PASSE 2021-2023 — Questões de Física comentadas — Método TEF

A velocidade média da esfera durante o deslocamento é:

$v=\dfrac{d}{t}=\dfrac{21{,}88}{2}=10{,}94\text{ m/s}$.

Convertendo a massa: $m=7{,}2\times10^3\text{ g}=7{,}2\text{ kg}$.

A quantidade de movimento é:

$Q=m\cdot v=7{,}2\cdot10{,}94=78{,}768\text{ kg}\cdot\text{m/s}$.

Alternativa correta: B

A pressão acrescentada corresponde a $40-15=25$ libras. É preciso converter 1 libra para pascal.

Força correspondente ao peso de $0{,}5\text{ kg}$ (com $g=10\text{ m/s}^2$):

$F=0{,}5\cdot10=5\text{ N}$.

Área de 1 polegada quadrada:

$A=(25\times10^{-3})^2=6{,}25\times10^{-4}\text{ m}^2$.

Pressão de 1 libra:

$P_{1\,libra}=\dfrac{F}{A}=\dfrac{5}{6{,}25\times10^{-4}}=8.000\text{ Pa}$.

Pressão acrescentada (25 libras):

$P=25\cdot8.000=200.000\text{ Pa}=2\times10^5\text{ Pa}$.

Como $1\text{ atm}\approx1\times10^5\text{ Pa}$:

$P=2\text{ atm}$.

Alternativa correta: E

A pressão no fundo da coluna de água é a soma da pressão atmosférica com a pressão hidrostática exercida pela coluna de água de altura $h=150\text{ m}$ (dado indicado na figura):

$P=P_{atm}+\rho\,g\,h=10^5+1.000\cdot10\cdot150$.

$P=10^5+1{,}5\times10^6=1{,}6\times10^6\text{ Pa}$.

Convertendo para atmosferas ($1\text{ atm}=10^5\text{ Pa}$):

$P=\dfrac{1{,}6\times10^6}{10^5}=16\text{ atm}$.

Alternativa correta: B

A velocidade média de Zequinha é:

$v=\dfrac{10\text{ km}}{1\text{ h}}=\dfrac{10.000\text{ m}}{3.600\text{ s}}\approx2{,}78\text{ m/s}$.

O comprimento (perímetro) do pneu é:

$C=2\pi r=2\cdot3{,}1\cdot0{,}45=2{,}79\text{ m}$.

A cada volta completa, a bicicleta percorre uma distância igual ao perímetro do pneu. A frequência de rotação é:

$f=\dfrac{v}{C}=\dfrac{2{,}78}{2{,}79}\approx1{,}0\text{ Hz}$.

Alternativa correta: D

Convertendo as potências: $P_{etanol}=2\cdot736=1.472\text{ W}$; $P_{diesel}=4\cdot736=2.944\text{ W}$.

Convertendo as rotações para rev/s: $f_{etanol}=600/60=10\text{ Hz}$; $f_{diesel}=450/60=7{,}5\text{ Hz}$.

Isolando o torque de $P=2\pi f\tau$: $\tau=\dfrac{P}{2\pi f}$.

$\tau_{etanol}=\dfrac{1.472}{2\cdot3\cdot10}=\dfrac{1.472}{60}\approx24{,}5\text{ N}\cdot\text{m}$.

$\tau_{diesel}=\dfrac{2.944}{2\cdot3\cdot7{,}5}=\dfrac{2.944}{45}\approx65{,}4\text{ N}\cdot\text{m}$.

A razão entre os torques é:

$\dfrac{\tau_{diesel}}{\tau_{etanol}}=\dfrac{65{,}4}{24{,}5}\approx2{,}67$,

ou seja, o torque do diesel corresponde a cerca de $267\%$ do torque do etanol — mais de $250\%$.

Alternativa correta: D

Na garrafa térmica, a câmara de vácuo entre as paredes já elimina praticamente toda a perda de calor por condução e convecção (que dependem de um meio material). O que resta é a perda por radiação, já que a radiação térmica se propaga mesmo no vácuo. Por isso as paredes internas são espelhadas: a superfície espelhada reflete de volta a radiação infravermelha emitida pelo líquido quente, minimizando essa forma de perda de calor.

Alternativa correta: A

Ao mudar de meio, a frequência de uma onda sonora é determinada pela fonte e não se altera. Já a velocidade do som depende do meio de propagação: o som se propaga bem mais rápido na água do que no ar (a água é muito menos compressível e tem maior densidade de ligação entre as moléculas). Como $v=\lambda f$ e a frequência permanece constante enquanto a velocidade aumenta, o comprimento de onda também aumenta.

Alternativa correta: E

O estrabismo é o desvio do eixo óptico de um ou ambos os olhos em relação ao ponto de fixação, e uma das formas de correção óptica é o uso de lentes prismáticas, que desviam a luz para compensar esse desalinhamento.

As demais alternativas trocam os elementos: a miopia (alongamento do globo ocular) é corrigida com lente divergente, não convergente (A errada); a hipermetropia (encurtamento do globo ocular) é corrigida com lente convergente, não divergente (B errada); a presbiopia é a perda de elasticidade do cristalino com a idade, geralmente corrigida com lentes multifocais, não monofocais (D errada); e o astigmatismo, causado por curvaturas irregulares da córnea, é corrigido com lentes cilíndricas, não esféricas (E errada).

Alternativa correta: C

O rendimento de uma máquina térmica é dado por:

$\eta=1-\dfrac{Q_{fria}}{Q_{quente}}=1-\dfrac{900}{1.500}=1-0{,}6=0{,}4=40\%$.

Como a máquina é ideal (reversível, tipo Carnot), o rendimento também pode ser escrito em termos das temperaturas absolutas das fontes:

$\eta=1-\dfrac{T_{fria}}{T_{quente}}\Rightarrow0{,}4=1-\dfrac{285}{T_{quente}}$.

$\dfrac{285}{T_{quente}}=0{,}6\Rightarrow T_{quente}=\dfrac{285}{0{,}6}=475\text{ K}$.

Alternativa correta: E

Para dois espelhos planos formando um ângulo $\theta$ entre si, o número de imagens formadas é dado por $N=\dfrac{360^\circ}{\theta}-1$. Para $N=7$:

$7=\dfrac{360}{\theta}-1\Rightarrow\dfrac{360}{\theta}=8\Rightarrow\theta=45^\circ$.

Quanto ao som: a parede lisa e rígida reflete a onda sonora (reflexão), enquanto a parede rugosa e com espuma absorve a energia sonora, dissipando-a (absorção acústica) em vez de refleti-la. Ambos os fenômenos — reflexão e absorção do som — são estudados dentro da acústica, ramo da Física que trata do comportamento das ondas sonoras.

Alternativa correta: A

Para que a tensão nos fios se anule, a força magnética sobre o lado superior da espira (o único imerso no campo) deve ser vertical, para cima, e de módulo igual ao peso da espira, sustentando-a sem a ajuda dos fios.

A força magnética sobre um segmento retilíneo de corrente é $F=B\,I\,L$. Igualando ao peso:

$B\,I\,L=mg$.

$B=\dfrac{mg}{IL}=\dfrac{0{,}020\cdot10}{2\cdot0{,}10}=\dfrac{0{,}20}{0{,}20}=1\text{ T}$.

Alternativa correta: D

Como a espira e o resistor estão em série com a fonte, a resistência total do circuito é:

$R_{total}=R_{espira}+R=10+10=20\ \Omega$.

A corrente no circuito é:

$I=\dfrac{V}{R_{total}}=\dfrac{20}{20}=1{,}0\text{ A}$.

O raio da espira é $r=D/2=0{,}10\text{ m}$. O campo magnético no centro de uma espira circular com $N$ voltas é:

$B=\dfrac{\mu_0\,N\,I}{2r}=\dfrac{4\cdot3\times10^{-7}\cdot10\cdot1{,}0}{2\cdot0{,}10}=\dfrac{1{,}2\times10^{-5}}{0{,}2}=6\times10^{-5}\text{ T}$.

Alternativa correta: A

Como as três baterias estão em série, a força eletromotriz total e a resistência interna total se somam:

$\varepsilon_{total}=3\cdot12=36\text{ V}$; $r_{total}=3\cdot0{,}3=0{,}9\ \Omega$.

A resistência total do circuito é:

$R_{total}=r_{total}+R=0{,}9+11{,}1=12\ \Omega$.

A corrente no circuito é:

$I=\dfrac{\varepsilon_{total}}{R_{total}}=\dfrac{36}{12}=3{,}0\text{ A}$.

A diferença de potencial no resistor $R$ é:

$V_R=I\cdot R=3{,}0\cdot11{,}1=33{,}30\text{ V}$.

Alternativa correta: C

Para o corpo levitar em equilíbrio, a força elétrica deve ser vertical, para cima, e de módulo igual ao peso do corpo. Como o campo elétrico é ascendente (para cima) e a força elétrica precisa apontar no mesmo sentido do campo, a carga do corpo deve ser positiva (em uma carga positiva, $\vec F=q\vec E$ tem o mesmo sentido de $\vec E$).

O módulo da força elétrica, igual ao peso:

$F=mg=0{,}030\cdot10=0{,}3\text{ N}$.

Alternativa correta: A

Como a tensão disponível ($110\text{ V}$) é menor do que a exigida pelo videogame ($220\text{ V}$), Carlos precisa de um transformador elevador de tensão.

A relação de transformação é $\dfrac{V_{sec}}{V_{prim}}=\dfrac{N_{sec}}{N_{prim}}$. Como $V_{sec}/V_{prim}=220/110=2$, o número de espiras no secundário deve ser o dobro do número de espiras no primário — ou seja, o primário tem a metade das espiras do secundário.

Alternativa correta: D