Concurso Vestibular Unificado 83 · Química e Física
Física (Q31–60) — resolução comentada Método TEF.
Concurso Vestibular Unificado 83 · Universidade Federal da Paraíba · Química e Física.
Energia, momento linear e temperatura são, respectivamente, grandezas
Energia e temperatura são grandezas escalares. O momento linear, $\vec p=m\vec v$, possui direção e sentido, portanto é vetorial.
Considerando-se as afirmativas
I) A expressão $R=\dfrac{V}{i}$ é a forma matemática da lei de Ohm.
II) A lei de Ohm só é válida para alguns tipos de condutores.
III) O efeito Joule é termodinamicamente irreversível.
IV) Quando a diferença de potencial é constante, a potência dissipada em um resistor é inversamente proporcional ao quadrado de sua resistência elétrica.
Pode-se concluir que estão corretas somente
A relação $R=V/i$, isoladamente, define a resistência no ponto de operação; a lei de Ohm exige proporcionalidade entre $V$ e $i$, isto é, resistência constante. Assim, I é falsa e II é verdadeira. O efeito Joule envolve dissipação irreversível de energia, portanto III é verdadeira. Com ddp constante, $P=V^2/R$, logo IV é falsa.
A intensidade do campo elétrico gerado por uma carga puntiforme de $3{,}0\times10^{-6}\,\text{C}$, em um ponto a uma distância de $30\,\text{cm}$ dela, é igual a __________ N/C.
$$E=k\frac{|Q|}{r^2}=9\times10^9\frac{3\times10^{-6}}{(0{,}30)^2}=3{,}0\times10^5\,\text{N/C}$$
Segundo a lei de Coulomb, a força de interação elétrica, entre duas cargas puntiformes, é
I) proporcional ao produto das cargas.
II) proporcional à distância entre as cargas.
III) inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas.
IV) inversamente proporcional ao produto das cargas.
Estão corretas somente
Pela lei de Coulomb, $F=k|q_1q_2|/r^2$. Logo, a força é proporcional ao produto dos módulos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância.
Em três vértices de um quadrado, de lado $a$, são fixadas três cargas elétricas, $q_1=-3{,}0\times10^{-6}\,\text{C}$, $q_2=-2{,}0\times10^{-6}\,\text{C}$ e $q_3=1{,}0\times10^{-6}\,\text{C}$. A carga elétrica que deve ser fixada no quarto vértice, para que o potencial no centro do quadrado seja nulo, é __________ C.
O centro do quadrado está à mesma distância dos quatro vértices, portanto $V\propto q_1+q_2+q_3+q_4$. Para $V=0$:
$$-3-2+1+q_4=0\quad\Rightarrow\quad q_4=4\times10^{-6}\,\text{C}$$
No circuito abaixo, os resistores $R_1$ e $R_2$ são, respectivamente, iguais a $8\,\Omega$ e $4\,\Omega$. A corrente total no circuito vale $10\,\text{A}$. Sabendo-se que B é uma bateria de força eletromotriz igual a $40\,\text{V}$ e de resistência interna desprezível, o valor de $R$ é __________ $\Omega$.
A resistência equivalente do circuito é $R_{eq}=40/10=4\,\Omega$. Os ramos em paralelo são $8\,\Omega$ e $(4+R)\,\Omega$:
$$\frac1{4}=\frac1{8}+\frac1{4+R}\Rightarrow R=4\,\Omega$$
A resistência equivalente das associações da figura abaixo, entre os terminais A e B, é _____ $\Omega$.
Entre A e B há três ramos: $4\,\Omega$, $(2+6)=8\,\Omega$ e $(1+7)=8\,\Omega$, todos em paralelo.
$$\frac1{R_{eq}}=\frac14+\frac18+\frac18=\frac12\Rightarrow R_{eq}=2\,\Omega$$
Se a capacitância equivalente à associação abaixo, entre os terminais A e B, é $4{,}0\times10^{-6}\,\text{F}$, a capacitância de cada capacitor é __________ F.
Entre os dois nós centrais, o capacitor vertical $C$ está em paralelo com três capacitores $C$ em série, cuja equivalente é $C/3$. Logo, o trecho central vale $4C/3$. Em série com os dois capacitores das extremidades:
$$\frac1{C_{eq}}=\frac1C+\frac{3}{4C}+\frac1C=\frac{11}{4C}$$
Assim, $C_{eq}=4C/11$. Como $C_{eq}=4{,}0\times10^{-6}\,\text{F}$, resulta $C=1{,}1\times10^{-5}\,\text{F}$.
Com relação a uma carga elétrica puntiforme $q$, movendo-se inicialmente em linha reta e que penetra numa região onde existe um campo magnético uniforme, pode-se afirmar que
A força magnética é $F=|q|vB\sin\theta$. Para $\vec v\perp\vec B$, a força é sempre perpendicular à velocidade e atua como força centrípeta, produzindo trajetória circular.
Com relação a dois fios condutores, longos e paralelos, percorridos por correntes de intensidades iguais, pode-se afirmar que
Correntes paralelas de mesmo sentido se atraem; de sentidos opostos se repelem.
Um fio condutor retilíneo e de comprimento $l$ é percorrido por uma corrente $i$. Quando colocado em um campo magnético uniforme $\vec B$, segundo a figura,
pode-se afirmar que
O módulo da força é $F=Bil\sin\theta$. Ela é nula apenas quando o fio está paralelo ou antiparalelo ao campo. Logo, existe força se o fio não estiver paralelo à direção de $\vec B$.
No esquema da figura abaixo, a posição em que se deve colocar o suporte para que a barra fique em equilíbrio, quando submetida à ação de seu próprio peso $\vec P$ e das forças $\vec F_1$ e $\vec F_2$, cujas intensidades são, respectivamente, iguais a $3\,\text{N}$, $6\,\text{N}$ e $1\,\text{N}$, é
Tomando a extremidade de $\vec F_1$ como origem, as forças atuam em $x=0$, $2$ e $4\,\text{m}$, com módulos $6$, $3$ e $1\,\text{N}$. A posição da resultante é
$$x_R=\frac{6\cdot0+3\cdot2+1\cdot4}{6+3+1}=1\,\text{m}$$
O suporte deve ser colocado nesse ponto.
A figura abaixo representa três forças que atuam sobre um ponto material, segundo as direções indicadas. Sabendo-se que as intensidades de $\vec F_1$ e $\vec F_2$ são iguais a $10\,\text{N}$ e que a intensidade de $\vec F_3$ é igual a $20\,\text{N}$, a intensidade da resultante destas forças é __________ N.
As componentes horizontais de $\vec F_1$ e $\vec F_2$ se anulam. As componentes verticais somam $2\cdot10\sin30^\circ=10\,\text{N}$ para baixo. Como $F_3=20\,\text{N}$ para cima, a resultante tem módulo $10\,\text{N}$.
Um corpo de massa $m=10\,\text{g}$, inicialmente em repouso, é submetido à ação de uma força constante, adquirindo uma velocidade que varia com o tempo, da seguinte forma $v(t)=10t$ (m/s). O trabalho realizado por esta força, após $10\,\text{s}$, será __________ J.
Após $10\,\text{s}$, $v=100\,\text{m/s}$. Pelo teorema da energia cinética:
$$W=\Delta E_c=\frac12\cdot0{,}010\cdot100^2=50\,\text{J}$$
Ressalva documental: o cálculo fornece $50\text{ J}$. Na conferência anterior do exemplar-fonte, foi observada marcação gráfica sobre $30\text{ J}$; essa marca não é compatível com os dados do enunciado e não foi adotada como gabarito físico.
Um corpo de massa $m$ é abandonado de uma altura $h$, em queda livre, levando um tempo $t_q$ para atingir o solo. O gráfico que representa a sua energia mecânica ($E_m$), até o corpo atingir o solo, é
Em queda livre, desprezando a resistência do ar, a energia mecânica se conserva. Seu valor permanece constante e igual a $mgh$ até o instante $t_q$.
Uma bomba, inicialmente em repouso, explode em 3 pedaços iguais A, B e C. A e B saem, formando entre si um ângulo de $90^\circ$ e com velocidades de $4{,}0\,\text{m/s}$ e $3{,}0\,\text{m/s}$, respectivamente. A velocidade da parte C é __________ m/s.
Como o momento total inicial é nulo, $\vec p_C=-(\vec p_A+\vec p_B)$. As massas são iguais e as velocidades de A e B são perpendiculares:
$$v_C=\sqrt{4^2+3^2}=5{,}0\,\text{m/s}$$
Um corpo move-se sobre o eixo dos x, sendo-lhe aplicada, durante $2\,\text{s}$, uma força constante de $10\,\text{N}$, dirigida para a direita e, depois, durante mais $2\,\text{s}$, uma força constante de $20\,\text{N}$, dirigida para a esquerda. Qual dos gráficos abaixo representa esta situação?
Adotando a direita como sentido positivo, temos $F=+10\,\text{N}$ nos primeiros $2\,\text{s}$ e $F=-20\,\text{N}$ nos $2\,\text{s}$ seguintes. O segundo patamar deve ter módulo duas vezes maior e sinal negativo.
Qual dos gráficos abaixo representa o movimento de uma partícula que está sob a ação de uma força resultante constante e não nula?
Com massa constante, $\vec F_{res}=m\vec a$. Uma força resultante constante e não nula implica aceleração constante e não nula, representada por uma reta horizontal acima do eixo do tempo.
A velocidade mínima, para que uma molécula da atmosfera escape da Terra, é $v=11{,}2\,\text{km/s}$. Qual molécula tem maior probabilidade de escapar da atmosfera?
À mesma temperatura, moléculas de menor massa apresentam maiores velocidades típicas. Entre as opções, $H_2$ é a molécula mais leve, portanto tem maior fração de moléculas capazes de atingir a velocidade de escape.
Dos gráficos $v\times t$ dados abaixo, qual o que representa o movimento de uma pedra lançada verticalmente para cima?
No lançamento vertical, tomando o sentido para cima como positivo, a aceleração é constante e igual a $-g$. Portanto $v=v_0-gt$: uma reta decrescente que cruza $v=0$ no ponto mais alto e se torna negativa na descida.
A velocidade de um objeto de massa igual a $10\,\text{kg}$ varia de acordo com o gráfico abaixo. O valor da força responsável por essa variação é __________ N.
No trecho inclinado, a velocidade passa de $4$ para $14\,\text{m/s}$ em $5\,\text{s}$, então $a=(14-4)/5=2\,\text{m/s}^2$. Logo:
$$F=ma=10\cdot2=20\,\text{N}$$
Das lentes esquematizadas abaixo, quais as convergentes?
Em ar, lentes mais espessas no centro que nas bordas são convergentes. As lentes I (plano-convexa) e II (biconvexa) satisfazem essa condição; III e IV são divergentes.
Analise as proposições abaixo, relativas à propagação de ondas:
I) Onda é um transporte de energia.
II) As ondas eletromagnéticas se propagam independentemente de um meio elástico.
III) Uma onda é transversal, quando sua direção de propagação coincide com a direção de vibração.
IV) Uma onda é longitudinal, quando sua direção de vibração é perpendicular à direção de propagação.
Estão corretas somente
I e II são verdadeiras. Em ondas transversais, vibração e propagação são perpendiculares, então III é falsa. Em ondas longitudinais, vibração e propagação são paralelas, então IV é falsa.
Analise as proposições abaixo, relativas à transmissão de energia térmica:
I) O processo de condução é um mecanismo de transferência de calor em sólidos, líquidos e gases, que ocorre sempre que existir um gradiente de temperatura.
II) O mecanismo de transferência de calor por convecção ocorre em fluidos, sólidos e líquidos.
III) O processo de convecção transfere energia mais rapidamente que o processo de condução devido ao movimento do fluido.
Está(ão) correta(s) somente
A condução pode ocorrer em sólidos, líquidos e gases quando há gradiente térmico, portanto I é verdadeira. A convecção ocorre em fluidos, não em sólidos, então II é falsa. O transporte de matéria no fluido torna a convecção um mecanismo eficiente de transferência de energia, tornando III verdadeira no contexto da questão.
Duas lâminas de mesmo comprimento, a uma determinada temperatura, são soldadas rigidamente uma a outra, conforme a figura. A lâmina de prata tem $\alpha_{Ag}=19\times10^{-6}\,{}^\circ\text{C}^{-1}$ e a de alumínio tem $\alpha_{Al}=22\times10^{-6}\,{}^\circ\text{C}^{-1}$. Quando aquecidas, qual das figuras abaixo representa o fenômeno?
O alumínio possui maior coeficiente de dilatação e tende a aumentar mais seu comprimento. Presas uma à outra, as lâminas se curvam deixando o alumínio no lado externo da curva e a prata no lado interno.
Uma massa de gás sofre as transformações indicadas no diagrama $P\times V$ esquematizado, na figura abaixo. As temperaturas, nos estados B e C, são, respectivamente, $T_B=$ _____ K e $T_C=$ _____ K.
Para a mesma massa de gás ideal, $T\propto PV$. No estado A, $P_A=0{,}5\,\text{atm}$, $V_A=8\,\text{L}$ e $T_A=300\,\text{K}$.
$$T_B=300\frac{1{,}2\cdot8}{0{,}5\cdot8}=720\,\text{K}$$
$$T_C=300\frac{1{,}2\cdot10}{0{,}5\cdot8}=900\,\text{K}$$
Um termômetro marca o valor $10^\circ X$ para o ponto de fusão do gelo e $60^\circ X$, para o ponto de ebulição da água. A temperatura, em graus Celsius, quando este termômetro marcar $20^\circ X$, é __________ $^\circ\text{C}$.
A relação entre escalas é linear:
$$\frac{X-10}{60-10}=\frac{C-0}{100-0}$$
Para $X=20$, $C=20^\circ\text{C}$.
No tubo em U ao lado, os líquidos A e B são não miscíveis. Se o líquido A tem densidade $d_A=1{,}5\,\text{g/cm}^3$, a densidade do líquido B é $d_B=$ __________ $\text{g/cm}^3$.
Em pontos de um mesmo nível no líquido em equilíbrio, as pressões são iguais:
$$d_Agh_A=d_Bgh_B$$
$$1{,}5\cdot10=d_B\cdot5\Rightarrow d_B=3{,}0\,\text{g/cm}^3$$
A figura abaixo mostra dois pulsos numa corda tensionada no instante $t=0$, propagando-se com a velocidade de $1\,\text{m/s}$, em sentidos opostos.
Que gráfico representa a configuração da corda no instante $t=4\,\text{ms}$?
Em $4\,\text{ms}$, cada pulso percorre $\Delta s=v\Delta t=1\cdot4\times10^{-3}=4\,\text{mm}$. Como a distância inicial entre as bordas mais próximas é $8\,\text{mm}$, os pulsos avançam $4\,\text{mm}$ cada e passam a se tocar, sem superposição.
Na figura abaixo, S é a superfície de separação dos meios transparentes 1 e 2, com índices de refração absolutos $n_1$ e $n_2$, respectivamente. Se A é o raio incidente e B, C e D são possíveis raios refratados, pode-se afirmar, em relação ao raio incidente A, que
I) Se $n_1\mathrel{>}n_2$, é possível que D represente o raio refratado.
II) Se $n_1\mathrel{<}n_2$, B e C representam possíveis raios refratados.
III) Independente dos valores de $n_1$ e de $n_2$, B não pode representar o raio refratado.
Analisando-se as afirmativas, conclui-se que é (são) correta(s) somente
Na refração, o raio transmitido permanece no mesmo lado da normal tangencialmente ao raio incidente; por isso B e C, que aparecem do lado incompatível na figura, não podem representar o raio refratado. Se $n_1\mathrel{>}n_2$, o raio se afasta da normal, e D pode representar a refração. Assim, I e III são corretas.