UEPA 2015 2ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

PROSEL 2015 / PRISE Subprograma XVII · Física · questões 36 a 42

Enunciados e alternativas fiéis ao documento oficial da UEPA, com as figuras originais. As resoluções foram acrescentadas separadamente.

Dados da prova

Prova: PROSEL 2015 / PRISE Subprograma XVIIEtapa: 2ªAplicação: 17/11/2014Física: Q36 a 42
1ª Etapa2ª Etapa3ª Etapa
36

Mecânica — Hidrostática — Princípio de Pascal com seringas

Leia o texto XIII para responder à questão 36.

Texto XIII

Durante uma aula sobre fluidos, o professor ilustra um importante princípio físico através de um experimento, conforme a figura abaixo. No êmbolo da seringa maior é apoiado um bloco de 150 g.

Duas seringas ligadas por uma mangueira: a seringa menor, A, à esquerda, e a seringa maior, B, à direita, com um bloco apoiado no êmbolo de B

Ao ser pressionado, o êmbolo da seringa A desloca-se, muito lentamente, de $3\ \text{cm}$, enquanto que o êmbolo da seringa B desloca-se de $2\ \text{cm}$, elevando o bloco. Com relação a essa situação, são feitas as seguintes afirmações:

Dado: aceleração da gravidade $=10\ \text{m/s}^2$

I. A força exercida pelo professor no êmbolo da seringa A é igual a 2/3 do peso do bloco.

II. O trabalho realizado pelo professor, ao empurrar o êmbolo, é igual a $0{,}03\ \text{J}$.

III. A pressão exercida pelo bloco no êmbolo da seringa B é maior que a pressão exercida pelo professor no êmbolo da seringa A.

IV. O trabalho realizado pelo professor no êmbolo da seringa A é igual a 2/3 do trabalho realizado pela força peso no bloco.

A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é:

a)I e II
b)I e III
c)II e III
d)II e IV
e)III e IV

Gabarito oficial definitivo

a)
Resolução

O líquido é incompressível: os volumes deslocados são iguais, $A_A\cdot3=A_B\cdot2\Rightarrow\dfrac{A_A}{A_B}=\dfrac23$. Peso do bloco: $P=0{,}150\cdot10=1{,}5\ \text{N}$.

I — correta. Pelo princípio de Pascal, $\dfrac{F_A}{A_A}=\dfrac{P}{A_B}\Rightarrow F_A=\dfrac23P=1{,}0\ \text{N}$.

II — correta. $W=F_A\,d_A=1{,}0\cdot0{,}03=0{,}03\ \text{J}$.

III — falsa. A pressão é a mesma nos dois êmbolos (Pascal); não é maior no lado de B.

IV — falsa. O trabalho do peso no bloco é $P\,d_B=1{,}5\cdot0{,}02=0{,}03\ \text{J}$, igual ao do professor (não $2/3$ dele).

Ressalva: a resolução despreza o peso do êmbolo e da mangueira e o atrito (movimento “muito lentamente”, como diz o enunciado).

Alternativa correta: a)

37

Mecânica — Hidrostática — Empuxo no baiacu

Leia o Texto XIV para responder à questão 37.

Texto XIV

O termo baiacu é usado para designar as diversas espécies de peixe capazes de inflar o corpo quando se sentem ameaçados por predadores, de modo a parecer muito maiores do que de fato são. O processo começa com o peixe engolindo uma grande quantidade de água, que vai se armazenando no estômago. Como esse órgão é muito elástico, ele infla como um balão, deixando o baiacu até três vezes maior que seu tamanho normal, com um formato aproximadamente esférico.

Fonte: http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-o-baiacu-infla

Com relação a essa situação, são feitas as seguintes afirmações:

I. Admitindo que o baiacu ingira apenas água, o aumento no valor do empuxo exercido no peixe é balanceado pelo aumento no seu peso, e ele se manterá no mesmo nível de profundidade.

II. Devido ao aumento de volume, a densidade média do baiacu diminui para 1/3 do valor original.

III. Se o baiacu for retirado da água e engolir ar, ao ser colocado de volta à água, passará a flutuar com parte do seu corpo fora da superfície do líquido.

IV. Devido ao aumento no seu peso causado pela ingestão de água, o baiacu afunda.

A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é:

a)I e II
b)I e III
c)II e III
d)II e IV
e)III e IV

Gabarito oficial definitivo

b)
Resolução

I — correta. O volume deslocado aumenta com o inchaço e, com ele, o empuxo; o peso aumenta com a água ingerida. Como o que entra é água (densidade igual à do meio), o peixe permanece em equilíbrio no mesmo nível.

II — falsa. Ao ingerir água, a massa também aumenta; a densidade média não cai a $1/3$ (a água ingerida tem densidade da água).

III — correta. Ao engolir ar, o volume aumenta praticamente sem aumento de massa; a densidade média fica menor que a da água e o peixe flutua com parte do corpo fora do líquido.

IV — falsa. O aumento de peso é compensado pelo aumento do empuxo (item I); ele não afunda.

Alternativa correta: b)

38

Termologia — Calorimetria — Aquecimento solar de água

Leia o Texto XV para responder à questão 38.

Texto XV

Através de placas de captação instaladas sobre o telhado, é possível usar a energia solar no aquecimento de água, tanto para uso doméstico quanto para uso comercial que requeiram pequenos ou grandes volumes de água aquecidos a até 70°C.

(Fonte: http://www.ecocasa.com.br/solucoes-para-construcao-sustentavel-da-ecocasa.asp)

Considere a situação em que o equipamento descrito no Texto XV seja utilizado para aquecer $300\ \text{L}$ de água por dia, de modo a garantir o abastecimento de uma família de 4 pessoas. Admitindo que a potência absorvida pelas placas captadoras seja de $3\ \text{kW}$ e que seja inteiramente utilizada para o aquecimento da água, o tempo necessário para o equipamento aquecer a água contida no reservatório de $5^{\circ}\text{C}$ até $65^{\circ}\text{C}$ é, em h, igual a:

Dados: calor específico da água $=4200\ \text{J/kg}\cdot^{\circ}\text{C}$
massa específica da água $=1\ \text{kg/L}$

a)3
b)4
c)5
d)6
e)7

Gabarito oficial definitivo

e)
Resolução

$m=300\ \text{kg}$. $Q=mc\Delta\theta=300\cdot4200\cdot60=7{,}56\times10^{7}\ \text{J}$.

$\Delta t=\dfrac{Q}{P}=\dfrac{7{,}56\times10^{7}}{3000}=25\,200\ \text{s}=7\ \text{h}$.

Alternativa correta: e)

39

Termologia — Propagação de calor — Super Cooler

Leia o Texto XVI para responder à questão 39.

Texto XVI

O que normalmente se faz para gelar uma bebida é deixá-la em contato com uma fonte fria. Esse tipo de processo é lento, pois depende de propriedades da matéria e da diferença de temperatura entre a bebida e a fonte fria. Pensando em agilizar o processo de resfriamento, dois estudantes brasileiros lançaram um projeto que gela latas de bebidas em até dois minutos. O Super Cooler é um dispositivo que, ao ser acoplado às latas e acionado, faz com que as mesmas girem em alta velocidade (mantendo contato com o gelo), fazendo com que o conteúdo da lata se resfrie desde a parede até o centro.

Lata acoplada ao dispositivo Super Cooler, em contato com gelo

(Fonte: www.techtudo.com.br, com adaptações)

O(s) processo(s) de resfriamento predominante(s) para gelar as latas utilizando esse dispositivo são:

a)condução e condensação
b)condensação e convecção
c)condução e convecção
d)irradiação e condução
e)convecção e irradiação

Gabarito oficial definitivo

c)
Resolução

A lata gira em contato com o gelo: o calor passa da lata para o gelo e da bebida para a parede da lata por condução. Com a rotação, o líquido no interior da lata é agitado, o que acelera a troca de calor entre a parede e o centro por convecção (movimento do fluido). Irradiação e condensação não são os processos predominantes.

Alternativa correta: c)

40

Ondulatória — Ondas em cordas — Cordas do violino

Leia o Texto XVII para responder à questão 40.

Texto XVII

O violino é um instrumento que sempre cativou os físicos e, entre os de maior destaque, podemos citar Albert Einstein (1879-1955), estudioso das grandes composições de música clássica. Tal instrumento, para adultos, costuma medir 60 cm ou até mais. Suas 4 cordas possuem as seguintes frequências de afinação: Sol3: 196 Hz, Re4: 293,66 Hz, Lá4: 440 Hz e Mi5: 659,26 Hz.

[A prova traz aqui uma fotografia de Albert Einstein tocando violino, omitida nesta página; não faz parte dos dados da questão.]

(Fonte da imagem: Reprodução/Biography)

Considerando que as partes vibrantes das cordas de um violino para adultos tenham $40\ \text{cm}$ de comprimento e que as mesmas vibrem no primeiro modo de vibração, as velocidades de propagação de uma onda para as cordas afinadas em Sol3 e Mi5 serão, em m/s, respectivamente iguais a:

a)156,8 e 352,8
b)234,9 e 527,4
c)440,2 e 156,8
d)186,4 e 156,8
e)156,8 e 527,4

Gabarito oficial definitivo

e)
Resolução

Primeiro harmônico de corda fixa nas duas pontas: $L=\dfrac{\lambda}{2}\Rightarrow v=\lambda f=2Lf$, com $L=0{,}40\ \text{m}$.

$v_{Sol_3}=2\cdot0{,}40\cdot196=156{,}8\ \text{m/s}$; $v_{Mi_5}=2\cdot0{,}40\cdot659{,}26\approx527{,}4\ \text{m/s}$.

Alternativa correta: e)

41

Ondulatória — Acústica — Níveis sonoros em ambientes externos

Leia o Texto XVIII para responder à questão 41.

Texto XVIII

Festas de aparelhagem, alto-falantes, carros-som, e até celulares tocando músicas com volume alto dentro dos ônibus são algumas das reclamações recebidas diariamente pela Delegacia do Meio Ambiente (Dema) em Belém. Já houve até mesmo denúncias de pessoas com caixas de som portáteis funcionando em alto volume dentro de supermercados da capital. De acordo com o Conselho Nacional de Meio Ambiente, durante o dia, sons excessivos ou ruídos não podem ultrapassar a marca de 55 decibéis. Durante a noite, a partir das 18h, esse número cai para 50 decibéis. Quem infringe a lei pode receber penas leves, como ajuda comunitária e ações educativas, ou também uma detenção, que pode variar de 1 a 4 anos de prisão.

(http://g1.globo.com/pa/para/noticia/2012/06/poluicao-sonora-em-belem-gera-grande-numero-de-denuncias.html)

Nivel Sonoro para ambientes externos

Tipos de àreasDiurnoNoturno
Áreas de sítios e fazendas4035
Área estritamente residencial urbana ou de hospitais e escolas5045
Área mista, predominantemente residencial5550
Área mista, com vocação comercial e administrativa6055
Area mista, com vocação recreacional6555
Área predominantemente industrial7060

(Fonte: NBR 10151: Acústica - Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade – Procedimento)

Dados:
Limiar de audibilidade $=10^{-12}\ \text{W/m}^2$
Limiar da dor $=1\ \text{W/m}^2$

Considerando que uma pessoa encontra-se numa área mista, predominantemente residencial, analise as seguintes afirmações:

I. A razão entre o limiar da dor e a intensidade sonora indicada para o turno diurno é de $10^{6{,}5}$.

II. A razão entre as intensidades sonoras indicadas para o turno diurno e noturno é de 10.

III. O nível sonoro associado ao limiar da dor é de $120\ \text{dB}$.

IV. O nível sonoro associado ao limiar da audibilidade é igual a 1.

A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é:

a)I e II
b)I e III
c)II e III
d)II e IV
e)III e IV

Gabarito oficial definitivo

b)
Resolução

Área mista predominantemente residencial: $55\ \text{dB}$ (dia) e $50\ \text{dB}$ (noite).

I — correta. $55=10\log\dfrac{I}{10^{-12}}\Rightarrow I=10^{5{,}5}\cdot10^{-12}=10^{-6{,}5}\ \text{W/m}^2$. Razão: $\dfrac{1}{10^{-6{,}5}}=10^{6{,}5}$.

II — falsa. $\dfrac{I_{dia}}{I_{noite}}=10^{(55-50)/10}=10^{0{,}5}\approx3{,}2$ (e não 10).

III — correta. $\beta=10\log\dfrac{1}{10^{-12}}=120\ \text{dB}$.

IV — falsa. No limiar de audibilidade, $\beta=10\log1=0\ \text{dB}$.

Alternativa correta: b)

42

Termologia — Termodinâmica — Máquinas térmicas

O grego Heron de Alexandria, no século I d.C., construiu um dispositivo que girava impulsionado pelo vapor d’água. Esse dispositivo é considerado pela ciência como o precursor da máquina térmica. Apenas no século XVIII, durante a revolução industrial, foram construídas as primeiras máquinas térmicas para as indústrias. James Watt, em 1770, criou um novo modelo de máquina térmica com grandes vantagens em relação às existentes na época, revolucionando a sociedade. Hoje, muitas máquinas que fazem parte do nosso dia-a-dia (automóvel, geladeira, caldeira, freezer, ar-condicionado, etc.) operam segundo princípios termodinâmicos. Sobre as máquinas térmicas, considere as seguintes afirmações:

I. Uma máquina térmica cuja fonte fria é mantida à temperatura ambiente é capaz de converter calor integralmente em trabalho.

II. É impossível construir uma máquina térmica que tenha um rendimento superior ao da Máquina de Carnot, operando entre as mesmas temperaturas.

III. Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot, apresenta um rendimento igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é transformado em trabalho.

IV. Refrigeradores são dispositivos que transferem energia na forma de calor de um sistema de menor temperatura para outro de maior temperatura.

A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é:

a)I e II
b)I e III
c)II e III
d)II e IV
e)III e IV

Gabarito oficial definitivo

d)
Resolução

I — falsa. Pelo enunciado de Kelvin–Planck, nenhuma máquina térmica converte calor integralmente em trabalho; parte vai para a fonte fria.

II — correta. Teorema de Carnot: nenhuma máquina operando entre as mesmas temperaturas supera o rendimento da de Carnot, $\eta=1-\dfrac{T_f}{T_q}$.

III — falsa. $\eta_{Carnot}=1-\dfrac{T_f}{T_q}<1$ para $T_f>0$.

IV — correta. Um refrigerador retira calor da fonte fria e o cede à quente, o que exige trabalho externo.

Alternativa correta: d)