CESUPA 2018.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Dados da prova
CESUPA 2018.1 · 7 questões de Física · numeração do caderno original.
As respostas identificam quando há gabarito fornecido e quando decorrem da resolução. Inconsistências do original são explicadas nas resoluções.
Q16
Eletricidade — LEDs em série
Uma lâmpada LED, como a ilustrada na figura, é composta por 12 leds iguais ligados em série. Analise as afirmativas:
I – Se um led queimar, a lâmpada ficará inutilizada pois não passará corrente nos demais leds;
II – Se a lâmpada opera em DC com diferença de potencial de 24 V, cada led também está submetido a 24 V de d.d.p.;
III – Considerando que uma corrente de 0,1 A percorre o circuito composto apenas pelos 12 leds e que a lâmpada opera em DC de 24 V, a resistência de um único led será de 20 ohm. Marque a única alternativa verdadeira:
A)Todas as afirmativas estão corretas
B)Estão corretas apenas as afirmativas II e III
C)Está correta apenas a afirmativa III
D)Estão corretas apenas as afirmativas I e III
Resposta pela resolução — Método TEF
D
Resolução comentada
Em série, uma interrupção em qualquer LED impede a corrente em todo o ramo: I é verdadeira se a falha abrir o circuito. Para 12 LEDs idênticos, a tensão de 24 V se divide igualmente: 2 V por LED, tornando II falsa. A razão tensão/corrente no ponto de operação é $2/0{,}1=20$ Ω por LED: III é verdadeira. LEDs não são resistores ôhmicos, e uma falha em curto não inutilizaria o circuito da mesma maneira; o item pressupõe falha por interrupção.
Q17
Ondulatória — Conversão de velocidade
No método geofísico Radar de Penetração de Solo (GPR, em inglês), uma onda eletromagnética é emitida por um transmissor e, após percorrer algumas dezenas de centímetros no solo, ela é refletida e captada por um receptor. Neste método, a velocidade da onda eletromagnética no solo é dada em metros por nanossegundo (m/ns) e será menor que a velocidade da luz no vácuo (para efeitos práticos aqui considerada 300.000 km/s). Assim, adotando a velocidade da luz no vácuo como um parâmetro de medida, teremos o seu valor nesta unidade igual a
A)0,3 m/ns
B)3 m/ns
C)30 m/ns
D)300 m/ns
Resposta pela resolução — Método TEF
A
Resolução comentada
A velocidade da luz é $3\cdot10^8$ m/s. Como 1 s contém $10^9$ ns, $c=3\cdot10^8/10^9=0{,}3$ m/ns.
Q18
Termologia — Pressão de vapor
O princípio físico da panela de pressão é manter o vapor da água aprisionado na panela à medida que calor é fornecido ao sistema, mantendo-se o volume constante. Assim, ocorre um aumento da pressão e, consequentemente, aumento da temperatura de ebulição da água dentro dela. Quanto maior a pressão, maior a temperatura necessária para a ebulição, com o líquido podendo alcançar 120°C, cozinhando os alimentos mais rapidamente. Lembrando que a massa de vapor aumenta conforme a água é aquecida, qual dos gráficos abaixo melhor representa a variação da pressão do vapor com a temperatura, dentro da panela?
A)
B)
C)
D)
Resposta pela resolução — Método TEF
C
Resolução comentada
Enquanto há líquido e vapor em equilíbrio, a pressão de saturação cresce de forma não linear, cada vez mais rapidamente, com a temperatura. O gráfico C representa esse comportamento. Não se pode aplicar diretamente $P\propto T$ para uma massa fixa, pois a quantidade de vapor aumenta durante o aquecimento; além disso, a temperatura dessa relação ideal seria absoluta, em kelvin.
Q19
Mecânica — Distância de frenagem
Dois veículos trafegam em uma rodovia distantes 500 metros entre si. O veículo que vai à frente está a uma velocidade de 100 km/h quando freia repentinamente, com desaceleração de 10 km/h2 até parar totalmente. Qual a distância máxima que o segundo carro pode percorrer sem que haja colisão com o veículo que vai à frente?
A)1 km
B)500 m
C)2 km
D)1.500 m
Resposta pela resolução — Método TEF
Sem alternativa compatível
Resolução comentada
Mantendo as unidades impressas, $v_0=100$ km/h e $a=10$ km/h². A distância de frenagem é $d=v_0^2/(2a)=100^2/20=500$ km. Somando os 500 m iniciais, o segundo veículo teria um limite geométrico de 500,5 km antes da posição final do primeiro, sem considerar o movimento simultâneo e o modo de frenagem do segundo. Nenhuma alternativa coincide. Há provável erro na unidade ou no valor da desaceleração; trocar silenciosamente km/h² por outra unidade não é uma resolução válida. Mesmo supondo 10 m/s², a soma seria aproximadamente 539 m, ainda sem correspondência exata.
Q20
Mecânica — Equilíbrio com empuxo
Em uma piscina, uma criança tenta submergir uma prancha de isopor de alta densidade puxando-a para baixo com uma força de 50 N. Considerando que ela, no máximo afunde a metade da prancha, qual é a densidade do isopor, sabendo que seu volume total é igual 0,1 m3? (Densidade de água: 1000 kg/m3. Aceleração da gravidade: 10 m/s2)
A)200 kg/m3
B)900 kg/m3
C)45 kg/m3
D)450 kg/m3
Resposta pela resolução — Método TEF
D
Resolução comentada
Metade de 0,1 m³ está submersa, então $E=\rho_agua gV_s=1.000\cdot10\cdot0{,}05=500$ N. No equilíbrio, $E=P+50$, logo o peso da prancha é 450 N e sua massa 45 kg. A densidade é $45/0{,}1=450$ kg/m³.
Q21
Ondulatória — Efeito Doppler
Em uma corrida de Fórmula 1, um espectador está no centro de uma grande reta quando vê um carro se aproximar com velocidade igual a um terço da velocidade do som no ar (Var/3), emitindo um ruído com frequência de 2.000 Hz. Ele então percebe que o som, quando o carro se afasta, é diferente daquele ouvido enquanto o carro se aproximava de sua posição na arquibancada. Considerando a velocidade do carro constante, qual é a diferença entre as frequências do som percebidas pelo espectador?
A)200 Hz
B)1.500 Hz
C)3.000 Hz
D)500 Hz
Resposta pela resolução — Método TEF
B
Resolução comentada
Para observador parado e fonte movendo-se diretamente em sua direção, $f_{aprox}=f_0v/(v-v/3)=3f_0/2=3.000$ Hz. No afastamento, $f_{afast}=f_0v/(v+v/3)=3f_0/4=1.500$ Hz. A diferença é 1.500 Hz. O cálculo usa o modelo de movimento alinhado com o observador; em uma arquibancada lateral, a componente radial da velocidade varia perto da passagem.
Q22
Eletricidade — Rigidez dielétrica
Leia um trecho do artigo ¨Brasil: o país dos 100 milhões de raios¨ (site da Revista SuperInteressante, 31/06/2016): “Mas, afinal, como se formam as faíscas que vemos no horizonte quando se anuncia uma tempestade? Relâmpagos são gerados dentro de uma nuvem muito particular: a cumulonimbo, que se diferencia das outras por ser verticalmente mais extensa. Ela se forma a 2 quilômetros de altura do solo e se estende até 18 quilômetros acima. Tudo começa quando o ar quente e úmido próximo do solo se eleva na atmosfera (ele sobe porque é mais leve que o ar acima dele). À medida que vai subindo, esfria, até chegar ao topo da nuvem onde a temperatura é muito baixa, de 30 graus negativos. Resultado: o vapor de água que estava misturado ao ar quente transforma-se em granizo e começa a despencar para a base da nuvem. Na queda, vai se chocando com outras partículas menores, cristais de gelo principalmente. Os choques fazem o granizo e os cristais ficarem eletricamente carregados. As cargas negativas presas ao granizo vão para a base da nuvem. Já as positivas ficam nos cristais de gelo, mais leves, que tendem a subir com o ar quente que vem de baixo para o topo da nuvem. Ou seja, as cargas se separam: positivas em cima e negativas em baixo. Em dado momento, as cargas positivas e negativas atingem intensidade muito alta. É o que basta para o surgimento do relâmpago. Para equilibrar cargas tão diferentes, a eletricidade anda sozinha, sem fio nem nada, pelo ar. Em outras palavras: um raio não é nada mais que uma carga elétrica cruzando a atmosfera.” Marque a alternativa correta:
A)Para que ocorra a descarga elétrica na nuvem é necessária uma pequena diferença de potencial entre a base e o topo da mesma.
B)Para que o granizo e os cristais de gelo fiquem eletricamente carregados é necessário que ocorram choques elásticos entre eles, com conservação da energia mecânica.
C)A diferença de potencial necessária para que ocorra uma descarga deve ser grande o suficiente para romper a rigidez dielétrica do ar e este passe a se comportar como um condutor.
D)A separação das cargas estabelece um campo elétrico entre o topo e a base da nuvem, resultando na repulsão elétrica entre as duas regiões, devida às diferentes cargas.
Resposta pela resolução — Método TEF
C
Resolução comentada
A descarga ocorre quando o campo elétrico é suficientemente intenso para ionizar o ar e romper sua rigidez dielétrica, tornando possível a condução. Não exige colisões elásticas nem pequena diferença de potencial. Regiões com cargas de sinais contrários se atraem, contrariando D.
