FACI 2003.2 — Objetiva: Física com respostas e resolução

Q34

Mecânica — Gravitação — Energia e velocidade orbital

Satélites artificiais têm importante papel na pesquisa científica e na comunicação. Em guerras recentes, redes de satélites têm sido utilizadas também para orientar bombas a acertar alvos. Considere um satélite em órbita elíptica sujeito apenas à força gravitacional da Terra. Indique em quais das posições assinaladas o satélite experimenta, respectivamente, maior velocidade e maior energia potencial gravitacional.

Órbita elíptica com a Terra próxima de A e pontos B, C e D assinalados.

A)D e B

B)B e D

C)D e A

D)A e C

E)C e A

Resposta calculada — acervo Método TEF

Resolução comentada

O satélite atinge a maior velocidade no ponto mais próximo da Terra, A. Pela conservação da energia, sua velocidade diminui quando aumenta a distância.

A energia potencial é $U=-GMm/r$. Quanto maior a distância $r$, menos negativo e maior é seu valor. O ponto mais distante é C. Portanto, A e C: alternativa D.

Q35

Termologia — Gases e Termodinâmica — Compressão adiabática

Suponhamos que um gás seja comprimido adiabaticamente. Identifique se, durante o processo, há calor trocado entre o gás e o meio externo e, ainda, o que ocorre com a temperatura do gás.

A)não há troca de calor e ocorre diminuição da temperatura do gás.

B)há troca de calor e ocorre diminuição da temperatura do gás.

C)há troca de calor e ocorre aumento da temperatura do gás.

D)não há troca de calor e a temperatura do gás se mantém constante.

E)não há troca de calor e ocorre aumento da temperatura do gás.

Resposta calculada — acervo Método TEF

Resolução comentada

Uma transformação adiabática tem $Q=0$. Na compressão, o meio externo realiza trabalho sobre o gás, aumentando sua energia interna.

Para o gás ideal usual nesse modelo, a energia interna cresce com a temperatura. Portanto, não há troca de calor e a temperatura aumenta: alternativa E.

Q36

Física Moderna — Física Quântica — Energia do fóton

Na década de 40, durante a Segunda Guerra Mundial, o cientista Grote Reber detectou, num trabalho pioneiro, ondas de rádio vindas do sol. Estas ondas confundiam os radares ingleses e foram, inicialmente, consideradas como interferências geradas por estações alemãs antes dos ataques aéreos. Um dos receptores de Reber captava ondas de comprimento de, aproximadamente, 2 m. A energia de um fóton, associado ao comprimento de onda mencionado é, em joules, da ordem de:

Dados: velocidade da luz ≈ 3 × 10⁸ m/s; constante de Planck ≈ 6,0 × 10⁻³⁴ J·s.

A)10⁻⁸

B)10⁻³⁴

C)10⁻¹⁵

D)10⁻²⁰

E)10⁻²⁶

Resposta calculada — acervo Método TEF

E (expoente da notação científica; ver ressalva)

Resolução comentada

Ressalva editorial: Usar energia do fóton e interpretar a notação científica; a convenção de ordem de grandeza exige ressalva.

$E=hf=hc/\lambda=(6{,}0\times10^{-34})(3\times10^8)/2=9\times10^{-26}\ \mathrm{J}$.

A alternativa E representa o expoente do valor escrito em notação científica, que é a interpretação pretendida pelas opções. Pela convenção de ordem de grandeza como a potência de dez mais próxima, o resultado seria $10^{-25}\ \mathrm{J}$, ausente das alternativas.

Q37

Magnetismo — Força Magnética — Força magnética sobre cargas

Durante a Guerra Fria, as conquistas espaciais foram utilizadas como propaganda política pelos Estados Unidos e pela União Soviética. Um dos perigos que o homem enfrenta ao explorar o espaço é a exposição à radiação cósmica. Tal radiação consiste de prótons e outros núcleos atômicos. Se todas as partículas que vêm do espaço incidissem sobre a superfície da Terra, os seres humanos sofreriam danos à saúde. Felizmente somos afortunados pelo fato de que essas partículas são desviadas pelo campo magnético da Terra. Considere um feixe de prótons atravessando um campo magnético, conforme mostrado na figura abaixo.

Prótons entram na direção −y entre o polo norte inferior e o polo sul superior, com campo no sentido +z.

Indique qual dos gráficos a seguir melhor representa o comportamento do feixe no campo magnético gerado pelo ímã.

Resposta calculada — acervo Método TEF

Resolução comentada

Entre os polos, o campo vai do norte para o sul: no esquema, aponta para $+z$. Os prótons possuem carga positiva e entram com velocidade na direção $-y$.

Pela regra da mão direita em $\vec F=q\vec v\times\vec B$, $(-\hat y)\times\hat z=-\hat x$. O feixe deve curvar-se para o sentido negativo de x em um campo +z. Isso corresponde à alternativa C.

Q38

Ondulatória — Acústica — Efeito Doppler na reflexão

Inspirado pelo sucesso dos sonares anti-submarinos usados durante a Segunda Guerra Mundial, o obstetra britânico Ian Donald começou a usar sons de alta freqüência para examinar fetos em mulheres grávidas. A técnica de ultra-som, que evita os riscos provenientes do uso de raio X, passou então a ser largamente utilizada em obstetrícia e outras aplicações médicas. Tal técnica permite “enxergar” as batidas de coração de um feto com apenas 11 semanas de vida. Considere como um modelo simplificado uma esfera imersa em um líquido, cujo raio oscila, aumentando e diminuindo de tamanho. Imagine uma fonte de ultra-som, conforme mostrado na figura a seguir:

Fonte de ultrassom à direita de uma esfera que aumenta e diminui de raio em um líquido.

Sobre o ultra-som refletido pela esfera, pode-se dizer que:

A)O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver comprimindo, será refletido com freqüência maior. Por sua vez, enquanto estiver dilatando, o ultra-som refletido retornará com freqüência menor.

B)O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver dilatando, será refletido com freqüência maior. Por sua vez, enquanto estiver comprimindo, o ultra-som refletido retornará com freqüência menor.

C)A freqüência do ultra-som refletido independe de o raio da esfera estar diminuindo ou aumentando.

D)O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver comprimindo, será refletido com freqüência menor e, enquanto estiver dilatando, o ultra-som refletido também retornará com freqüência menor.

E)O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver comprimindo, será refletido com freqüência maior e, enquanto estiver dilatando, o ultra-som refletido também retornará com freqüência maior.

Resposta calculada — acervo Método TEF

Resolução comentada

Ao dilatar, a superfície da esfera voltada para a fonte aproxima-se dela. O eco retorna com frequência maior. Ao comprimir, essa superfície se afasta da fonte, e o eco tem frequência menor. Esse efeito Doppler na reflexão corresponde à alternativa B.