Unimontes 2011.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Uma partícula descreve um movimento vertical, saindo do solo, de subida e descida, num local onde a aceleração da gravidade possui módulo g = 10 m/s². Desprezando-se a resistência do ar e considerando que a altura máxima atingida pela partícula é h = 20 m, pode-se afirmar CORRETAMENTE:

Um bloco de massa m, com velocidade de módulo V, desloca-se sobre uma superfície de coeficiente de atrito dinâmico µ (veja a figura). Após sofrer um deslocamento d, sua velocidade assume módulo que é a metade da velocidade inicial. Adotando-se o módulo da aceleração da gravidade como g, o coeficiente de atrito dinâmico será

Um motor faz um eixo de 5 cm de diâmetro girar a 2400 rpm (rotações por minuto). O eixo está conectado, através de uma polia, a um disco de raio 10 cm. A velocidade linear, em m/s, na periferia do disco, será

Em um recipiente são misturadas duas soluções de densidades $\rho_1$ e $\rho_2$ e volumes $V_1$ e $V_2$, respectivamente (veja a figura). Um bloco de massa m e densidade $\rho$ é colocado no recipiente e 30% de seu volume fica submerso. Considerando o módulo da aceleração da gravidade igual a g e $V_1=2V_2$, o módulo do empuxo sobre o bloco é CORRETAMENTE expresso por

Um bloco de gelo de massa m = 40 kg, à temperatura de –2 °C, desprende-se de uma geleira e cai dentro de um lago contendo 20 m³ de água a 18 °C. Considerando que haja troca de calor apenas entre a água e o bloco de gelo, pode-se afirmar CORRETAMENTE que

Dados: Densidade da água = $10^3$ kg/m³; Calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C; Calor específico da água = 1 cal/g°C; Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g.

Um recipiente de volume V contém um gás que está inicialmente à temperatura T0 e pressão P0. Esse gás é aquecido e atinge um novo estado, caracterizado por temperatura T e pressão P. O volume do recipiente permanece constante. Considerando o sistema recipiente + gás, assinale a afirmativa CORRETA.

Um estudante idealizou um experimento em que um laser é disparado em meio a uma camada gasosa, com índice de refração n = 1,02 (em relação ao vácuo), até atingir a superfície de um líquido dentro de um recipiente livre de choques mecânicos. Um raio é refletido e atinge a parte superior de um anteparo de tamanho d (veja a figura). Sendo α = 30°, o índice de refração do líquido, para que a situação idealizada seja possível, é, aproximadamente,

Dados: $\sin30^\circ=1/2$, $\cos30^\circ=\sqrt3/2$, $\sin45^\circ=\cos45^\circ=\sqrt2/2$, $\sin60^\circ=\sqrt3/2$, $\cos60^\circ=1/2$, $\sqrt2\approx1,41$ e $\sqrt3\approx1,73$.

Uma esfera condutora B, de massa M e carga elétrica Q, está fixada no topo de um plano inclinado. Outra esfera condutora A, de massa m e carga q, está sobre o mesmo plano, abaixo da esfera B. A distância entre seus centros é d (veja a figura). O módulo da aceleração da gravidade no local é g e a constante eletrostática é K. A esfera A está em equilíbrio. Assinale a alternativa em que a carga Q é dada corretamente em termos de d, q, m e g. d 2

Um fio condutor flexível, de comprimento 2L e massa desprezível, é percorrido por uma corrente I. Na metade desse fio, no ponto A, está presa uma extremidade de outro fio, não condutor e de massa desprezível que, por sua vez, tem sua outra extremidade fixada a um bloco de massa m. No local, a aceleração da gravidade possui módulo g. O fio condutor apresenta uma deflexão porque sustenta o peso do bloco (veja a situação 1 na figura). Um dispositivo é acionado e um campo magnético uniforme $\vec B$ surge atuando ao longo de todo o comprimento 2L do fio condutor. A força magnética que atua no fio, devido ao campo $\vec B$, anula sua deflexão (veja a situação 2 na figura).

Marque a alternativa que apresenta CORRETAMENTE o módulo, a direção e o sentido do campo magnético.

Quando cargas elétricas são aceleradas, desaceleradas ou, ainda, realizam movimento oscilatório, radiações eletromagnéticas são produzidas. Em outros experimentos, cargas elétricas demonstram comportamento ondulatório. Considere os fenômenos enumerados abaixo: I - difração; II - interferência; III - efeito fotoelétrico. O(s) fenômeno(s) que NÃO caracteriza(m) comportamento ondulatório é(são):

A ótica geométrica utiliza-se da aproximação de raios luminosos para examinar o que ocorre quando a luz se reflete numa superfície ou se refrata ao passar de um meio material para outro. Já a ótica Física, ou ótica ondulatória, lida com fenômenos que não podem ser adequadamente explicados com a aproximação de raios luminosos. Para explicar fenômenos como a interferência e a difração, a ótica física lida com a natureza ondulatória da luz. As cores brilhantes exibidas por um CD ao refletir luz branca, as várias cores que surgem na superfície de uma bolha de sabão que flutua ou as regiões claras e sombreadas que percebemos ao observarmos, contra a luz, dois tecidos finos superpostos, são exemplos de interferência da luz. Numa superposição de ondas eletromagnéticas, padrões de interferência podem surgir como resultado da combinação dos campos elétrico e magnético que constituem as ondas individuais. Ondas eletromagnéticas visíveis possuem comprimento de onda curto (de 4×10⁻⁷ m a 7×10⁻⁷ m) e, por esse motivo, seus efeitos de interferência não são facilmente observados. Para que se observe um padrão estável de interferência, são necessárias duas fontes produzindo ondas de mesmo comprimento de onda e que mantenham uma relação de fase constante entre si, ou seja, elas precisam ser coerentes. Uma fonte de luz ordinária passa por alterações aleatórias a cada 10⁻⁸ s, aproximadamente. Dessa forma, as condições para interferência construtiva (luz intensa) ou destrutiva (sombra) duram por tempos da ordem de 10⁻⁸ s. Tais fontes ordinárias são chamadas de incoerentes. Um método muito usado para a produção de duas fontes luminosas coerentes de comprimentos de onda idênticos é utilizar-se de uma única fonte luminosa emitindo um único comprimento de onda para iluminar um anteparo contendo duas fendas estreitas. A luz que emerge das fendas é coerente porque é produzida por uma única fonte. As duas fendas servem apenas para separar o feixe original em duas partes. Nesse caso, uma alteração aleatória na luz emitida pela fonte ocorre, simultaneamente, nos dois feixes separados e os efeitos da interferência podem ser observados. Thomas Young, em 1801, demonstrou pela primeira vez a interferência com ondas luminosas a partir de duas fendas. O diagrama da experiência de dupla fenda e uma ampliação do centro de um possível padrão de franjas formado sobre o anteparo estão representados na figura a seguir. As fendas S1 e S2 funcionam como fontes de ondas luminosas coerentes que produzem um padrão de interferência no anteparo de observação (o desenho não está em escala). (Texto e figura adaptados de SERWAY Raymond A.; JEWETT, R. John W. Princípios de Física. vol. 4, p. 1052-1054. São Paulo: Thomson Learning Edições Ltda, 2007.) Após a leitura do texto sobre ótica física, marque a alternativa CORRETA.

Uma dada partícula move-se em linha reta entre os pontos A e B. A partícula executa um movimento do ponto A até o ponto B, permanece 2 segundos em B e retorna para o ponto A. No percurso A-B, a velocidade da partícula permanece com módulo V.

Dados: $S_B$ = posição em B; $V_B$ = velocidade em B; $a_B$ = aceleração em B.

O gráfico que MELHOR representa o movimento da partícula é

Fenômenos ondulatórios são comuns no dia a dia. Quem nunca ouviu falar em terremotos, ondas no mar e barulho de propaganda política? O som também é um fenômeno ondulatório. Toda informação que chega aos nossos ouvidos é um tipo de onda que viaja por um meio líquido, sólido ou gasoso. A velocidade do som no ar possui módulo de, aproximadamente, 340 m/s. O ouvido humano é capaz de perceber ruídos que vão de 20 a 20000 Hz. Um dado ruído, no ar, possui comprimento de onda de 21,25 m. Num bairro em que este ruído tocou a noite inteira, moradores da região reclamaram de barulho. Sobre o barulho em questão, assinale a alternativa CORRETA.

Uma barra de comprimento L = 5 m encontra-se em equilíbrio, apoiada em dois pontos ao longo de seu comprimento. A barra é homogênea e possui massa m = 160 kg. Um homem, inicialmente no ponto A, caminha em direção ao ponto P (veja a figura). Se o homem posicionar-se no ponto P, a barra fica na iminência de girar. Sendo o módulo da aceleração da gravidade g = 10 m/s², a massa do homem, em kg, é, aproximadamente,

Uma partícula de massa M e carga positiva q move-se em movimento retilíneo uniforme, com velocidade de módulo V. Um campo elétrico uniforme, de módulo constante, é acionado, parando a partícula após 2 segundos. A alternativa que MELHOR representa o módulo e o sentido do campo elétrico é

Uma mola, de constante elástica k e comprimento natural d (sem ser esticada ou comprimida), é fixada em um teto, tendo um bloco de massa m fixado na outra extremidade. O bloco, então, deforma a mola até atingir o equilíbrio e um comprimento total L (veja a figura). Admitindo-se que a aceleração da gravidade possui módulo g, pode-se afirmar CORRETAMENTE que

Num circuito composto por uma bateria e três capacitores em série (veja a figura abaixo), $φ_i$ é a diferença de potencial entre as placas, $q_i$ é a carga armazenada e $C_i$ a capacitância do capacitor i, i=1,2,3. As três capacitâncias são diferentes entre si.

É CORRETO afirmar que

De alguma forma, a temperatura é uma medida da agitação das partículas que constituem uma substância. Quando recebe calor, uma substância pode variar sua temperatura e/ou mudar de fase. As temperaturas em que ocorrem as mudanças de fase de sólido para líquido e de líquido para vapor são denominadas temperatura de fusão e temperatura de ebulição, respectivamente. Considerando uma substância pura, inicialmente no estado sólido, que é aquecida até a fase vapor, marque a afirmativa CORRETA.

Na figura abaixo, é mostrado um esquema de uma máquina térmica operando entre uma fonte quente e uma fonte fria. A máquina térmica retira calor da fonte quente, realiza trabalho e cede uma quantidade de calor à fonte fria. Quando a máquina realiza trabalho igual a 40 kJ, sendo seu rendimento η= 20%, pode-se AFIRMAR que

Na figura, estão representados os elementos para a formação de imagem de uma lente esférica.

Observando as características da imagem, podemos AFIRMAR que o objeto situa-se

Na mecânica de Newton, quando estudamos o movimento retilíneo de um corpo 1 em relação a um corpo 2, também em movimento, a diferença X(t) entre suas posições é X(t) = x2(t) - x1(t), (1) em que x1(t) e x2(t) são as posições dos corpos 1 e 2, respectivamente. A velocidade V do corpo 2 em relação ao corpo 1 (ou em relação ao referencial em que o corpo 1 está em repouso) é V = v2 - v1, (2) em que v1 e v2 são as velocidades dos corpos 1 e 2, respectivamente. Pela última equação, se um veículo 2 segue numa estrada a 110 km/h e outro veículo 1 segue no mesmo sentido a 90 km/h, a velocidade de 2, em relação a 1, é V = 110 km/h - 90 km/h = 20 km/h. Se os dois veículos viajam em sentidos contrários, supondo-se que a velocidade do segundo veículo seja positiva, temos que V = 110 km/h + 90 km/h = 200 km/h. A Teoria da Relatividade Especial (ou Restrita), de Albert Einstein, mostra que essa descrição para o movimento de um corpo em relação a outro não é válida quando as velocidades são próximas da velocidade da luz no vácuo, c, que é, aproximadamente, 3,00 ×10⁸ m/s. Na teoria da relatividade, a expressão correta para o movimento relativo entre dois corpos, com velocidades v1 e v2, é $V=\dfrac{v_2-v_1}{1-v_1v_2/c^2}$ (3) Para valores de velocidade com os quais estamos acostumados em nosso dia a dia, usar a expressão (2) ou a expressão (3) para o cálculo de V praticamente leva ao mesmo resultado. Por exemplo, no caso dos dois veículos do exemplo anterior, teríamos uma diferença da ordem de 10⁻¹³ km/h, para o caso dos veículos viajando no mesmo sentido, e de 10⁻¹² km/h, para o outro caso. No entanto, considerando dois elétrons movimentando-se na mesma direção e sentidos contrários, com velocidades iguais em módulo, v1 = v2 =c/2, teríamos uma velocidade relativa entre eles igual a $V=\dfrac{c/2+c/2}{1+(c/2)^2/c^2}=\dfrac{c}{1+1/4}=\dfrac45c$, (4) que é bem diferente do valor c obtido com o uso da expressão (2), que vem da Mecânica de Newton. (Texto adaptado de CHAVES, Alaor; SAMPAIO, José Francisco. Física Básica – Mecânica, Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2007, p. 59-60.) Considerando duas partículas em movimento, na mesma direção e em sentidos contrários, de modo que v2 = c e v1 = –c, de acordo com a expressão (3) no texto acima, é CORRETO afirmar que o valor da velocidade relativa V entre elas seja igual a

Um pêndulo simples, cujo fio de comprimento L possui, em uma de suas extremidades, uma partícula de massa m e carga elétrica positiva q, é abandonado a partir do ponto $P_1$, na região I, posição em que o fio faz um ângulo θcom a vertical (veja a figura). A aceleração da gravidade no local possui módulo g. O pêndulo, após ultrapassar $P_2$, ponto mais baixo de sua trajetória, entra na região (II), em que atua um campo magnético uniforme $\vec B$, perpendicular à folha e “entrando na folha”. Ele se move até o ponto $P_3$ e retorna.

Sobre o movimento do pêndulo na região II, sob a ação do campo $\vec B$, é CORRETO afirmar que