Provas Anteriores | UEPA 2016 — 3ª Etapa | Física

Eletricidade — Eletrodinâmica — Instalação elétrica residencial

Diagrama da instalação elétrica com dois condutores de fase, o neutro, dois pontos B e C nas fases, o ponto A no neutro e os aparelhos: televisão 1 e 2, ar-condicionado 1 e 2, geladeira, máquina de lavar, micro-ondas e chuveiro elétrico

Aparelho	Potência (W)	Corrente (A)	Tempo médio de uso diário (h)
Televisão	90	0,71	8,0
Ar Condicionado	1000	4,55	6,0
Chuveiro	4500	20,45	0,5
Micro-ondas	1200	9,45	0,5
Máquina de Lavar	600	4,72	0,5
Geladeira	300	2,36	24

A maioria das residências da capital paraense recebe da rede elétrica local três cabos de fornecimento de energia, sendo dois correspondentes às fases e o terceiro correspondente ao neutro. Os engenheiros eletricistas projetam circuitos para essas residências, baseando-se em como os equipamentos elétricos serão utilizados, sendo que esses são ligados entre uma fase e o neutro ($127\ \text{V}$) ou entre duas fases ($220\ \text{V}$). Usualmente, aparelhos de TV, geladeiras, máquinas de lavar e fornos micro-ondas utilizam a voltagem de $127\ \text{V}$, enquanto que chuveiros elétricos e aparelhos de ar condicionado utilizam $220\ \text{V}$. Considere o diagrama da instalação elétrica e a tabela de consumo de uma residência, mostrados abaixo:

A partir das informações acima, analise as seguintes afirmações:

I. Se um ferro de passar roupas de resistência igual a $11\ \Omega$ for ligado entre os pontos B e C, a potência dissipada no mesmo será igual a $4400\ \text{W}$.

II. O consumo médio de energia elétrica dessa residência, levando em conta os aparelhos mencionados na tabela, no mês de novembro, será de $657{,}2\ \text{KWh}$.

III. Caso o cabo do neutro seja rompido no ponto A, a televisão 1 funcionará normalmente.

IV. Se todos os aparelhos elétricos da casa funcionarem simultaneamente, a corrente elétrica que circulará através daqueles ligados entre as duas fases será de $25{,}0\ \text{A}$.

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 provisório

Resolução

I — correta. Entre duas fases a tensão é $220\ \text{V}$: $P=\dfrac{U^{2}}{R}=\dfrac{220^{2}}{11}=4400\ \text{W}$.

II — falsa. Em novembro (30 dias), com um aparelho de cada linha da tabela: $E=(90\cdot8+1000\cdot6+4500\cdot0{,}5+1200\cdot0{,}5+600\cdot0{,}5+300\cdot24)\cdot30=17\,070\ \text{Wh/dia}\cdot30\approx512\ \text{kWh}$. Com duas televisões e dois ar-condicionados (como no diagrama), o consumo é $23\,790\ \text{Wh/dia}$, ou seja, cerca de $714\ \text{kWh}$. Em nenhuma das leituras aparecem $657{,}2\ \text{kWh}$.

III — correta. Pelo diagrama, a ligação da televisão 1 ao neutro fica à esquerda do ponto A, enquanto máquina de lavar, TV 2 e micro-ondas ligam-se à direita. Admitindo que a entrada da rede esteja à esquerda (o diagrama não a indica), o rompimento em A não interrompe o circuito da televisão 1.

IV — falsa. Os aparelhos entre as duas fases são os ar-condicionados e o chuveiro: com dois ar-condicionados, $2\cdot4{,}55+20{,}45=29{,}55\ \text{A}$ (e não $25{,}0\ \text{A}$). O valor $25{,}0\ \text{A}$ só resultaria com um único ar-condicionado.

Ressalva: os itens II, III e IV dependem de como se lê o diagrama e a tabela (um ou dois aparelhos de cada tipo; posição do ponto A em relação à entrada da rede). As conclusões acima seguem o diagrama como impresso e concordam com o gabarito provisório (B).

Alternativa correta: b)

Eletricidade — Magnetismo — Campo magnético terrestre

Leia o Texto XI para responder à questão 32.

Texto XI

Esquema das linhas de indução do campo magnético da Terra, com os polos N e S indicados na esfera

O campo magnético terrestre assemelha-se ao de um dipolo magnético, com seus polos próximos aos polos geográficos da Terra. Uma linha reta imaginária traçada entre os polos sul e norte magnéticos apresenta uma inclinação de aproximadamente $11{,}3^{\circ}$ relativa ao eixo de rotação da Terra. Como o efeito do campo magnético terrestre se estende por várias dezenas de milhares de quilômetros, no espaço ele é chamado de magnetosfera da Terra.

Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre. (Com adaptações)

A partir das informações contidas no Texto XI, analise as seguintes afirmações:

I. Ao pousar na superfície da Lua, um astronauta de uma expedição espacial verifica que nada ocorre com a agulha de uma bússola em perfeito estado. Isso ocorre porque a agulha não cria campo magnético quando está na Lua.

II. Em um determinado ponto da superficie terrestre, a agulha de uma bússola aponta em uma direção determinada pelo campo magnético terrestre naquele local.

III. Um cientista com uma bússola em mãos e a bordo de uma espaçonave, ao se afastar da Terra, verifica que o módulo do campo magnético terrestre diminui com a distância.

IV. O sentido das linhas de indução do campo magnético da Terra, mostradas na figura, indica que o polo norte magnético está localizado próximo ao polo norte geográfico.

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 provisório

Resolução

I — falsa. A agulha é um ímã e cria campo magnético em qualquer lugar; ela não se orienta na Lua porque a Lua não tem um campo magnético global comparável ao terrestre.

II — correta. A agulha se alinha com o campo magnético local.

III — correta. O campo de um dipolo diminui com a distância ao centro (aproximadamente com $1/r^{3}$).

IV — falsa. Na figura, as linhas de indução entram na região marcada “N” (norte geográfico). Linhas de campo entram em um polo sul magnético; assim, o polo sul magnético fica próximo ao polo norte geográfico, e não o contrário.

Alternativa correta: c)

Eletricidade — Eletrostática — Raios

Leia o Texto XII para responder à questão 33.

Texto XII

Órgãos alertam para incidência de raios no Pará

Órgãos responsáveis pelo monitoramento do clima alertam para a maior incidência de raios durante o chamado “inverno amazônico”, com chuvas fortes e intensas, principalmente na região metropolitana de Belém e municípios do sudeste e nordeste paraense. O coordenador de Recursos Hídricos e coordenador da Sala de Situação e Monitoramento da Semas, Antonio Sousa, explica que por grande parte do Pará ficar localizada na faixa equatorial, a região é propícia a raios, por causa da umidade. “E até mesmo pela questão da floresta amazônica e os ventos que vêm do oceano. A movimentação de ambas as massas, seca e úmida, que entram em atrito com as formações de nuvens, são a origem do fenômeno”, explica. Segundo ele, a região tem condições favoráveis para o desenvolvimento de nuvens cumulonimbus, onde ocorre o desenvolvimento das descargas atmosféricas.

Fonte:http://g1.globo.com/pa/para/noticia/2015/01/chegada-das-chuvas-alerta-para-incidencia-de-raios-no-para.html

A partir das informações do Texto XII, analise as seguintes afirmações:

I. Permanecer dentro de um automóvel durante uma tempestade de raios representa um risco de descargas elétricas aos ocupantes, devido à estrutura metálica do veículo.

II. Se um raio tem duração de $2\ \text{ms}$ e corrente elétrica média de $10000\ \text{A}$, o número de elétrons transportados pelo raio será aproximadamente igual a $1{,}25\times10^{20}$.

III. Como um campo elétrico vertical é estabelecido na atmosfera, no sentido das nuvens para o solo para raios descendentes (nuvem-solo), a diferença de potencial elétrico entre as nuvens e o solo é desprezível para a formação dos raios.

IV. Os raios tendem a descarregar nos pontos mais altos das superfícies, que podem ser um prédio, uma árvore, um guarda-sol ou mesmo uma pessoa andando em campo aberto.

Dado: Carga elétrica elementar ($e$) $=1{,}6\times10^{-19}\ \text{C}$

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 provisório

Resolução

I — falsa. A estrutura metálica do veículo atua como blindagem eletrostática (gaiola de Faraday): o interior é protegido, e o risco aos ocupantes é pequeno.

II — correta. $Q=i\,\Delta t=10\,000\cdot2\times10^{-3}=20\ \text{C}$; $n=\dfrac{Q}{e}=\dfrac{20}{1{,}6\times10^{-19}}=1{,}25\times10^{20}$ elétrons.

III — falsa. É justamente a grande diferença de potencial entre nuvem e solo que permite a descarga.

IV — correta. O campo elétrico é mais intenso nas pontas e nos pontos mais altos (poder das pontas).

Alternativa correta: d)

Óptica — Óptica da visão — Miopia e amplitude de acomodação

Leia o Texto XIII para responder à questão 34.

Texto XIII

A distância mínima, a partir da qual o olho não é capaz de focalizar nitidamente a imagem sobre a retina, é chamada de distância mínima de visão distinta, distância onde a tensão dos músculos ciliares é máxima para a acomodação visual. O ponto mais próximo do olho que pode ser visto nitidamente é chamado de ponto próximo e para um olho normal situa-se aproximadamente a 25 cm do olho. O ponto mais afastado do olho que pode ser visto nitidamente é chamado de ponto remoto. Para um olho normal, o ponto remoto situa-se no infinito.

Fonte: Óptica Geométrica: teoria e exercícios, J. L. de C. Robortella, A. Alves Filho, E. F. de Oliveira – São Paulo: Ática, 1984 (com adaptações).

Para um olho míope, os raios paralelos que provêm de um objeto no infinito convergem para um ponto antes da retina, devido a uma excessiva convergência do cristalino. Além disso, o seu ponto remoto é mais próximo que para o olho normal. Considerando que um olho míope enxergue perfeitamente entre $6\ \text{cm}$ e $60\ \text{cm}$ do olho, a variação da vergência de seu cristalino quando um objeto se movimenta entre o ponto próximo e o ponto remoto, também chamada de amplitude de acomodação visual, em $\text{m}^{-1}$, e a distância focal da lente divergente a ser usada para corrigir tal defeito, em m, serão respectivamente iguais a:

a)$5$ e $-60$

b)$5$ e $60$

c)$15$ e $-60$

d)$15$ e $60$

e)$25$ e $-60$

Gabarito oficial provisório

Resolução

Vergência do cristalino para o objeto no ponto próximo ($p=0{,}06\ \text{m}$) e no ponto remoto ($p=0{,}60\ \text{m}$), com a imagem sempre na retina (mesma distância $p\prime$): a variação da vergência é igual à variação de $1/p$:

$\Delta V=\dfrac1{0{,}06}-\dfrac1{0{,}60}=16{,}7-1{,}7=15\ \text{m}^{-1}$.

Para corrigir, a lente divergente deve formar, para um objeto no infinito, imagem no ponto remoto: $f=-0{,}60\ \text{m}$ ($=-60\ \text{cm}$).

Ressalva: o enunciado pede a distância focal “em m”, mas a alternativa c traz “$-60$”. Em metros o valor correto é $-0{,}60\ \text{m}$ ($-60\ \text{cm}$); a alternativa c é a única com amplitude $15\ \text{m}^{-1}$ e foco negativo, e coincide com o gabarito provisório.

Alternativa correta: c)

Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Raios-X e micro-ondas

Leia os Textos XIV e XV para responder às questões 35 e 36.

Texto XIV

O Hospital Monsenhor Walfredo Gurgel, em Natal - RN, está com um vazamento de radiação na sala de raios-X do pronto socorro. A afirmação é do Sindicato dos Servidores da Saúde do Rio Grande do Norte. De acordo com esse órgão, foi realizado um teste em que uma folha de raios-X foi colocada do lado de fora da sala, enquanto uma radiografia era feita. A chapa teria ficado marcada, comprovando o vazamento. A radiação atravessa a parede e chega até a sala onde os técnicos trabalham, local que deveria ser isolado contra radiação. Por possuírem altas frequências (entre $3\times10^{16}\ \text{Hz}$ e $3\times10^{19}\ \text{Hz}$), os raios-X são classificados como radiações ionizantes, podendo causar mudanças na estrutura molecular do DNA dos seres vivos.

Fonte: http://g1.globo.com/rn/rio-grande-do-norte/noticia/2015/05/maior-hospital-do-rn-esta-com-vazamento-de-radiacao-diz-sindicato.html (com adaptações).

Texto XV

Os fornos de micro-ondas são eletrodomésticos presentes em muitos lares brasileiros, com funcionamento baseado nas micro-ondas, um tipo de energia radiante que faz parte do espectro eletromagnético (ver figura abaixo), com comprimentos de onda variando entre $10^{6}\ \text{nm}$ e $10^{9}\ \text{nm}$, sendo classificada como radiação não-ionizante.

Espectro eletromagnético em função do comprimento de onda (nm), de 10 elevado a menos 6 até 10 elevado a 12, com as regiões de raios gama, raios-X, ultravioleta, luz visível, infravermelho, micro-ondas e ondas de rádio

Fonte: http://slideplayer.com.br/slide/44363 (com modificações)

As micro-ondas penetram nos alimentos até uma profundidade que varia de 2 a 4 cm, fazendo vibrar as moléculas de água, gordura e açúcar, aquecendo-as. O calor é transmitido para as moléculas mais profundas por condução. Por medida de segurança, os fornos de micro-ondas são fabricados de modo a blindar a radiação de micro-ondas, protegendo assim os usuários dessa tecnologia.

Muitos aparelhos utilizados no cotidiano das grandes cidades brasileiras fazem uso de radiações eletromagnéticas para funcionar adequadamente. Porém, ultimamente a sociedade tem estado cada vez mais alerta em relação aos riscos de possíveis danos à saúde humana causados por tais radiações.

A partir das informações acima, analise as seguintes afirmações:

I. As ondas eletromagnéticas utilizadas no funcionamento de telefones celulares – que possuem frequências na faixa de $2{,}0\ \text{GHz}$ até $2{,}5\ \text{GHz}$ – são potencialmente cancerígenas.

II. Os raios ultravioleta emitidos por um forno de micro-ondas com vazamento podem causar queimaduras na pele e catarata nos olhos dos usuários.

III. Um telefone celular colocado no interior de um forno de micro-ondas (desligado) deve ficar “fora de serviço”, a não ser que o forno esteja com sua blindagem defeituosa.

IV. Os raios gama possuem comprimentos de onda muito menores que a faixa de micro-ondas, e por isso possuem alto poder de penetração em tecidos moles, como a pele humana.

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 provisório

Resolução

I — falsa, no gabarito. Micro-ondas são radiação não-ionizante (Texto XV), sem energia para alterar o DNA diretamente.

II — falsa. Um forno de micro-ondas emite micro-ondas, não ultravioleta.

III — correta. A blindagem metálica do forno (gaiola de Faraday) atenua as ondas do celular; só com a blindagem defeituosa o aparelho continuaria funcionando.

IV — correta. Raios gama têm comprimentos de onda muito menores e energia muito maior que as micro-ondas, o que lhes dá alto poder de penetração.

Ressalva: o item I trata de risco à saúde, tema que não se resolve por cálculo, e sua classificação como “potencialmente cancerígenas” é debatida na literatura. A resolução segue o gabarito provisório (E), que o considera falso, com base na distinção entre radiações ionizantes e não-ionizantes feita no texto da prova.

Alternativa correta: e)

Física moderna — Fótons e efeito fotoelétrico — Energia de fótons

A energia da radiação eletromagnética é transportada por fótons, partículas de massa zero que se movem (no vácuo) a uma velocidade de $3\times10^{8}\ \text{m/s}$. Um fóton de comprimento de onda $\lambda$, em nm, possui energia, em eV, dada por $E=\dfrac{1240}{\lambda}$.

A partir das informações acima, analise as seguintes afirmações:

I. A energia transportada por um fóton de uma cavidade de micro-ondas pode variar entre $1{,}24\ \text{eV}$ e $1{,}24\ \text{keV}$.

II. A variação de energia observada em um núcleo atômico radioativo, associada à emissão de um fóton de raios-X, está na faixa de $124\ \text{eV}$ até $124\ \text{keV}$.

III. Um fóton com comprimento de onda na faixa do ultravioleta ($\lambda=248\ \text{nm}$), ao incidir em uma placa de cálcio, pode causar a emissão de um elétron com energia cinética de $2{,}1\ \text{eV}$.

IV. Fótons com frequência na faixa do infravermelho podem causar emissão de fotoelétrons em uma placa feita de cobalto.

Dados:
Função trabalho do cobalto $=5{,}0\ \text{eV}$
Função trabalho do cálcio $=2{,}9\ \text{eV}$
Constante de Planck ($h$) $=4{,}1\times10^{-15}\ \text{eV}\cdot\text{s}$

A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é a:

a)I e II

b)I e III

c)II e III

d)II e IV

e)III e IV

Gabarito oficial provisório

Resolução

I — falsa. Micro-ondas: $\lambda$ entre $10^{6}\ \text{nm}$ e $10^{9}\ \text{nm}$ (Texto XV), logo $E=\dfrac{1240}{10^{6}}=1{,}24\times10^{-3}\ \text{eV}$ a $\dfrac{1240}{10^{9}}=1{,}24\times10^{-6}\ \text{eV}$, muito menor que o intervalo do item.

II — correta. Raios-X: $f$ entre $3\times10^{16}\ \text{Hz}$ e $3\times10^{19}\ \text{Hz}$, ou seja, $\lambda$ entre $10\ \text{nm}$ e $0{,}01\ \text{nm}$: $E=\dfrac{1240}{10}=124\ \text{eV}$ até $\dfrac{1240}{0{,}01}=124\ \text{keV}$.

III — correta. $E=\dfrac{1240}{248}=5{,}0\ \text{eV}$; $E_c=5{,}0-2{,}9=2{,}1\ \text{eV}$.

IV — falsa. Fótons de infravermelho têm energia bem menor que $5{,}0\ \text{eV}$ (função trabalho do cobalto).

Ressalva: a fórmula $E=1240/\lambda$ aparece como imagem na prova (expressão não extraível como texto); transcrevi-a pela imagem. No item II usei as frequências do Texto XIV para os raios-X e, no item I, os comprimentos de onda do Texto XV para as micro-ondas.

Alternativa correta: c)

UEPA 2016 3ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova

Eletricidade — Eletrodinâmica — Instalação elétrica residencial

Eletricidade — Magnetismo — Campo magnético terrestre

Eletricidade — Eletrostática — Raios

Óptica — Óptica da visão — Miopia e amplitude de acomodação

Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Raios-X e micro-ondas

Física moderna — Fótons e efeito fotoelétrico — Energia de fótons