1ª Etapa do triênio 2024–2026 · Prova aplicada em 8 de dezembro de 2024 · Física (Q36–40) — resolução comentada Método TEF.
Dados utilizados
Esta prova não trouxe uma tabela de constantes física comum às questões: cada questão de Física (Q36–40) já contém, no próprio enunciado, todos os valores numéricos necessários para a resolução.
Q36
Astronomia — 3ª Lei de Kepler e Gravitação Universal
Os planetas orbitam estrelas em trajetórias que podem ser analisadas pela Lei da Gravitação Universal e pelas Leis de Kepler. Considere um planeta fictício, chamado Janus, que orbita uma estrela com massa igual à do nosso Sol. A distância média entre Janus e sua estrela é igual a quatro vezes a distância entre a Terra e o Sol.
Com base nas Leis de Kepler e na Lei da Gravitação Universal, assinale a alternativa correta sobre o período orbital de Janus em torno de sua estrela.
a)Janus possui um período orbital igual ao da Terra.
b)Janus possui um período orbital duas vezes maior que o da Terra.
c)Janus possui um período orbital quatro vezes maior que o da Terra.
d)Janus possui um período orbital oito vezes maior que o da Terra.
e)Janus possui um período orbital dezesseis vezes maior que o da Terra.
Pela 3ª Lei de Kepler, para órbitas em torno de uma mesma estrela (mesma massa central), o quadrado do período orbital é proporcional ao cubo do raio médio da órbita:
Cinemática — Distância Percorrida por Motorista Distraído
Em uma rodovia, um motorista dirige em uma estrada plana e retilínea a uma velocidade constante de $90\text{ km/h}$ quando decide olhar para o celular e ler uma mensagem de texto curta. Em média, leva-se cerca de $4$ segundos para ler uma mensagem.
Assumindo que o motorista permaneceu distraído durante esse tempo, sem olhar para a estrada, calcule quantos metros ele percorreu enquanto lia a mensagem sem prestar atenção ao trânsito.
Como o movimento é uniforme durante a distração, a distância percorrida é:
$d=v\cdot t=25\cdot4=100\text{ m}$.
Alternativa correta: D
Q38
Termologia/Ambiente — Efeito Estufa e Energia Interna da Atmosfera
A radiação solar que chega à Terra abrange diversas faixas do espectro eletromagnético, como a luz visível, ultravioleta e infravermelha. Uma parte dessa energia é absorvida pela superfície terrestre e reemitida na forma de radiação infravermelha. Os gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono ($CO_2$) e o metano ($CH_4$), absorvem essa radiação infravermelha, impedindo que ela escape completamente para o espaço, o que contribui para o aumento da temperatura global.
Considerando que o aumento da temperatura da Terra afeta diretamente os ciclos biogeoquímicos, como o ciclo do carbono, é correto afirmar que:
a)a radiação infravermelha absorvida pelos gases de efeito estufa é reemitida para o espaço, resfriando a superfície terrestre.
b)a absorção da radiação infravermelha pelos gases de efeito estufa causa um aumento na energia interna da atmosfera, contribuindo para o aumento da temperatura global média.
c)o aumento da radiação infravermelha emitida pelo Sol é o principal fator que intensifica o efeito estufa e altera o ciclo do carbono.
d)os ciclos biogeoquímicos, como o ciclo do nitrogênio, não são afetados pelas mudanças climáticas causadas pelo efeito estufa.
e)o efeito estufa impede por completo a ocorrência do ciclo do carbono, limitando o transporte de CO₂ entre os oceanos e a atmosfera.
Ao absorver a radiação infravermelha reemitida pela superfície, as moléculas dos gases de efeito estufa passam a vibrar mais intensamente: essa energia absorvida se converte em energia interna (energia cinética média das moléculas) da atmosfera, o que se traduz em aumento de temperatura — e não em resfriamento nem em simples "devolução" da radiação ao espaço.
Alternativa correta: B
Q39
Ondulatória/Astrofísica — Efeito Doppler e Desvio para o Vermelho
O modelo do Big Bang propõe que o universo teve um início a partir de uma singularidade extremamente densa e quente, expandindo-se desde então. Essa expansão é observada atualmente e pode ser evidenciada pela luz proveniente de galáxias distantes, pois, quando uma estrela ou galáxia se afasta da Terra, as ondas de luz apresentam uma alteração em sua frequência aparente, devido ao efeito Doppler da luz, causando um fenômeno conhecido como "desvio para o vermelho" (redshift).
Com base nessas informações e em seus conhecimentos, assinale a alternativa que melhor descreve o que o desvio para o vermelho indica sobre a movimentação das galáxias:
a)as galáxias estão se movendo em direção à Terra, aumentando a frequência aparente da luz que emitem.
b)as galáxias estão se afastando da Terra, diminuindo a frequência aparente da luz que emitem.
c)as galáxias estão paradas em relação à Terra, não havendo qualquer diferença entre a frequência da luz emitida pela estrela e a frequência da luz medida na Terra.
d)as galáxias estão se movendo em relação à Terra de forma aleatória, sem alterar a frequência aparente da luz.
e)as galáxias estão se afastando da Terra, mas a frequência aparente da luz que emitem não é afetada.
Pelo efeito Doppler, quando a fonte de luz se afasta do observador, o comprimento de onda aparente aumenta (desloca-se para o vermelho) e, consequentemente, a frequência aparente diminui. O desvio para o vermelho observado nas galáxias distantes indica, portanto, que elas estão se afastando da Terra — evidência-chave da expansão do universo.
Alternativa correta: B
Q40
Cinemática — Frenagem de Caminhão em Movimento Retilíneo Uniformemente Variado
Um caminhão está se movendo a uma velocidade constante de $30\text{ m/s}$, quando o motorista avista um sinal vermelho a $100\text{ m}$ de distância. O motorista começa a frear e o caminhão desacelera uniformemente a uma taxa de $3\text{ m/s}^2$.
Considerando que o caminhão inicia a frenagem imediatamente após avistar o sinal vermelho, assinale a alternativa correta a respeito de sua parada.
a)O caminhão para a $10\text{ m}$ do sinal vermelho.
b)O caminhão para exatamente no sinal vermelho.
c)O caminhão ultrapassa o sinal vermelho em $20\text{ m}$.
d)O caminhão ultrapassa o sinal vermelho em $50\text{ m}$.
e)O caminhão ultrapassa o sinal vermelho em $100\text{ m}$.
Como o sinal está a apenas $100\text{ m}$, o caminhão percorre $150\text{ m}$ antes de parar, ultrapassando o sinal em:
$150-100=50\text{ m}$.
Alternativa correta: D
Dados utilizados
Valores fornecidos nos enunciados das questões de Física:
calor específico do alumínio: $c_{Al}=0{,}21\text{ cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$
calor específico da água: $c_{H_2O}=1{,}0\text{ cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$
energia da reação do H₂: $1\text{ mol H}_2 \to 285\text{ kJ}$
massa molar do hidrogênio: $M_{H_2}=2\text{ g/mol}$
aceleração da gravidade: $g=10{,}0\text{ m/s}^2$
Q36
Calorimetria — Equilíbrio Térmico entre Alumínio e Água
Um bloco de alumínio de massa $400\text{ g}$, inicialmente a $150^\circ\text{C}$, é colocado cuidadosamente em um recipiente contendo $200\text{ g}$ de água a $25^\circ\text{C}$. Considerando que não há troca de calor com o ambiente e que o calor específico do alumínio é $c_{Al}=0{,}21\text{ cal/g}{}^\circ\text{C}$ e o da água é $c_{H_2O}=1{,}0\text{ cal/g}{}^\circ\text{C}$, a temperatura de equilíbrio térmico do sistema será de aproximadamente:
Um experimento foi realizado para analisar como o calor se propaga em diferentes situações:
I. Um cubo metálico é aquecido em uma das faces e observa-se que a outra face também se aquece após certo tempo.
II. Um líquido é aquecido na base de um recipiente e surgem movimentos circulares no interior do fluido.
III. Uma pessoa sente calor ao se aproximar de uma fogueira, mesmo sem haver contato direto com o ar quente.
Com base nesses experimentos, identifique corretamente os processos predominantes de propagação do calor em cada situação.
a)I – Convecção; II – Condução; III – Irradiação.
b)I – Condução; II – Convecção; III – Irradiação.
c)I – Condução; II – Condução; III – Irradiação.
d)I – Convecção; II – Convecção; III – Irradiação.
e)I – Irradiação; II – Condução; III – Irradiação.
No item I, o calor se propaga de partícula a partícula dentro do sólido, sem transporte de matéria: é condução. No item II, o aquecimento do fluido gera diferenças de densidade que produzem correntes de massa (movimentos circulares): é convecção. No item III, o calor chega à pessoa sem contato direto e sem meio material entre a fonte e o observador, por meio de ondas eletromagnéticas: é irradiação.
Alternativa correta: B
Q38
Energia — Célula a Combustível de Hidrogênio
O professor Cauê comprou um patinete elétrico para ir trabalhar na UFMS. Ligado na transição energética para matrizes sustentáveis, ele instalou uma célula a combustível de hidrogênio para alimentar o motor do patinete. No trajeto de sua casa para o trabalho, o patinete operou com potência elétrica constante de $400\text{ W}$ durante $6$ minutos. Sabe-se que, na reação química global, $1\text{ mol}$ de $H_2$ libera $285\text{ kJ}$ de energia química e que a célula converte apenas $50\%$ dessa energia em energia elétrica útil.
Assim, a massa de hidrogênio consumida, aproximadamente, nesse trajeto foi de: (Dado: massa molar do $H_2=2\text{ g/mol}$)
Eletrodinâmica — Associação de Resistores em Circuito Misto
Quatro lâmpadas de filamento idênticas K, L, M e N, que se comportam como resistores ideais, estão conectadas no circuito elétrico mostrado na figura. Qual das alternativas descreve corretamente o que ocorrerá se a lâmpada M queimar?
Circuito elétrico com as lâmpadas K, L, M e N.
a)Todas as lâmpadas apagam.
b)A lâmpada N apaga, mas pelo menos uma outra permanece acesa.
Observando o circuito, a lâmpada N está em série com a associação em paralelo formada pela lâmpada K e pelo ramo em série L–M. Sendo $r$ a resistência de cada lâmpada, a resistência equivalente do trecho paralelo, antes de M queimar, é:
$R_{par}=\dfrac{r\cdot(2r)}{r+2r}=\dfrac{2r}{3}$.
Quando M queima, o ramo L–M (que estava em série) abre, deixando apenas a lâmpada K nesse trecho — a resistência do trecho paralelo passa a ser $r$, maior que $\tfrac{2r}{3}$.
Como a resistência total do circuito aumenta, a corrente total (que passa por N) diminui — mas não se anula, pois o circuito continua fechado através de K. Logo, a lâmpada N fica mais fraca, porém não apaga.
Alternativa correta: E
Q40
Eletrodinâmica — Potência Elétrica em Circuito com Motor
Um circuito em série é composto por uma bateria ideal, um resistor de $10{,}0\ \Omega$ e um motor elétrico de resistência desprezível, como mostrado na figura. Quando a corrente no circuito é de $2{,}0\text{ A}$, o motor eleva uma massa de $1{,}0\text{ kg}$ verticalmente, com velocidade constante de $2{,}0\text{ m/s}$. Despreze as massas da corda e do carretel; considere a aceleração da gravidade igual a $10{,}0\text{ m/s}^2$.
Nessas condições, a potência elétrica fornecida pela bateria é igual a:
Circuito com bateria, resistor e motor elevando a massa.
Como o motor tem resistência desprezível (não dissipa energia por efeito Joule), toda a potência elétrica fornecida pela bateria se converte em potência no resistor mais potência mecânica útil do motor:
