Provas Anteriores | UEPA 2014 — 3ª Etapa | Física

Eletricidade — Capacitores — Permissividade elétrica da mica

Um componente elétrico utilizado tanto na produção como na detecção de ondas de rádio, o capacitor, pode também ser útil na determinação de uma grandeza muito importante do eletromagnetismo: a permissividade elétrica de um meio. Para isso, um estudante, dispondo de um capacitor de placas paralelas, construído com muita precisão, preenche a região entre as placas com uma folha de mica de $1{,}0\ \text{mm}$ de espessura e registra, com um medidor de capacitância, um valor de $0{,}6\ \text{nF}$. Sabendo-se que as placas são circulares, com diâmetro igual a $20\ \text{cm}$, afirma-se que a permissividade elétrica da mica, em unidades do S.I., é igual a:

Dados: Adote $\pi=3$; $1\ \text{nF}=10^{-9}\ \text{F}$

a)$2\times10^{-12}$

b)$4\times10^{-12}$

c)$10\times10^{-10}$

d)$20\times10^{-12}$

e)$25\times10^{-11}$

Gabarito preliminar

Resolução

Capacitor de placas paralelas: $C=\dfrac{\varepsilon A}{d}$, com $A=\pi R^{2}=3\cdot(0{,}10)^{2}=0{,}03\ \text{m}^2$ e $d=1{,}0\times10^{-3}\ \text{m}$.

$\varepsilon=\dfrac{C\,d}{A}=\dfrac{0{,}6\times10^{-9}\cdot10^{-3}}{0{,}03}=2\times10^{-11}=20\times10^{-12}\ \text{F/m}$.

Alternativa correta: d)

Eletricidade — Eletromagnetismo — Eletroímã do telégrafo

Parafuso de ferro enrolado por um fio ligado a uma pilha; a extremidade da ponta é B e a da cabeça é A; o polo positivo da pilha está à direita, ligado ao lado de A

Um dos primeiros sistemas de comunicação a utilizar eletricidade, o telégrafo, fazia uso de um código de sinais, transmitido a distância, e era constituído por um eletroímã alimentado por corrente contínua, como mostrado na figura abaixo. Hoje é um tipo de tecnologia inteiramente superado, embora os eletroímãs continuem tendo ainda um grande número de aplicações. Para o eletroímã mostrado abaixo, se a pilha fornecer corrente para a bobina, afirma-se que:

a)a região A se comporta como um polo sul magnético, e a região B como um polo norte magnético.

b)as linhas de indução do campo magnético no interior da bobina estão orientadas no sentido de B para A.

c)o campo magnético produzido não depende da diferença de potencial aplicada pela pilha na bobina.

d)associando-se em paralelo com a pilha mostrada, outra idêntica, com a mesma polaridade, o campo magnético produzido duplicará.

e)aproximando-se um pedaço de ferro da extremidade A, ele será atraído, e da extremidade B, ele será repelido.

Gabarito preliminar

Resolução

Pela figura, o terminal positivo da pilha (à direita) está ligado ao lado de A; a corrente convencional entra pela região A e percorre a bobina em direção a B. Pela regra da mão direita, as linhas de indução, no interior da bobina, vão de A para B: saem pela extremidade B (polo norte) e entram por A (polo sul).

(a) Verdadeira, de acordo com o sentido do enrolamento mostrado na figura.

(b) No interior da bobina, as linhas vão de A para B. Falsa.

(c) $B=\mu\dfrac{N}{L}\,i$ e $i=\dfrac{U}{R}$: o campo depende da tensão aplicada. Falsa.

(d) Pilhas idênticas associadas em paralelo mantêm a mesma tensão: a corrente na bobina, e portanto o campo, não duplicam. Falsa.

(e) O ferro é atraído por qualquer um dos polos. Falsa.

Ressalva: o sentido do campo (e, portanto, qual extremidade é norte) depende do sentido do enrolamento e da polaridade da pilha, lidos apenas na figura. Pela leitura que fiz da figura, A é sul, o que concorda com o gabarito preliminar (A).

Alternativa correta: a)

Óptica — Lentes esféricas — Olho mágico

Esquema de um olho mágico instalado em uma porta, com a lente na parte de dentro

Fonte: http://www.timmer.com.br/img

A figura abaixo mostra um visor de porta (olho mágico) bastante comum em portas de residências, o qual utiliza uma lente do mesmo tipo daquela que é usada em óculos para corrigir a miopia. Ao observar uma pessoa do lado de fora da residência, através deste dispositivo, o morador afirma que:

a)a imagem observada pode ser maior ou menor do que a pessoa.

b)quanto mais próxima da porta estiver a pessoa, menor será a imagem observada.

c)a imagem observada será sempre virtual e direita.

d)a ampliação linear da imagem será sempre positiva e maior do que 1.

e)a imagem observada será sempre real e do mesmo tamanho que a pessoa.

Gabarito preliminar

Resolução

Lentes para corrigir a miopia são divergentes. Uma lente divergente forma, para qualquer objeto real, imagem virtual, direita e menor que o objeto ($0<A<1$).

(a) Sempre menor. Falsa.

(b) Com $A=\dfrac{f}{f-p}$ e $f<0$, ao aproximar o objeto a imagem fica ligeiramente maior, não menor. Falsa.

(c) Verdadeira.

(d) A ampliação é positiva, mas menor que 1. Falsa.

(e) Falsa.

Alternativa correta: c)

Óptica — Espelhos esféricos — Espelho do dentista

Fotografia de um espelho de dentista diante dos dentes

Fonte: http://fisicantes.blogspot.com.br/

Num tratamento dentário é comum o odontólogo usar um pequeno espelho para observar as características do dente do paciente. Considere um dente de $0{,}8\ \text{cm}$ de altura, posicionado a $1{,}0\ \text{cm}$ de um espelho côncavo de distância focal igual a $5{,}0\ \text{cm}$. A partir dessas informações, o tamanho da imagem que o odontólogo consegue ver, em cm, é igual a:

a)0,6

b)0,8

c)1,0

d)1,2

e)1,4

Gabarito preliminar

Resolução

Objeto entre o foco e o vértice ($p=1{,}0<f=5{,}0$): imagem virtual e direita.

$\dfrac1{p\prime}=\dfrac1f-\dfrac1p=\dfrac15-1=-\dfrac45\ \Rightarrow\ p\prime=-1{,}25\ \text{cm}$.

$A=-\dfrac{p\prime}{p}=1{,}25\ \Rightarrow\ i=1{,}25\cdot0{,}8=1{,}0\ \text{cm}$.

Alternativa correta: c)

Física moderna — Efeito fotoelétrico — Potencial de corte

Esquema de uma célula fotoelétrica: catodo e anodo em uma ampola com bomba de vácuo, luz incidindo no catodo, fonte de tensão e amperímetro no circuito

A célula fotovoltaica e a célula fotoelétrica são dispositivos muito utilizados na eletrônica, seja em circuitos de controle de portas automáticas, postes de luz e alarmes de incêndio, seja como fonte alternativa de energia elétrica, caso em que são chamados de células solares. A figura abaixo mostra um esquema simplificado de uma célula fotoelétrica cujo anodo é feito de um material com função trabalho igual a $3{,}0\ \text{eV}$. O comprimento de onda da luz incidente na placa é $155\ \text{nm}$. Nessas condições, a diferença de potencial mínima que deve ser aplicada para que a corrente observada no amperímetro seja nula, em V, é igual a:

Dados: $hc=1240\ \text{eV}\cdot\text{nm}$; $1\ \text{nm}=10^{-9}\ \text{m}$

a)3

b)5

c)7

d)9

e)11

Gabarito preliminar

Resolução

Energia do fóton: $E=\dfrac{hc}{\lambda}=\dfrac{1240}{155}=8\ \text{eV}$.

Energia cinética máxima dos fotoelétrons: $E_c=E-\phi=8-3{,}0=5\ \text{eV}$.

A corrente se anula quando a tensão de corte $V_0$ satisfaz $eV_0=E_c$:

$V_0=\dfrac{5\ \text{eV}}{e}=5\ \text{V}$.

Alternativa correta: b)

Física moderna — Quantização da energia — Número de fótons do laser

Leia o Texto XIII para responder a questão 36.

Texto XIII

O tratamento cirúrgico dos cálculos de rim e ureter, recentemente em nosso meio, adicionou uma importante e efetiva forma de fragmentação dos cálculos, com o advento do raio laser.

Fonte: http://www.minhavida.com.br/saude/materias/3762-laser-em-calculos-renais-e-ureterais.

Neste tipo de cirurgia, pulsos de laser de $16\ \text{ms}$, com potência de $20\ \text{W}$ e comprimento de onda de $620\ \text{nm}$, incidem diretamente no cálculo, provocando sua fragmentação para tamanhos microscópicos. Sob essas condições, afirma-se que o número de fótons emitidos em cada pulso é igual a:

Dados: $hc=1240\ \text{eV}\cdot\text{nm}$; $1\ \text{nm}=10^{-9}\ \text{m}$; $1\ \text{eV}=1{,}6\times10^{-19}\ \text{J}$.

a)$10^{6}$

b)$10^{9}$

c)$10^{12}$

d)$10^{15}$

e)$10^{18}$

Gabarito preliminar

Resolução

Energia por pulso: $E_p=P\,\Delta t=20\cdot16\times10^{-3}=0{,}32\ \text{J}$.

Energia de um fóton: $E_f=\dfrac{1240}{620}=2\ \text{eV}=2\cdot1{,}6\times10^{-19}=3{,}2\times10^{-19}\ \text{J}$.

$n=\dfrac{E_p}{E_f}=\dfrac{0{,}32}{3{,}2\times10^{-19}}=10^{18}$ fótons.

Alternativa correta: e)

UEPA 2014 3ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova

Eletricidade — Capacitores — Permissividade elétrica da mica

Eletricidade — Eletromagnetismo — Eletroímã do telégrafo

Óptica — Lentes esféricas — Olho mágico

Óptica — Espelhos esféricos — Espelho do dentista

Física moderna — Efeito fotoelétrico — Potencial de corte

Física moderna — Quantização da energia — Número de fótons do laser