instantaneamente as cinco vermelhas se acendem, bloqueando o trânsito. A respeito de tal semáforo, considere as três situações apresentadas abaixo. I - Um motorista que trafega à velocidade constante de 36 km/h avista o semáforo no exato momento em que a primeira lâmpada verde se apaga. Se ele estiver a 100 m do semáforo, conseguirá ultrapassar o cruzamento antes de as lâmpadas vermelhas se acenderem. II - Se um motorista que trafega à velocidade constante de 36 km/h, no exato momento em que vê a quarta lâmpada verde se apagar, imprimir uma aceleração constante de 2m/s2 ao seu carro, conseguirá passar pelo cruzamento antes que a primeira lâmpada vermelha se acenda, pois está a 400 m do semáforo. III - Se um motorista que trafega à velocidade constante de 36 km/h perceber, a 25 m de distância do semáforo, que as lâmpadas vermelhas estão acesas, ele terá de imprimir uma desaceleração constante mínima de 2m/s2 para que o carro pare até o semáforo. Assinale a alternativa que apresenta a(s) afirmativa(s) corretas.
A)Apenas II e III.
B)Apenas III.
C)Apenas I e III.
D)Apenas II.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
C
Resolução
$$v_0=\frac{36}{3{,}6}=10\ \mathrm{m/s}$$
I: depois da primeira lâmpada, restam quatro intervalos de dez segundos.
$$t=\frac{100}{10}=10\ \mathrm s$$
O carro cruza antes de quarenta segundos; I é verdadeira. II: depois da quarta lâmpada, resta apenas um intervalo.
$$\Delta s=10\times10+\frac{2\times10^2}{2}$$
$$\Delta s=200\ \mathrm m$$
São menos que os 400 m necessários; II é falsa. III: a desaceleração mínima permite parar exatamente em 25 m.
$$0=10^2-2a\times25$$
$$a=2\ \mathrm{m/s^2}$$
III é verdadeira. As afirmações válidas são I e III.
Alternativa correta: C.
Q16
Mecânica — Estática — Momento de força em alavanca
No decorrer da história, o homem tem empregado princípios físicos para facilitar suas atividades cotidianas como, por exemplo, o uso de alavancas para reduzir seu esforço, o que implicou a construção de guindastes e outros tipos de máquinas. Considere o esquema abaixo, no qual uma pessoa exerce uma força de 50 N perpendicular à barra. Na outra extremidade da barra, há um bloco de 10 Kg cujo centro de massa encontra-se a 1m do ponto de apoio da barra.
Figura do caderno original · toque para ampliar.
Desprezando o peso da barra, e com base na situação descrita, assinale a alternativa correta.
A)A pessoa consegue levantar a caixa na outra extremidade.
B)A pessoa só conseguirá levantar a caixa se aplicar uma força maior que 50 N.
C)Se a caixa tivesse 5 kg de massa e a mesma força fosse aplicada, porém a 1,5m do ponto de apoio da barra, a pessoa não conseguiria levantá-la.
D)Só é possível levantar a caixa se a barra estiver com ponto de apoio localizado em seu ponto médio.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
A
Resolução
Tomando g = 10 m/s², o peso da caixa é:
$$P=10\times10=100\ \mathrm N$$
O momento resistente em torno do apoio vale:
$$\tau_P=100\times1=100\ \mathrm{N\,m}$$
O momento produzido pela pessoa vale:
$$\tau_F=50\times3=150\ \mathrm{N\,m}$$
Como o momento aplicado supera o resistente, a pessoa consegue iniciar o levantamento. Para o caso de 5 kg a 1,5 m, o momento aplicado de 75 N·m também supera o resistente de 50 N·m.
Alternativa correta: A.
Q17
Termologia — Dilatação Térmica — Dilatação linear e escala Fahrenheit
Ligando as cidades de San Francisco e Sausalito, na Califórnia, EUA, há a Ponte Golden Gate, uma das obras de engenharia mais conhecidas do mundo, com 2.373m de comprimento. Considere que o metal com o qual ela foi feita possui coeficiente de dilatação linear de \(1{,}2\times10^{-5}\ ^\circ\mathrm C^{-1}\) e que as temperaturas nessa localidade dos Estados Unidos variam, mensalmente, conforme a tabela a seguir:
Temperaturas mensais fornecidas (°F)
Mês
Mínima
Máxima
Jan.
46
58
Fev.
49
61
Mar.
49
62
Abr.
50
65
Mai.
51
65
Jun.
53
68
Jul.
54
68
Ago.
56
69
Set.
56
71
Out.
55
70
Nov.
51
64
Dez.
47
59
Fonte: National Oceanic and Atmospheric Administration, EUA, 22 de junho de 2010.
A partir de tais informações, assinale a alternativa correta.
A)A dilatação linear máxima da ponte será maior no mês de março que em junho.
B)Nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, a ponte sofrerá uma dilatação linear máxima de 34 cm.
C)Caso se quisesse que a ponte sofresse dilatações lineares menores, seria recomendado que, em sua construção, em vez do atual metal, fosse empregado somente chumbo, cujo coeficiente de dilatação linear é \(27\times10^{-6}\ ^\circ\mathrm C^{-1}\).
D)A estrutura dessa ponte deve prever que, nos meses de abril, junho, setembro e outubro, ela irá se dilatar até o máximo de 23 cm.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
Questão anulada
Resolução
A questão foi anulada no gabarito definitivo. Não participa da pontuação. A relação adequada para amplitudes térmicas é:
O valor é aproximadamente 19 cm, e não 34 cm. Março apresenta amplitude menor que junho; chumbo teria maior coeficiente de dilatação; abril, junho, setembro e outubro têm amplitude de 15 °F, que produz aproximadamente 23,73 cm. A banca não informa a justificativa da anulação no arquivo fornecido.
Questão anulada pela banca.
Q18
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Ordenação do espectro eletromagnético
A figura abaixo representa um espectro eletromagnético que apresenta ondas de diferentes comprimentos. A compreensão de um espectro eletromagnético permite ao homem explorar diversos tipos de ondas, nas mais diferentes formas: nas transferências de informações, na saúde etc.
Figura do caderno original · toque para ampliar.
Adaptado de: COMINS; KAUFAMANN. Descobrindo o universo. Porto Alegre: Bookman, 2010. p. 96. A partir do espectro eletromagnético, é correto afirmar que
A)o infravermelho, visível ao olho humano, só é percebido no escuro, por possuir tons avermelhados.
B)as ondas de rádio não são visíveis ao olho humano e possuem velocidade baixa quando comparada à velocidade da luz visível.
C)os raios gama são invisíveis ao olho humano, possuem pequeno comprimento de onda e alta frequência, com alta capacidade de penetração em objetos sólidos.
D)as micro-ondas são uma forma de radiação com comprimento de onda e frequência maiores que a luz visível.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
C
Resolução
No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma velocidade.
$$c=\lambda f$$
Os raios gama ficam na região de comprimentos de onda muito pequenos e frequências elevadas. São invisíveis ao olho humano e podem apresentar alta penetração, dependente da energia e do material.
O infravermelho também é invisível. Micro-ondas têm comprimento de onda maior e frequência menor que a luz visível.
Alternativa correta: C.
Q19
Eletromagnetismo — Campo Magnético — Carga e massa em trajetória magnética
A Física de partículas é um campo de conhecimento que explora características de partículas subatômicas, as quais podem oferecer respostas para questões sobre a origem do universo, por exemplo. Muitos estudos nessa área são feitos a partir da análise do comportamento de tais partículas ao serem submetidas a campos magnéticos. Imagine que uma partícula desconhecida, a uma velocidade de \(3\times10^6\ \mathrm{m/s}\), penetra pelo ponto A, perpendicularmente a um campo magnético uniforme de indução magnética \(8\times10^{-5}\ \mathrm T\), e sai pelo ponto B, descrevendo uma trajetória circular de raio 21 cm, conforme ilustra a figura ao lado.
Figura do caderno original · toque para ampliar.
Sobre essa partícula, é correto afirmar que
A)trata-se de um elétron, e sua massa é de \(9{,}1\times10^{-31}\ \mathrm{kg}\)
B)trata-se de um elétron, e sua massa é de \(24\times10^{-31}\ \mathrm{kg}\)
C)trata-se de um próton, e sua massa é de \(9{,}1\times10^{-31}\ \mathrm{kg}\)
D)trata-se de um nêutron, e sua massa é de \(24\times10^{-31}\ \mathrm{kg}\)
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
A
Resolução
O campo aponta para dentro da página. Para carga positiva, o produto vetorial velocidade × campo produziria força para cima; como a trajetória curva para baixo, a carga é negativa.
Entre as partículas propostas, ela é compatível com o elétron. Usando o módulo de sua carga:
O arredondamento dos dados leva a aproximadamente 9,1 × 10⁻³¹ kg, massa do elétron. A identificação pressupõe o módulo de carga elementar usado nas partículas propostas.
Alternativa correta: A.
Q20
Eletricidade — Eletrostática — Para-raios e blindagem eletrostática
Para proteção contra danos oriundos de raios, as construções dispõem, principalmente, de dois sistemas. Um deles, instalado em uma residência A, é constituído, principalmente, de uma longa haste, chamada de captor, montada sobre um mastro, cuja altura deve ser calculada conforme as dimensões da edificação. O outro sistema, instalado na residência B, é constituído por um conjunto de captores interligados por condutores, que criam uma espécie de malha de captação, envolvendo a residência. Sobre esses dois sistemas de proteção e o princípio físico nos quais se pautam, é correto afirmar que
A)na residência A, emprega-se para-raios no método Gaiola de Faraday, que tem como princípio físico a diferença de potencial; na residência B, emprega-se o método Franklin, com uso de um para-raio, que tem como princípio físico o poder das pontas.
B)na residência A, empregam-se para-raios no método Gaiola de Faraday, que tem como princípio físico a blindagem eletrostática; na residência B, emprega-se o método Franklin, com uso de um para-raio, que tem como princípio físico o poder das pontas.
C)na residência A, emprega-se o método Franklin, com uso de um para-raio, que tem como princípio físico a capacitância; na residência B, também se empregam para-raios, mas o método é o da Gaiola de Faraday, que tem como princípio físico a diferença de potencial.
D)na residência A, emprega-se o Método Franklin, com uso de um para-raio, que tem como princípio físico o poder das pontas; na residência B, também se empregam para-raios, mas o método é o da Gaiola de Faraday, que tem como princípio físico a blindagem eletrostática.
Gabarito oficial definitivo · Tipo 1
D
Resolução
Na residência A, a haste caracteriza o método Franklin. A concentração de carga e campo elétrico nas regiões de menor raio de curvatura está associada ao poder das pontas.
Na residência B, a malha condutora corresponde ao modelo da gaiola de Faraday, associado à blindagem eletrostática.
Essa é a associação conceitual pedida. Em uma instalação real, a proteção contra descargas também depende de condutores de descida, aterramento e equipotencialização; uma descarga atmosférica não é um fenômeno puramente eletrostático.
