PASSE 2019-2021 — Questões de Física comentadas — Método TEF

A distância total percorrida é:

$d=1.500+420+1.800=3.720\text{ m}=3{,}72\text{ km}$.

O tempo total do passeio, de $8\text{h}45\text{min}$ até $10\text{h}15\text{min}$, é:

$\Delta t=1\text{ h }30\text{ min}=1{,}5\text{ h}$.

A velocidade média é:

$v_m=\dfrac{d}{\Delta t}=\dfrac{3{,}72}{1{,}5}=2{,}48\text{ km/h}$.

Alternativa correta: A

A cada volta completa da manivela $A$, a engrenagem $B$ avança $5$ de seus $50$ dentes, ou seja, gira $\dfrac{5}{50}=\dfrac{1}{10}$ de volta.

Como a manivela gira com frequência $f_A=2\text{ Hz}$, a frequência de rotação de $B$ (e do eixo $C$, solidário a ela) é:

$f_C=f_A\cdot\dfrac{1}{10}=2\cdot0{,}1=0{,}2\text{ Hz}$.

O peso é erguido por um cabo enrolado no eixo $C$, de raio $r=5\text{ cm}$ (diâmetro $10\text{ cm}$). A velocidade linear com que o peso sobe é:

$v=\omega_C\cdot r=2\pi f_C\cdot r=2\pi\cdot0{,}2\cdot5$.

$v=2\pi\text{ cm/s}$.

Alternativa correta: B

O volume total de água é $6{,}6$ milhões de litros $=6{,}6\times10^6\text{ L}=6{,}6\times10^3\text{ m}^3$.

Dividindo igualmente entre os dois reservatórios, cada um recebe:

$V=\dfrac{6{,}6\times10^3}{2}=3{,}3\times10^3\text{ m}^3$.

A área da base quadrada de lado $10\text{ m}$ é $A=10^2=100\text{ m}^2$. A altura da coluna de água em cada reservatório é:

$h=\dfrac{V}{A}=\dfrac{3.300}{100}=33\text{ m}$.

A pressão hidrostática na base é:

$P=\rho\,g\,h=10^3\cdot10\cdot33=3{,}3\times10^5\text{ N/m}^2$.

Alternativa correta: C

Convertendo a velocidade inicial: $v_0=324\text{ km/h}=\dfrac{324}{3{,}6}=90\text{ m/s}$.

Como o ônibus é parado (velocidade final nula) em $\Delta t=30\text{ s}$, a aceleração (em módulo) é:

$a=\dfrac{\Delta v}{\Delta t}=\dfrac{90}{30}=3\text{ m/s}^2$.

Pela 2ª Lei de Newton, a força resultante exercida pelo Hulk é:

$F=m\cdot a=20.000\cdot3=60.000\text{ N}$.

Alternativa correta: B

Para o equilíbrio de uma gangorra (alavanca), os torques em relação ao ponto de apoio devem ser iguais:

$F_{Marlon}\cdot d_{Marlon}=F_{Euclides}\cdot d_{Euclides}$.

Como a viga tem $7\text{ m}$: $d_{Marlon}+d_{Euclides}=7\ \Rightarrow\ d_{Euclides}=7-d_{Marlon}$.

Substituindo:

$800\,d_{Marlon}=600\,(7-d_{Marlon})$.

$800\,d_{Marlon}=4.200-600\,d_{Marlon}$.

$1.400\,d_{Marlon}=4.200\ \Rightarrow\ d_{Marlon}=3\text{ m}$.

$d_{Euclides}=7-3=4\text{ m}$.

O apoio deve ficar a $3\text{ m}$ de Marlon (que exerce mais força) e $4\text{ m}$ de Euclides.

Alternativa correta: B

Como os valores aferidos estavam entre os extremos mostrados na figura, a máxima diferença de temperatura possível corresponde à diferença entre a menor leitura ($36{,}3°\text{C}$) e a maior leitura ($38{,}9°\text{C}$):

$\Delta T(°C)=38{,}9-36{,}3=2{,}6°\text{C}$.

Como um intervalo de temperatura se converte de Celsius para Fahrenheit por $\Delta T(°F)=\Delta T(°C)\cdot\dfrac{9}{5}$ (sem o deslocamento de $32$, que só se aplica a valores absolutos de temperatura):

$\Delta T(°F)=2{,}6\cdot1{,}8=4{,}68°\text{F}$.

Alternativa correta: E

A atmosfera terrestre atua como um meio que refrata a luz solar, curvando os raios de luz que chegam da direção do Sol. Esse fenômeno, chamado refração atmosférica, faz com que o Sol permaneça visualmente acima do horizonte por um pequeno intervalo de tempo mesmo após já ter geometricamente se posicionado abaixo dele — e, de forma análoga, faz com que ele apareça um pouco antes de estar geometricamente acima do horizonte no nascer.

Em outras palavras, a atmosfera "estica" o dia visível: o nascer do Sol parece mais cedo e o pôr do Sol parece mais tarde do que aconteceria sem atmosfera.

Sem atmosfera, esse efeito desaparece, e o Sol passaria a se pôr mais cedo (no instante geometricamente correto, sem o prolongamento óptico) em relação ao que observamos atualmente.

Alternativa correta: A

O cristalino é uma lente biológica flexível, presa por ligamentos suspensores (fibras zonulares) ao músculo ciliar, que ajusta sua curvatura para focar imagens de objetos a diferentes distâncias (acomodação visual).

Estruturalmente, o cristalino apresenta as duas faces curvadas para fora (convexas), sendo, portanto, uma lente biconvexa (convergente), semelhante em formato a uma lente de aumento.

Alternativa correta: C

Uma máquina frigorífica opera de forma inversa a uma máquina térmica: em vez de converter calor em trabalho, ela utiliza trabalho externo (fornecido, por exemplo, por um compressor) para retirar calor de uma fonte fria e cedê-lo a uma fonte quente, invertendo o sentido espontâneo do fluxo de calor.

A eficiência (também chamada de coeficiente de desempenho) de uma máquina frigorífica é definida como a razão entre o que se deseja obter — o calor retirado da fonte fria, $Q_{fria}$ — e o que se gasta para isso — o trabalho externo, $\tau$:

$\eta=\left|\dfrac{Q_{fria}}{\tau}\right|$.

Alternativa correta: A

Convertendo a massa para gramas: $m=0{,}6\text{ kg}=600\text{ g}$.

A variação de temperatura necessária é:

$\Delta T=780-20=760°\text{C}$.

A quantidade de calor é dada pela equação fundamental da calorimetria:

$Q=m\,c\,\Delta T=600\cdot0{,}13\cdot760$.

$Q=78\cdot760=59.280\text{ cal}$.

Alternativa correta: D

Convertendo as unidades: $I=8.000\text{ mA}=8\text{ A}$ e $t=30\text{ min}=1.800\text{ s}$.

A carga elétrica total que passa pelo filamento é:

$Q=I\cdot t=8\cdot1.800=14.400\text{ C}$.

O número de elétrons correspondente é:

$n=\dfrac{Q}{e}=\dfrac{14.400}{1{,}6\times10^{-19}}=9\times10^{22}\text{ elétrons}$.

Como a corrente elétrica em um condutor metálico é constituída pelo fluxo de elétrons livres, e não de prótons (que ficam fixos na rede cristalina), o resultado se refere a elétrons.

Alternativa correta: E

Com a tensão mantida constante, a corrente é inversamente proporcional à resistência ($I=V/R$). A resistência varia com a temperatura segundo:

$R(T)=R_0\left[1+\alpha(T-T_0)\right]$.

Para $T=120°\text{C}$ e $T_0=20°\text{C}$:

$R(120)=R_0\left[1+4{,}5\times10^{-3}\cdot(120-20)\right]=R_0(1+0{,}45)=1{,}45\,R_0$.

Como $I=V/R$ e $V$ é constante, $I(120)=\dfrac{I_0}{1{,}45}$:

$I(120)=\dfrac{11{,}6}{1{,}45}=8\text{ A}$.

Como o aparelho suporta correntes entre $5{,}5\text{ A}$ e $10\text{ A}$, e $8\text{ A}$ está dentro desse intervalo, Sávio poderá utilizar o resistor com segurança.

Alternativa correta: C

Para que o corpo permaneça suspenso em equilíbrio, a força elétrica ascendente deve equilibrar exatamente o peso do corpo:

$qE=mg$.

Isolando a razão $q/m$:

$\dfrac{q}{m}=\dfrac{g}{E}=\dfrac{10}{4{,}0\times10^7}$.

$\dfrac{q}{m}=2{,}5\times10^{-7}\text{ C/kg}$.

Alternativa correta: B

A potência de cada aparelho é dada por $P=\dfrac{V^2}{R}$.

Forno elétrico:

$P_{forno}=\dfrac{220^2}{8}=\dfrac{48.400}{8}=6.050\text{ W}=6{,}05\text{ kW}$.

Uso: 3 vezes por semana, $2\text{ h}$ por uso, ao longo de 4 semanas: $t=3\cdot2\cdot4=24\text{ h}$.

Energia consumida: $E_{forno}=6{,}05\cdot24=145{,}2\text{ kWh}$.

Custo: $145{,}2\cdot0{,}86\approx\text{R\$ }124{,}87$.

Chuveiro elétrico:

$P_{chuveiro}=\dfrac{220^2}{20}=\dfrac{48.400}{20}=2.420\text{ W}=2{,}42\text{ kW}$.

Uso: $60\text{ min}=1\text{ h}$ por dia, ao longo de $30$ dias: $t=1\cdot30=30\text{ h}$.

Energia consumida: $E_{chuveiro}=2{,}42\cdot30=72{,}6\text{ kWh}$.

Custo: $72{,}6\cdot0{,}86\approx\text{R\$ }62{,}44$.

Comparando os gastos, $\text{R\$ }124,87$ (forno) é praticamente o dobro de $\text{R\$ }62,43$ (chuveiro). O "vilão da conta de luz" é o forno elétrico.

Alternativa correta: C

O lado da seção transversal quadrada é $L=10^{-1}\text{ mm}=1\times10^{-4}\text{ m}$, logo a área da seção é:

$A=L^2=(1\times10^{-4})^2=1\times10^{-8}\text{ m}^2$.

Convertendo a densidade de portadores para $\text{m}^{-3}$ (lembrando que $1\text{ cm}^3=10^{-6}\text{ m}^3$):

$n=5{,}0\times10^{23}\text{ elétrons/cm}^3=5{,}0\times10^{29}\text{ elétrons/m}^3$.

A corrente elétrica se relaciona à velocidade de deriva por $I=n\,e\,A\,v_d$. Isolando $v_d$:

$v_d=\dfrac{I}{n\,e\,A}=\dfrac{100}{5{,}0\times10^{29}\cdot1{,}6\times10^{-19}\cdot1\times10^{-8}}$.

Calculando o denominador: $5{,}0\times10^{29}\cdot1{,}6\times10^{-19}=8\times10^{10}$; $8\times10^{10}\cdot1\times10^{-8}=8\times10^2=800$.

$v_d=\dfrac{100}{800}=0{,}125\text{ m/s}=125\text{ mm/s}$.

Alternativa correta: E