UFU 2017.2 — Física com Gabarito e Resoluções

Q15

Mecânica — Cinemática — Rotação terrestre e latitude

Ainda que tenhamos a sensação de que estamos estáticos sobre a Terra, na verdade, se tomarmos como referência um observador parado em relação às estrelas fixas e externo ao nosso planeta, ele terá mais clareza de que estamos em movimento, por exemplo, rotacionando junto com a Terra em torno de seu eixo imaginário. Se consideramos duas pessoas (A e B), uma deles localizada em Ottawa (A), Canadá, (latitude 45° Norte) e a outra em Caracas (B), Venezuela, (latitude 10° Norte), qual a relação entre a velocidade angular média (ω) e velocidade escalar média (v) dessas duas pessoas, quando analisadas sob a perspectiva do referido observador?

A)$\omega_A=\omega_B\quad\text{e}\quad v_A=v_B$

B)\(\omega_A<\omega_B\quad\text{e}\quad v_A

C)\(\omega_A=\omega_B\quad\text{e}\quad v_A

D)$\omega_A>\omega_B\quad\text{e}\quad v_A=v_B$

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

As duas pessoas acompanham a mesma rotação terrestre e completam uma volta no mesmo período:

$$\omega_A=\omega_B$$

O raio do paralelo de latitude φ, no modelo esférico, é:

$$r=R\cos\varphi$$

A velocidade linear devida à rotação é:

$$v=\omega R\cos\varphi$$

Como o cosseno de 45° é menor que o de 10°, Ottawa tem menor velocidade linear que Caracas:

$$v_A

Alternativa correta: C.

Q16

Mecânica — Dinâmica — Distância mínima de frenagem sem deslizamento

Ao se projetar uma rodovia e seu sistema de sinalização, é preciso considerar variáveis que podem interferir na distância mínima necessária para um veículo parar, por exemplo. Considere uma situação em que um carro trafega a uma velocidade constante por uma via plana e horizontal, com determinado coeficiente de atrito estático e dinâmico e que, a partir de um determinado ponto, aciona os freios, desacelerando uniformemente até parar, sem que, para isso, tenha havido deslizamento dos pneus do veículo. Desconsidere as perdas pelas resistência do ar e o atrito entre os componentes mecânicos do veículo. A respeito da distância mínima de frenagem, nas situações descritas, são feitas as seguintes afirmações:

I. Ela aumenta proporcionalmente à massa do carro.

II. Ela é inversamente proporcional ao coeficiente de atrito estático.

III. Ela não se relaciona com a aceleração da gravidade local.

IV. Ela é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade inicial do carro.

Assinale a alternativa que apresenta apenas afirmativas corretas.

A)I e II

B)II e IV

C)III e IV

D)I e III

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Em pista horizontal, no modelo de frenagem limitada pela aderência:

$$N=mg$$

$$F_{\mathrm{at},\max}=\mu_smg$$

$$a_{\max}=\mu_sg$$

Usando o módulo da desaceleração na relação de Torricelli:

$$0=v_0^2-2a_{\max}d_{\min}$$

$$d_{\min}=\frac{v_0^2}{2\mu_sg}$$

A massa cancela, a distância é inversamente proporcional ao coeficiente estático e à gravidade e diretamente proporcional ao quadrado da velocidade inicial. Apenas II e IV são corretas. A distância de reação do motorista não integra esse cálculo.

Alternativa correta: B.

Q17

Óptica — Princípios da Óptica — Imagens em dois espelhos perpendiculares

João, representado pela letra J, entra em uma sala retangular, onde duas paredes são revestidas por espelhos planos. Ele se posiciona na bissetriz do ângulo reto formato entre os dois espelhos. Como se configuram o conjunto das imagens de João em relação aos espelhos e sua posição na sala?

João e duas imagens posicionadas em arcos em torno do vértice dos espelhos.

João à direita e seis imagens distribuídas em dois arcos ao redor do vértice dos espelhos.

João à direita e três imagens: uma à esquerda do espelho vertical, uma no vértice e uma abaixo do espelho horizontal.

João e três imagens: reflexões em cada espelho e uma imagem resultante da dupla reflexão, simétricas nos quatro quadrantes.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Dois espelhos planos formando 90° produzem três imagens para a posição simétrica indicada:

$$N=\frac{360^\circ}{90^\circ}-1$$

$$N=3$$

Uma imagem é simétrica a João em relação ao espelho vertical; outra é simétrica em relação ao espelho horizontal. A terceira resulta da dupla reflexão e fica simétrica em relação ao vértice.

Tomando o vértice como origem e João em (x, y), as imagens ficam em (−x, y), (x, −y) e (−x, −y). Essa configuração corresponde ao desenho com João e as três imagens nos quatro quadrantes do esquema.

Alternativa correta: D.

Q18

Física Moderna — Física Quântica — Efeito fotoelétrico e fótons

A natureza da luz é um assunto que tem estado presente nas discussões de cientistas e filósofos há séculos, principalmente a partir da possibilidade de aplicação de fenômenos luminosos por comportamentos tanto ondulatórios quanto corpusculares. Segundo o princípio da complementaridade, proposto por Niels Bohr em 1928, a descrição ondulatória da luz é complementar à descrição corpuscular, mas não se usam as duas descrições simultaneamente para descrever um determinado fenômeno luminoso. Desse modo, fenômenos luminosos envolvendo a propagação, a emissão e a absorção da luz são explicados ora considerando a natureza ondulatória, ora considerando a natureza corpuscular.

Assinale a alternativa que apresenta um fenômeno luminoso mais bem explicado, considerando-se a natureza corpuscular da luz.

A)Espalhamento da luz ao atravessar uma fenda estreita.

B)Interferência luminosa quando feixes luminosos de fontes diferentes se encontram.

C)Mudança de direção de propagação da luz ao passar de um meio transparente para outro.

D)Absorção de luz com emissão de elétrons por uma placa metálica.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

A absorção de luz com emissão de elétrons por uma placa metálica é o efeito fotoelétrico. Um fóton transfere energia a um elétron:

$$E_\gamma=hf$$

Parte dessa energia vence a função trabalho do material. O restante pode tornar-se energia cinética do elétron emitido:

$$K_{\max}=hf-\phi$$

Essa descrição explica a frequência mínima de emissão. Difração em fenda, interferência e refração são explicadas de forma usual pelo modelo ondulatório.

Alternativa correta: D.

Q19

Termologia — Termometria — Calibração linear de termômetro

Um estudante monta um dispositivo termométrico utilizando uma câmara, contendo um gás, e um tubo capilar, em formato de “U”, cheio de mercúrio, conforme mostra a figura. O tubo é aberto em uma das suas extremidades, que está em contato com a atmosfera.

Câmara contendo gás conectada a manômetro de mercúrio em U aberto à atmosfera; h indica a diferença de altura entre as superfícies do mercúrio. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

Inicialmente a câmara é imersa em um recipiente contendo água e gelo em fusão, sendo a medida da altura h da coluna de mercúrio (figura) de 2cm. Em um segundo momento, a câmara é imersa em água em ebulição e a medida da altura h da coluna de mercúrio passa a ser de 27cm. O estudante, a partir dos dados obtidos, monta uma equação que permite determinar a temperatura do gás no interior da câmara (θ), em graus Celsius, a partir da altura h em centímetros. (Considere a temperatura de fusão do gelo 0°C e a de ebulição da água 100°C).

Assinale a alternativa que apresenta a equação criada pelo estudante.

A)$\theta=2h$

B)$\theta=\dfrac{27h}{2}$

C)$\theta=4h-8$

D)$\theta=5h^2-20$

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

Adotando a calibração linear pretendida pela questão:

$$\frac{\theta-0}{100-0}=\frac{h-2}{27-2}$$

$$\frac{\theta}{100}=\frac{h-2}{25}$$

$$\theta=4(h-2)$$

$$\theta=4h-8$$

Com h em centímetros, a temperatura θ é obtida em graus Celsius. A expressão retorna zero para 2 cm e cem para 27 cm.

Dois pontos fixam uma função afim, mas não demonstram que o instrumento real responde linearmente em toda a faixa. Aqui essa é a hipótese de calibração adotada pelo item.

Alternativa correta: C.

Q20

Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Indução eletromagnética no anel de Thomson

O anel saltante ou anel de Thomson é uma interessante demonstração dos efeitos eletromagnéticos. Ele consiste em uma bobina, um anel metálico, normalmente de alumínio, e um núcleo metálico que atravessa a bobina e o anel. Quando a bobina é ligada a uma tomada de corrente alternada, o anel de alumínio salta e fica levitando em uma altura que pode ser considerada constante. A figura mostra o dispositivo. Um dos fatos que contribuem para a levitação do anel metálico, apesar de não ser o único, é a fonte de corrente elétrica ser alternada, pois o anel não levitaria se ela fosse contínua.

Anel de Thomson: fonte de corrente alternada ligada à bobina, núcleo metálico vertical e anel metálico levitando em torno do núcleo. — Figura do caderno original · toque para ampliar.

A força sobre o anel metálico e sua consequente levitação devem-se ao fato de a bobina percorrida por corrente elétrica alternada gerar

A)uma polarização elétrica variável em função do tempo no núcleo metálico que induz uma carga elétrica no anel metálico.

B)um campo elétrico constante em função do tempo no núcleo metálico que induz uma diferença de potencial no anel metálico.

C)uma polarização magnética constante em função do tempo no núcleo metálico que induz um polo magnético no anel metálico.

D)um campo magnético variável em função do tempo no núcleo metálico que induz uma corrente elétrica no anel metálico.

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

A corrente alternada na bobina produz campo magnético variável no núcleo e fluxo variável através do anel.

$$\mathcal E=-\frac{\mathrm d\Phi_B}{\mathrm dt}$$

A força eletromotriz induz corrente no anel metálico. A interação dessa corrente com o campo da bobina pode produzir uma força magnética média que equilibra o peso.

A fase da corrente induzida e a distribuição espacial do campo são relevantes para a levitação observada. O princípio necessário indicado pela alternativa correta é a geração de campo magnético variável que induz corrente no anel.

Com alimentação contínua estabilizada e anel parado, o fluxo não varia e a corrente induzida cessa. Pode haver resposta transitória ao ligar a fonte, mas ela não sustenta a levitação permanente descrita.

Alternativa correta: D.

Q21

Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Aplicações das micro-ondas

As ondas eletromagnéticas conhecidas como micro-ondas são transversais, estão em uma faixa de frequência que vai de aproximadamente 0,3 GHz até cerca de 300 GHz, e são utilizadas em diversos aparelhos de uso cotidiano.

Assinale a alternativa que apresenta o aparelho que funciona utilizando micro-ondas.

A)Controle remoto do televisor

B)Telefone celular

C)Tomógrafo computadorizado

D)Rádio de ondas curtas

Gabarito oficial definitivo · Tipo 1

Resolução

O telefone celular transmite e recebe sinais de radiofrequência, incluindo faixas de micro-ondas compatíveis com o intervalo apresentado.

O controle remoto infravermelho convencional opera em frequências muito maiores. O tomógrafo computadorizado convencional utiliza raios X, enquanto ondas curtas de rádio ficam abaixo da faixa de micro-ondas indicada.

Alternativa correta: B.

UFU 2017.2 | 1ª Fase — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova