UFU 2015.2 — Física com Gabarito e Resoluções

Q11

Mecânica — Estática — Equilíbrio do andaime e tração no cabo

Especificações técnicas sobre segurança em obras informam que um determinado tipo de cabo suporta a tensão máxima de 1.500 N sem risco de rompimento. Considere um trabalhador de massa 80 Kg, que está sobre um andaime de uma obra, cuja massa é de 90 Kg. O conjunto homem e andaime permanece em equilíbrio e é sustentando pelo cabo com a especificação citada anteriormente.

Considerando g = 10 m/s2, e que nas figuras o cabo é ilustrado por uma linha pontilhada, assinale a alternativa que representa uma montagem que não oferece risco de rompimento.

Polia fixa com uma extremidade sustentando o andaime e a outra presa lateralmente à parede.

Polia fixa com o andaime sustentado por um lado e a outra extremidade do cabo presa ao piso.

Polia fixa com uma ponta do cabo ligada ao andaime e a outra segurada pelo trabalhador que está sobre ele.

Cabo vertical ligado diretamente ao teto e ao andaime.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

O peso total do conjunto é:

$$P=(80+90)\cdot10$$

$$P=1700\ \mathrm{N}$$

Na montagem em que uma ponta do cabo prende o andaime e a outra é segurada pelo trabalhador, duas trações sustentam o conjunto:

$$2T=P$$

$$T=\frac{1700}{2}$$

$$T=850\ \mathrm{N}$$

A tração fica abaixo do limite de 1500 N. Uma sustentação por um único trecho efetivo exigiria 1700 N, acima do limite informado.

Alternativa correta: C.

Q12

Mecânica — Quantidade de Movimento — Conservação do momento em colisão inelástica

Uma pessoa arremessa um corpo de material deformável de massa m1, com velocidade v1 em sentido oposto a um outro corpo, também de mesmo material, porém com massa m2 , que possuía velocidade v2 diferente de zero. Considere que m2 = m1/4. Os dois corpos se chocam frontalmente numa colisão perfeitamente inelástica, parando imediatamente após o choque.

Na situação descrita, a relação entre os módulos das velocidades iniciais dos dois corpos, antes do choque, é:

A)$v_1=4v_2$

B)$v_1=\dfrac{v_2}{4}$

C)$v_1=5-v_2$

D)$v_1=v_2$

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Escolhendo o sentido inicial do corpo 1 como positivo e usando módulos positivos para as velocidades:

$$m_1v_1-m_2v_2=0$$

$$m_1v_1=m_2v_2$$

Substituindo a massa do segundo corpo:

$$m_1v_1=\frac{m_1}{4}v_2$$

$$v_1=\frac{v_2}{4}$$

O corpo quatro vezes mais leve precisa ter velocidade quatro vezes maior. A energia cinética inicial é dissipada na colisão.

Alternativa correta: B.

Q13

Ondulatória — Fenômenos Ondulatórios — Efeito Doppler luminoso em estrelas binárias

Nas galáxias, há uma diversidade de estrelas que se organizam em pares, chamadas estrelas binárias. Elas orbitam um centro de massa, localizado entre elas. O esquema a seguir representa um par de estrelas (E1 e E2) que orbitam um ponto P e são vistas por dois observadores (O1 e O2). Considere que A, A´, B e B´ são posições distintas em suas órbitas em torno de P.

Estrelas binárias orbitando P: E₁ à esquerda com movimento anti-horário e E₂ à direita com movimento anti-horário, observadores O₁ à esquerda e O₂ à direita, posições A e B no topo e A’ e B’ embaixo. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

Tendo em vista a situação descrita, considere as afirmativas a seguir.

I. Para O1, a luz de E1 será vista com menor frequência quando ela estiver passando por A do que quando estiver passando por A’.

II. Para O2, a luz de E1 será vista com maior frequência quando ela estiver passando por A do que quando estiver passando por A’.

III. Para O2, a luz de E1 será vista com menor comprimento de onda quando ela estiver passando por A’ do que quando estiver passando por A.

IV. Para O2, a luz de E2 será vista com maior comprimento de onda quando ela estiver passando por B do que quando estiver passando por B’.

Assinale a alternativa que apresenta apenas afirmativas corretas.

A)III e IV.

B)II e III.

C)II e IV.

D)I e III.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Em A, E₁ move-se para a esquerda: aproxima-se de O₁ e afasta-se de O₂. Em A’, o movimento é para a direita, invertendo essas relações.

I — falsa. O₁ vê frequência maior na passagem por A que na passagem por A’, pois em A a estrela se aproxima.

II — falsa. Para O₂, E₁ se afasta em A e se aproxima em A’; a frequência observada é menor em A.

III — verdadeira. Para O₂, a aproximação em A’ implica frequência maior e comprimento de onda menor que em A.

IV — verdadeira. E₂ move-se para a esquerda em B e se afasta de O₂; em B’ aproxima-se. O comprimento de onda observado é maior em B. Apenas III e IV são corretas.

Alternativa correta: A.

Q14

Óptica — Refração — Refração atmosférica e posição aparente do Sol

Quando um raio de luz, vindo do Sol, atinge a Terra, muda sua trajetória inicial. Por isso, vemos o Sol antes mesmo de ele ter, de fato, se elevado acima do horizonte, ou seja, podemos considerar que vemos o Sol “aparente” e não o real, conforme indica a figura a seguir.

Terra com atmosfera e raio solar curvado; posição aparente do Sol acima da posição real junto ao horizonte. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

Esse efeito ocorre devido ao fenômeno óptico chamado

A)reflexão.

B)dispersão.

C)refração.

D)difração.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

O índice de refração da atmosfera varia com a altitude. Ao atravessar regiões com índices diferentes, o raio solar muda gradualmente de direção.

O olho interpreta a luz como se ela tivesse vindo em linha reta na direção em que chega. Com isso, a posição aparente do Sol fica acima da posição geométrica.

O fenômeno é a refração atmosférica, que permite ver o Sol mesmo quando ele ainda está um pouco abaixo do horizonte geométrico.

Alternativa correta: C.

Q15

Termologia — Gases Ideais — Resfriamento do gás e pressão no frasco

Em um recipiente de vidro, coloca-se água aquecida a 80°C, até 90% do volume do frasco. Logo após, ele é tampado com uma tampa não deformável, a qual não é rosqueada, e sim facilmente encaixada. Tal tampa possui apenas um anel de vedação, que não permite a troca entre o ar externo e interno. Após deixar o frasco por um certo tempo à temperatura ambiente de 25°C, ao se tentar retirar a tampa, percebe-se que ela não mais se solta facilmente.

Com base no descrito, a dificuldade em retirar a tampa ocorre porque houve

A)uma pequena contração volumétrica do frasco, aumentando sua pressão interna.

B)aproximadamente uma transformação a volume constante, reduzindo a pressão interna no frasco.

C)aproximadamente uma transformação isobárica, mantendo a pressão interna no frasco.

D)uma pequena dilatação do volume de água do frasco, passando a haver maior ação da gravidade sobre ele.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

O frasco é vedado quando está quente. Ao esfriar, a pressão do gás no espaço livre diminui, no modelo de quantidade de gás e volume aproximadamente constantes:

$$\frac{p}{T}=\text{constante}$$

A temperatura absoluta final é menor que a inicial, portanto a pressão interna final também é menor. A pressão atmosférica externa passa a exercer maior força sobre a tampa do que a pressão interna no sentido oposto.

No frasco real, a condensação do vapor de água também pode reduzir a pressão. A transformação a volume aproximadamente constante é a explicação simplificada escolhida pela banca.

Alternativa correta: B.

Q16

Eletromagnetismo — Campo Magnético — Polos magnéticos e repulsão entre carrinhos

Três carrinhos idênticos são colocados em um trilho, porém, não se encostam, porque, na extremidade de cada um deles, conforme mostra o esquema abaixo, é acoplado um ímã, de tal forma que um de seus polos fica exposto para fora do carrinho (polaridade externa).

Carrinho com um ímã em cada extremidade, mostrando os polos expostos para fora. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

Considerando que as polaridades externas dos ímãs (N – norte e S – sul) nos carrinhos são representadas por números, conforme o esquema a seguir, assinale a alternativa que representa a ordem correta em que os carrinhos foram organizados no trilho, de tal forma que nenhum deles encoste no outro:

Polos expostos dos três carrinhos: 1 norte e 2 sul; 3 sul e 4 sul; 5 sul e 6 norte. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

A)1 – 2 – 4 – 3 – 6 – 5.

B)6 – 5 – 4 – 3 – 1 – 2.

C)3 – 4 – 6 – 5 – 2 – 1.

D)2 – 1 – 6 – 5 – 3 – 4.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Pelo esquema, os polos expostos são: 1 norte, 2 sul, 3 sul, 4 sul, 5 sul e 6 norte.

Na sequência 2 – 1 | 6 – 5 | 3 – 4, a primeira interface aproxima os polos 1 e 6, ambos norte. A segunda aproxima 5 e 3, ambos sul.

As duas interfaces são repulsivas e evitam o contato nas condições da montagem. É necessário verificar os polos vizinhos, e não apenas a sequência dos números.

Alternativa correta: D.

Q17

Mecânica — Trabalho e Energia — Potência média do metabolismo

Se pensarmos que a energia se transforma de um tipo em outro, podemos comparar a que usamos durante o dia, para nos mantermos vivos, à que um eletrodoméstico emprega para seu funcionamento. A potência que teremos será a relação entre o uso desta energia em função do tempo.

Considerando um ser humano com regime diário de 2000 Kcal, e que 1 cal é equivalente a 4,18 J, a “potência desenvolvida” no decorrer de um dia por uma pessoa é, aproximadamente, igual à de

A)um ferro de passar de 2000 W.

B)uma furadeira elétrica de 400 W.

C)uma lâmpada de 100 W.

D)um ventilador de 80 W.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Convertendo a energia diária:

$$E=2000\cdot1000\cdot4{,}18$$

$$E=8{,}36\cdot10^6\ \mathrm{J}$$

A duração de um dia é:

$$\Delta t=24\cdot3600$$

$$\Delta t=86400\ \mathrm{s}$$

A potência média correspondente é:

$$P=\frac{E}{\Delta t}$$

$$P=\frac{8{,}36\cdot10^6}{86400}$$

$$P\approx96{,}8\ \mathrm{W}$$

O valor mais próximo é o de uma lâmpada de 100 W. A comparação é energética e não afirma que toda energia metabólica vira trabalho mecânico.

Alternativa correta: C.

Q18

Física Moderna — Física Quântica — Interferência de elétrons em duas aberturas

Um feixe de elétrons incide sobre uma superfície, demarcando os lugares onde a atinge. Todavia, há um anteparo com duas aberturas entre a fonte emissora de elétrons e a superfície, conforme representa o esquema a seguir.

Feixe de elétrons atravessa um anteparo com duas pequenas aberturas e atinge uma superfície de detecção. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

Atualmente, sabe-se que a radiação tem um comportamento dual, ou seja, ora se assemelha a partículas, ora a ondas. Considerando que o diâmetro das aberturas é muito menor do que o comprimento de onda radiação incidente, que tipo de resultado será demarcado na superfície, levando em conta o comportamento ondulatório do feixe de elétrons?

Várias faixas claras alternadas com faixas escuras.

Duas faixas claras separadas sobre fundo escuro.

Uma faixa clara vertical sobre fundo escuro.

Um ponto claro localizado sobre fundo escuro.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Cada abertura difrata a onda associada ao feixe. As contribuições das duas aberturas se superpõem e podem interferir.

No modelo coerente adotado, regiões de interferência construtiva recebem mais impactos e regiões de interferência destrutiva recebem menos. O resultado acumulado apresenta várias franjas alternadas.

O desenho com uma sequência de faixas claras e escuras representa esse padrão. Cada elétron é registrado em um ponto, mas a distribuição de muitos registros revela a interferência.

Alternativa correta: A.

Q19

Termologia — Calorimetria — Equilíbrio térmico e leitura de gráficos de calor

Em um laboratório, dispõe-se de quatro amostras de ligas de materiais diferentes, cada uma com massa de 500g. Quando essas amostras são aquecidas, suas temperaturas variam conforme os gráficos a seguir.

Gráficos de calor Q em calorias por temperatura para amostras de 500 g: em 5 graus, amostra I recebe 2000 cal, II 1000 cal, III 1500 cal e IV 500 cal. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

Na realização de um experimento, foi tomada uma dessas amostras, que estava inicialmente à temperatura de 25°C, e mergulhada em uma porção de 200 g de água pura, à temperatura inicial de 10°C. Aguardou-se o equilíbrio térmico, que ocorreu à temperatura de 20°C, desprezando-se perdas de calor entre os corpos e o meio. Considere que o calor específico da água é 1 cal/g.°C.

A partir da situação descrita, é correto afirmar que a amostra usada foi a

A)III.

B)II.

C)I.

D)IV.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

A água recebe calor ao passar de 10 °C a 20 °C:

$$Q_{\text{água}}=m_{\text{água}}c_{\text{água}}\Delta T_{\text{água}}$$

$$Q_{\text{água}}=200\cdot1\cdot10$$

$$Q_{\text{água}}=2000\ \mathrm{cal}$$

Sem perdas, a amostra cede esse mesmo módulo de calor ao esfriar de 25 °C a 20 °C:

$$C_{\text{amostra}}=\frac{2000}{25-20}$$

$$C_{\text{amostra}}=400\ \mathrm{cal/^{\circ}C}$$

No gráfico de calor em função da temperatura, a capacidade térmica corresponde à inclinação:

$$C=\frac{\Delta Q}{\Delta T}$$

A amostra I apresenta 2000 cal para uma variação de 5 °C, isto é, 400 cal/°C. As demais inclinações são 200, 300 e 100 cal/°C. A amostra usada foi a I.

Alternativa correta: C.

Q20

Eletricidade — Eletrostática — Blindagem eletrostática e malha condutora

A Gaiola de Faraday nada mais é do que uma blindagem eletrostática, ou seja, uma superfície condutora que envolve e delimita uma região do espaço. A respeito desse fenômeno, considere as seguintes afirmativas.

I. Se o comprimento de onda de uma radiação incidente na gaiola for muito menor do que as aberturas da malha metálica, ela não conseguirá o efeito de blindagem.

II. Se o formato da gaiola for perfeitamente esférico, o campo elétrico terá o seu valor máximo no ponto central da gaiola.

III. Um celular totalmente envolto em um pedaço de papel alumínio não receberá chamadas, uma vez que está blindado das ondas eletromagnéticas que o atingem.

IV. As cargas elétricas em uma Gaiola de Faraday se acumulam em sua superfície interna.

Assinale a alternativa que apresenta apenas afirmativas corretas.

A)I e II.

B)I e III.

C)II e III.

D)III e IV.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

I — verdadeira no contexto da malha. Se as aberturas forem grandes em comparação com o comprimento de onda incidente, elas prejudicam o bloqueio da radiação.

II — falsa. Uma cavidade totalmente fechada por um condutor em equilíbrio eletrostático, sem cargas internas, tem campo elétrico nulo. A forma esférica não produz um máximo no centro.

III — verdadeira na montagem idealizada. Um envoltório de alumínio contínuo e bem fechado pode atenuar fortemente os sinais usados pelo celular, impedindo a recepção de chamadas. Frestas e fechamento imperfeito podem comprometer o efeito.

IV — falsa no caso usual sem fontes internas. O excesso de carga do condutor fica na superfície externa. Cargas internas à cavidade mudariam o problema e poderiam induzir carga na superfície interna. Apenas I e III são corretas.

Alternativa correta: B.

UFU 2015.2 | 1ª Fase — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova