Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UNAMA 2014.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Centro Universitário da Amazônia

Processo Seletivo 2014/1 · Prova de Física (Q15–18) — resolução comentada Método TEF.

Q15
Gravitação — Satélite geoestacionário — Velocidade angular e ação e reação

Considere o texto abaixo para analisar as proposições dadas a seguir.

GOES – Geostationary Operational Environmental Satellite. [Esses satélites geoestacionários encontram-se a cerca de 35.800 km da Terra e órbita equatorial geossíncrona, com velocidade de deslocamento coincidente com a velocidade de rotação da Terra. Essas características orbitais permitem com que os satélites captem imagens de uma mesma porção da superfície terrestre e obtenham uma ampla visada.] [... levam a bordo vários instrumentos sensores, alguns especificamente para utilização em meteorologia, que coletam dados de campos magnéticos e da estrutura vertical da atmosfera. Além desses instrumentos, ele leva a bordo um sensor imageador que opera com 5 bandas espectrais, nas faixas do visível e infravermelho.]

Nota: uma órbita é considerada geossíncrona quando a sua rotação acompanha exatamente a rotação da Terra.

I. Em relação ao centro da Terra, o momento linear do satélite em órbita seria o mesmo se estivesse na superfície da Terra.

II. O sensor imageador trabalha com ondas idênticas àquelas do infrassom quando opera na banda espectral infravermelha.

III. Em relação ao centro da Terra, a velocidade angular desse satélite é a mesma de um carro parado no estacionamento da UNAMA.

IV. A força com que a Terra atrai um desses satélites é maior que a força que o satélite exerce na Terra.

O correto está em

A)III, apenas.
B)I e IV, apenas.
C)II e III, apenas.
D)IV, apenas.

Gabarito

A
Resolução

I é falsa. O momento linear é $p=mv$. O satélite geoestacionário tem a mesma velocidade angular $\omega$ de um ponto da superfície, mas descreve uma circunferência de raio muito maior (cerca de $4{,}2\cdot10^{4}$ km do centro da Terra, contra $6{,}4\cdot10^{3}$ km na superfície). Como $v=\omega R$, sua velocidade escalar é maior, e o momento linear também.

II é falsa. A radiação infravermelha é uma onda eletromagnética, que se propaga no vácuo. O infrassom é onda mecânica (sonora) de freqüência abaixo de 20 Hz, que exige meio material. São fenômenos de natureza diferente.

III é verdadeira. O satélite geoestacionário completa uma volta em 24 h, junto com a Terra. Um carro parado no estacionamento também gira com a Terra uma volta por dia, e ambos têm a mesma velocidade angular $\omega=2\pi/T$ em relação ao centro da Terra.

IV é falsa. Pela terceira lei de Newton, a força de atração que a Terra exerce no satélite e a que o satélite exerce na Terra formam um par ação e reação, com o mesmo módulo.

Só a afirmativa III está correta.

Q16
Ondulatória — Refração de onda sonora — Sonar do ar para a água

O Sonar é um dispositivo, desenvolvido no século XX, cujas principais finalidades são determinar profundidades oceânicas, ou de rios, assim como detectar obstáculos nesses meios de navegação. O princípio de funcionamento desse dispositivo concentra-se na transmissão e reflexão de ondas sonoras emitidas pelo aparelho.

Suponha que um sonar foi instalado a uma determinada altura acima da superfície da água, e a onda sonora emitida pelo mesmo possui um comprimento de onda igual a 0,8 cm. Considerando que a velocidade do som no ar vale 340 m/s e no mar 1445 m/s, analise as seguintes afirmativas.

I. A freqüência da onda sonora ao entrar na água é de 42500 Hz.

II. O comprimento da onda sonora, ao entrar na água, vale 0,8 cm.

III. A freqüência da onda sonora acima da superfície da água vale 425 Hz.

IV. O comprimento da onda sonora, ao entrar na água, vale 3,4 cm.

O correto está em

A)I e II, apenas.
B)III e IV, apenas.
C)I e IV, apenas.
D)II e III, apenas.

Gabarito

C
Resolução

No ar, $v_{ar}=\lambda f$ dá $f=\dfrac{v_{ar}}{\lambda}=\dfrac{340}{0{,}8\cdot10^{-2}}=4{,}25\cdot10^{4}$ Hz $=42\,500$ Hz. Esse valor é a freqüência da fonte, e não a de 425 Hz da afirmativa III, que está errada.

Ao passar de um meio para outro, a onda mantém a freqüência, que depende só da fonte. Logo, na água, $f=42\,500$ Hz, e a afirmativa I é verdadeira.

A velocidade, porém, muda, e com ela o comprimento de onda: $\lambda_{água}=\dfrac{v_{mar}}{f}=\dfrac{1445}{42\,500}=3{,}4\cdot10^{-2}$ m $=3{,}4$ cm. A afirmativa IV é verdadeira, e a II, que diz que o comprimento continua 0,8 cm, é falsa.

As corretas são I e IV.

Q17
Termodinâmica — Máquina de Carnot — Rendimento de turbina de navio

A turbina de um navio inglês quebra gelo, em viagem pelo Ártico, trabalha com um rendimento igual a 75% do rendimento que teria uma máquina ideal de Carnot operando nas mesmas temperaturas em que trabalha a turbina do navio, retirando calor de uma fonte térmica a 260,6 °F e ejetando gases ao ambiente externo a –27,4 °F.

Isso significa que o rendimento da turbina do navio é de

A)75%.
B)67%.
C)55%.
D)30%.

Gabarito

D
Resolução

As temperaturas precisam estar em kelvin. Da escala Fahrenheit para a Celsius, $T_C=\dfrac{T_F-32}{1{,}8}$.

Fonte quente: $T_C=\dfrac{260{,}6-32}{1{,}8}=127$ °C, ou seja, $T_1=127+273=400$ K.

Fonte fria: $T_C=\dfrac{-27{,}4-32}{1{,}8}=-33$ °C, ou seja, $T_2=-33+273=240$ K.

O rendimento da máquina de Carnot é $\eta_C=1-\dfrac{T_2}{T_1}=1-\dfrac{240}{400}=0{,}40=40\%$.

A turbina rende 75% disso: $\eta=0{,}75\cdot40\%=30\%$.

Q18
Eletromagnetismo — Força entre condutores paralelos — Barras em dois circuitos

Nos dois circuitos apresentados a seguir, duas baterias idênticas, com fem de 12 V e resistência interna de 0,2 Ω, alimentam o circuito de cima com uma resistência $R_1=2{,}8\ \Omega$, e o de baixo com uma resistência $R_2=3{,}8\ \Omega$. Fazem parte, em cada um dos circuitos, duas finas barras condutoras idênticas AB (uma barra em cada circuito) mantidas paralelas entre si, de tal forma que a distância entre elas seja igual a 1/8 do comprimento de uma delas. Com essas informações e considerando a permeabilidade magnética igual a $4\pi\cdot10^{-7}$ T·m/A, podemos afirmar que a força magnética entre as barras é de

Figura da questão 18 de Física — UNAMA 2014.1
A)repulsão e de intensidade $192\cdot10^{-7}$ N.
B)atração e de intensidade $6\cdot10^{-7}$ N.
C)atração e de intensidade $192\cdot10^{-7}$ N.
D)repulsão e de intensidade $6\cdot10^{-7}$ N.

Gabarito

C
Resolução

Correntes. Em cada circuito a bateria (fem $\varepsilon=12$ V, $r=0{,}2\ \Omega$) alimenta a resistência externa em série com a barra, que é um fio ideal. Circuito de cima: $i_1=\dfrac{\varepsilon}{R_1+r}=\dfrac{12}{2{,}8+0{,}2}=4$ A. Circuito de baixo: $i_2=\dfrac{12}{3{,}8+0{,}2}=3$ A.

Sentido. No circuito de cima, a corrente sai do terminal positivo (à esquerda), desce até A, percorre a barra de A para B e volta pelo lado direito, passando por $R_1$, ao terminal negativo. No de baixo, ela sai do terminal positivo, passa por $R_2$, sobe até A e também percorre a barra de A para B. As duas correntes têm o mesmo sentido, e condutores paralelos com correntes de mesmo sentido se atraem.

Intensidade. Para dois condutores retos e paralelos, de comprimento $L$ e separados por $d$, vale $F=\dfrac{\mu_0\,i_1i_2\,L}{2\pi d}$. Com $d=L/8$, o comprimento se cancela: $F=\dfrac{\mu_0 i_1 i_2}{2\pi}\cdot\dfrac{L}{d}=\dfrac{4\pi\cdot10^{-7}\cdot4\cdot3}{2\pi}\cdot8=2\cdot10^{-7}\cdot12\cdot8=192\cdot10^{-7}$ N.

A força é de atração, de $192\cdot10^{-7}$ N.

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