O advento da Revolução Industrial está relacionado com o desenvolvimento científico ocorrido na área da termodinâmica entre o final do século XVIII e início do século XIX, particularmente no que diz respeito ao funcionamento das máquinas térmicas. Sobre tais máquinas, julgue os itens.
0 — Verdadeiro. Uma máquina térmica troca energia com o meio na forma de calor e trabalho.
1 — Verdadeiro. O funcionamento é descrito por ciclos termodinâmicos, com retorno do sistema de operação ao estado inicial.
2 — Falso. O refrigerador é uma máquina térmica operando de forma inversa: recebe trabalho para transferir calor da região fria para a quente.
3 — Verdadeiro. No tratamento adotado pela questão, os três sistemas realizam trocas de calor e trabalho com o meio.
A evolução da Física pode ser dividida em três grandes períodos históricos — Física Pré-Científica, Física Clássica e Física Moderna. Sobre tais períodos, julgue os itens.
0 — Falso. As leis de Newton são pilares da Física Clássica.
1 — Falso. Teoria Quântica e Relatividade pertencem à Física Moderna.
2 — Verdadeiro. A consolidação entre os séculos XVI e XIX corresponde ao núcleo da Física Clássica.
3 — Verdadeiro. Platão e Aristóteles são referências do período pré-científico.
Em relação à Primeira Lei da Termodinâmica, julgue os itens.
0 — Falso. Convertendo calor para joules, $200\text{ cal}$ correspondem a aproximadamente $840\text{ J}$. Se o sistema realiza $200\text{ J}$ de trabalho, $\Delta U\approx840-200=640\text{ J}$.
1 — Falso. A Primeira Lei expressa conservação de energia. Na convenção em que $\tau$ é o trabalho recebido pelo sistema, $\Delta U=Q+\tau$.
2 — Verdadeiro. $Q\approx-210\text{ J}$ e $\tau=+150\text{ J}$, logo $\Delta U\approx-60\text{ J}$.
3 — Verdadeiro. Calor e trabalho são formas de transferência de energia e têm dimensão de energia.
Vários são os fenômenos relacionados ao corpo humano que têm uma descrição física. Entre eles há os de natureza térmica, elétrica, óptica, ondulatória e mecânica. Sobre esses fenômenos, julgue os itens.
0 — Verdadeiro. O sistema óptico do olho é convergente e forma na retina uma imagem real e invertida.
1 — Falso. O som é uma onda mecânica, não eletromagnética.
2 — Verdadeiro. A vibração das pregas vocais produz variações de pressão que se propagam como ondas sonoras.
3 — Falso. Pela relação análoga $\Phi=\dfrac{\Delta p}{R}$, mantendo a diferença de pressão, o aumento da resistência diminui o fluxo.
O gráfico abaixo representa o comportamento de determinada grandeza física em função do tempo, em segundos. A partir da interpretação do gráfico, julgue os itens.
0 — Falso. A amplitude diminui com o tempo.
1 — Verdadeiro. O intervalo entre máximos sucessivos é aproximadamente $10\text{ s}$, logo $f=1/T\approx0,1\text{ Hz}$.
2 — Verdadeiro. O gráfico é característico de uma oscilação amortecida por forças dissipativas.
3 — Verdadeiro. A redução da amplitude traduz perda progressiva de energia mecânica.
Na figura abaixo, um corpo com massa igual a $1\text{ kg}$, movendo-se da esquerda para a direita, passa pelo ponto A com velocidade de $20\text{ m/s}$. Para atingir o ponto C, o corpo deverá subir e descer a elevação cujo ponto mais alto é B, situado a $6,75\text{ m}$ acima do nível de A e C. Admitindo-se que o corpo perde energia devido ao atrito somente durante a subida, julgue os itens.
Em A, $E_{mA}=\dfrac{mv_A^2}{2}=\dfrac{1\cdot20^2}{2}=200\text{ J}$.
0 — Falso. Com atrito, a energia mecânica do corpo não permanece constante.
1 — Falso. O trabalho do atrito depende do deslocamento ao longo da trajetória, não simplesmente da altura.
2 — Verdadeiro. Tomando $g\approx10\text{ m/s}^2$, $E_{pB}=mgh=1\cdot10\cdot6,75=67,5\text{ J}$.
3 — Falso. Perder $10\%$ de $200\text{ J}$ deixa $180\text{ J}$. Como a descida é sem atrito, em C: $\dfrac{v_C^2}{2}=180$, então $v_C=\sqrt{360}\approx19\text{ m/s}$.
É um fato conhecido da ciência que asteroides presentes no sistema solar eventualmente passam próximos à Terra, havendo inclusive possibilidade de colisão. Considere que um asteroide cuja velocidade em relação à Terra seja de $10\text{ km/s}$ se choque com nosso planeta. Supondo que esse asteroide seja esférico, com raio de $3\text{ km}$ e densidade de $10\text{ g/cm}^3$, julgue os itens.
A densidade é $10^4\text{ kg/m}^3$ e o volume do asteroide é $V=\dfrac{4}{3}\pi(3\times10^3)^3\approx1,13\times10^{11}\text{ m}^3$. Assim, $m\approx1,13\times10^{15}\text{ kg}$.
Sua energia cinética é $E_c=\dfrac{mv^2}{2}\approx5,7\times10^{22}\text{ J}$.
0 — Verdadeiro. Esse valor é muitas ordens de grandeza acima de $20.000\text{ J}$ por pessoa por dia, mesmo multiplicado pela população humana.
1 — Verdadeiro. $5,7\times10^{22}/10^{16}\approx5,7\times10^6$ bombas.
2 — Falso. Só a vaporização de $10^{18}\text{ m}^3$ de água exigiria energia da ordem de $10^{27}\text{ J}$.
3 — Falso. A massa da Terra é cerca de $6\times10^{24}\text{ kg}$; a razão entre as massas é ínfima, impossibilitando alteração de $10\%$ em sua velocidade.
No interior de um balão de borracha são colocados $100\text{ mol}$ de hélio. O balão é solto na atmosfera, estando sujeito a uma força de empuxo. Sobre a aplicação das leis da Física pertinentes a essa situação, julgue os itens.
0 — Verdadeiro. Pela equação $pV=nRT$, com $T=300\text{ K}$ e $p\approx10^5\text{ Pa}$: $V\approx2,49\text{ m}^3\approx2.500\text{ L}$.
1 — Verdadeiro. Pelo princípio de Arquimedes, $E=\rho_{ar}Vg=m_{ar\ deslocado}g$.
2 — Verdadeiro. Mantendo $n$ e $p$, $V\propto T$; como $E=\rho_{ar}Vg$, o empuxo cresce com o volume e, portanto, com a temperatura interna nessas condições.
3 — Falso. Em mesmas condições de pressão e temperatura, iguais quantidades em mol ocupam o mesmo volume. O hélio sobe por ter massa específica menor que a do ar.
Na figura abaixo é representado um desenho esquemático que retrata um projeto possível de um aparelho de televisão. O conjunto possui um filamento aquecido como fonte de elétrons, um potencial acelerador e placas que desviam o feixe por um campo elétrico perpendicular à trajetória original. Sobre os princípios físicos envolvidos, julgue os itens.
0 — Falso. Os elétrons são emitidos pelo filamento do próprio tubo; a emissora fornece o sinal que controla o feixe.
1 — Falso. Para um elétron sofrer força para cima, o campo elétrico deve apontar para baixo. Isso requer placa superior positiva e placa inferior negativa.
2 — Falso. O vácuo é necessário principalmente para reduzir colisões dos elétrons com moléculas do ar, não para isolamento térmico.
3 — Verdadeiro. A aceleração e o desvio do feixe por campos elétricos são compatíveis com o eletromagnetismo clássico.
O termo meia-vida refere-se ao intervalo de tempo em que a quantidade original de um dado elemento radioativo é reduzida à metade. A partir dessa definição, julgue os itens.
0 — Verdadeiro. Para a mesma quantidade inicial, menor meia-vida implica maior constante de decaimento e maior atividade.
1 — Falso. $90\text{ anos}$ correspondem a três meias-vidas: $N=N_0(1/2)^3=N_0/8$.
2 — Verdadeiro. Milhares de anos representam uma fração muito pequena de uma meia-vida de bilhões de anos.
3 — Falso. A atividade é $A=\lambda N$ e depende também do número $N$ de núcleos radioativos.
Em relação ao funcionamento de um aparelho de televisão, considere: o tempo médio necessário para o acendimento de um pixel é igual ao tempo gasto pelo elétron entre o potencial acelerador e o alvo; a velocidade é constante nesse trecho; a distância média é $50\text{ cm}$; a energia cinética adquirida é $q\Delta V$, com $q=1,5\times10^{-19}\text{ C}$ e $\Delta V=300\text{ V}$; a massa do elétron é $9\times10^{-31}\text{ kg}$; e a tela possui $800$ colunas e $500$ linhas. Calcule quantas vezes por segundo os elétrons devem varrer a tela.
A energia cinética adquirida é $E_c=q\Delta V=1,5\times10^{-19}\cdot300=4,5\times10^{-17}\text{ J}$.
Como $E_c=\dfrac{mv^2}{2}$, $v=\sqrt{\dfrac{2E_c}{m}}=\sqrt{10^{14}}=10^7\text{ m/s}$.
O tempo para um pixel é $t=\dfrac{0,50}{10^7}=5\times10^{-8}\text{ s}$.
A tela tem $800\cdot500=4\times10^5$ pixels. Assim, o tempo de uma varredura é $T=4\times10^5\cdot5\times10^{-8}=2\times10^{-2}\text{ s}$.
Logo, $f=1/T=50\text{ s}^{-1}$.
Um feixe de luz incide sobre um bloco de vidro fazendo um ângulo de $60^\circ$ com a normal. O feixe contém luz de duas cores. O índice de refração do vidro para uma cor é $\dfrac{\sqrt6}{2}$ e para a outra é $\sqrt3$, e o índice de refração do ar é $1$. Calcule o valor do ângulo, em graus, entre os raios refratados. Dados: $\sin30^\circ=\dfrac12$, $\sin45^\circ=\dfrac{\sqrt2}{2}$ e $\sin60^\circ=\dfrac{\sqrt3}{2}$.
Pela lei de Snell, $n_{ar}\sin i=n_{vidro}\sin r$.
Para $n_1=\dfrac{\sqrt6}{2}$: $\sin r_1=\dfrac{\sqrt3/2}{\sqrt6/2}=\dfrac{1}{\sqrt2}=\sin45^\circ$, logo $r_1=45^\circ$.
Para $n_2=\sqrt3$: $\sin r_2=\dfrac{\sqrt3/2}{\sqrt3}=\dfrac12=\sin30^\circ$, logo $r_2=30^\circ$.
O ângulo entre os raios refratados é $45^\circ-30^\circ=15^\circ$.
A massa da Terra pode ser medida por meio de observações astronômicas. A Lua move-se em torno da Terra num período de $27\text{ dias}$ e está a uma distância média de $3,8\times10^5\text{ km}$. Considere $G=6,7\times10^{-11}\text{ m}^3\text{s}^{-2}\text{kg}^{-1}$. Calculando, em kg, o valor da massa da Terra e expressando-o em notação científica, qual o valor do expoente da potência de dez?
A força gravitacional fornece a força centrípeta: $\dfrac{GMm}{r^2}=\dfrac{mv^2}{r}$.
Com $v=\dfrac{2\pi r}{T}$, resulta $M=\dfrac{4\pi^2r^3}{GT^2}$.
Usando $r=3,8\times10^8\text{ m}$ e $T=27\cdot24\cdot3600\text{ s}$, obtém-se $M\approx6,0\times10^{24}\text{ kg}$.
Portanto, o expoente é 24.
Um móvel realiza um movimento uniformemente variado. Sua velocidade varia com o tempo conforme o gráfico. Calcule, em $\text{m/s}$, o valor de $V_x$.
Como o movimento é uniformemente variado, o gráfico $v\times t$ é uma reta.
Usando os pontos $(1\text{ s},5\text{ m/s})$ e $(3\text{ s},9\text{ m/s})$, a aceleração é $a=\dfrac{9-5}{3-1}=2\text{ m/s}^2$.
De $t=3\text{ s}$ para $t=4\text{ s}$, a velocidade aumenta $2\text{ m/s}$. Logo, $V_x=9+2=11\text{ m/s}$.
Na figura abaixo é representada uma associação de capacitores. Sendo $Q$ a carga total armazenada, em Coulomb, calcule $Q\times10^4$.
Os três capacitores de $6\mu\text{F}$, $2\mu\text{F}$ e $4\mu\text{F}$ estão em paralelo.
Assim, $C_{eq}=6+2+4=12\mu\text{F}=12\times10^{-6}\text{ F}$.
Com $V=100\text{ V}$: $Q=C_{eq}V=12\times10^{-6}\cdot100=1,2\times10^{-3}\text{ C}$.
Portanto, $Q\times10^4=1,2\times10^{-3}\times10^4=12$.
Uma espira de $0,5\text{ m}^2$ de área encontra-se colocada perpendicularmente às linhas de um campo magnético que varia entre $10\text{ T}$ e $4\text{ T}$ num intervalo de tempo de $0,5\text{ s}$. Determine o valor, em Volts, da fem induzida.
Com a espira perpendicular às linhas do campo, o fluxo magnético tem módulo $\Phi=BA$.
Pela lei de Faraday, $|\varepsilon|=\dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}=\dfrac{A|\Delta B|}{\Delta t}$.
Logo, $|\varepsilon|=\dfrac{0,5\cdot|4-10|}{0,5}=6\text{ V}$.
Como a resposta do Tipo B é registrada com dois algarismos: 06.