UFPB 2013 — PSS 3ª Série — Questões de Física comentadas — Método TEF
PSS 2013 · 3ª Série do Ensino Médio
Física (Q25–32) — resolução comentada Método TEF.
Dados da prova
PSS 2013 · 3ª Série do Ensino Médio · 48 questões · Duração: 4 horas.
Física: Questões 25 a 32
8 questões de múltipla escolha · 5 alternativas por questão
Q25
Eletricidade — Eletrostática — Força elétrica em campo uniforme
Impressoras de jato de tinta funcionam pelo envio sobre o papel de gotas de tinta eletricamente carregadas, aceleradas através de um campo elétrico. A gota é inserida em uma região onde há um campo elétrico uniforme criado por duas placas paralelas carregadas, conforme mostrado na figura, e é acelerada para a esquerda.
Uma gota de massa $m=10^{-6}\text{ kg}$ adquire aceleração $a=2{,}0\text{ m/s}^2$ em um campo de intensidade $E=5\times10^6\text{ N/C}$. Desprezando a gravidade, a carga elétrica da gota corresponde a:
a)$2\times10^{-13}\text{ C}$
b)$4\times10^{-13}\text{ C}$
c)$6\times10^{-13}\text{ C}$
d)$8\times10^{-13}\text{ C}$
e)$10\times10^{-13}\text{ C}$
Gabarito — resolução Método TEF
b
Resolução
O campo elétrico aponta da placa positiva para a negativa, isto é, para a esquerda. A gota também acelera para a esquerda, portanto sua carga é positiva.
Eletricidade — Capacitores — Associação em paralelo
Uma tela sensível ao toque é composta por duas placas condutoras e paralelas, separadas por um dielétrico, formando um capacitor. Em um protótipo simplificado, dois capacitores inicialmente de capacitância $C$ estão em paralelo, submetidos à mesma voltagem $V$ e acumulando uma carga $Q$ em cada um.
O capacitor da direita é a tela sensível ao toque e, ao ser tocado, sua carga é modificada para $Q/2$, mantida a voltagem.
Nessas condições, a capacitância equivalente passa a ser:
a)$\dfrac{C}{2}$
b)$C$
c)$\dfrac{3C}{2}$
d)$2C$
e)$\dfrac{5C}{2}$
Gabarito — resolução Método TEF
c
Resolução
Inicialmente, cada capacitor satisfaz $Q=CV$.
Depois do toque, para o capacitor da direita:
$$C_2'=\frac{Q/2}{V}=\frac{C}{2}$$
Como os capacitores continuam em paralelo:
$$C_{eq}=C+\frac{C}{2}=\frac{3C}{2}$$
Q27
Eletromagnetismo — Força Magnética — Movimento de carga em campo magnético
O grande colisor de hádrons (LHC) possui um túnel circular de raio $4\text{ km}$, no qual feixes de prótons são mantidos em movimento por um campo magnético uniforme de intensidade $8\times10^{-4}\text{ T}$, perpendicular ao plano do túnel.
Um próton de massa $2\times10^{-27}\text{ kg}$ e carga $1{,}6\times10^{-19}\text{ C}$ circula nesse túnel com velocidade, em $\text{m/s}$, de:
Um laser de hélio-neônio tem comprimento de onda no ar de $6\times10^{-7}\text{ m}$. Em certo meio aquoso, a velocidade da luz foi medida como $2\times10^8\text{ m/s}$. Considere que no ar a velocidade da luz é $3\times10^8\text{ m/s}$.
Nesse meio aquoso, o comprimento de onda da luz, em metros, é:
a)$1\times10^{-7}$
b)$2\times10^{-7}$
c)$3\times10^{-7}$
d)$4\times10^{-7}$
e)$5\times10^{-7}$
Gabarito — resolução Método TEF
d
Resolução
Na refração, a frequência da luz não se altera. Assim:
Faróis de automóveis e alguns focos cirúrgicos usam espelhos esféricos para ampliar imagens. Um filamento de lâmpada de $1\text{ cm}$ está a $4\text{ cm}$ do vértice de um espelho côncavo. Quando emite luz na direção do espelho, forma-se uma imagem real de $3\text{ cm}$ em um anteparo.
A distância focal desse espelho, em centímetros, é de:
a)$3{,}0$
b)$3{,}5$
c)$4{,}0$
d)$4{,}5$
e)$5{,}0$
Gabarito — resolução Método TEF
a
Resolução
O módulo do aumento linear é
$$|A|=\frac{|i|}{|o|}=\frac{3}{1}=3$$
Para uma imagem real, $|A|=q/p$. Como $p=4\text{ cm}$:
Para inferir a carga elétrica de cinco esferas $A$, $B$, $C$, $D$ e $E$, um estudante mediu a força de Coulomb que cada uma exerce separadamente sobre uma mesma esfera teste carregada.
Sabendo que $A$ tem carga elétrica $Q$, o estudante afirmou:
I. A carga de $B$ é $2Q$. II. A carga de $C$ é $Q$. III. A carga de $D$ é $-Q$. IV. A carga de $E$ é $2Q$.
Estão corretas apenas as afirmativas:
a)I, II e IV
b)I, II e IV
c)I e III
d)II e IV
e)II e III
Gabarito — resolução Método TEF
e
Resolução
Pela lei de Coulomb, para a mesma carga teste:
$$F\propto\frac{|q|}{r^2}$$
A força de $B$ é repulsiva e vale $2F$ na mesma distância, portanto sua carga tem sinal oposto ao de $Q$ e módulo $2|Q|$: a afirmativa I é falsa.
Para $C$, a distância é duplicada e a força cai para $F/4$, mantendo o caráter atrativo. Logo, $C$ tem a mesma carga $Q$: II é verdadeira.
Para $D$, a força tem o mesmo módulo na mesma distância, mas é repulsiva; portanto sua carga é $-Q$: III é verdadeira.
Para $E$, a distância é $2d$ e a força continua igual a $F$. Para compensar o fator $4$ no quadrado da distância, o módulo da carga deve ser $4|Q|$, e não $2|Q|$: IV é falsa.
Observação de fidelidade: no caderno original, as alternativas a e b aparecem com o mesmo texto.
Um estudante investigou as forças magnéticas entre dois fios condutores $a$ e $b$, retos, longos e paralelos. Primeiro variou apenas as correntes $i_a$ e $i_b$; depois variou apenas a separação entre os fios.
I. O módulo das forças depende linearmente das intensidades das correntes $i_a$ e $i_b$. II. Quanto menor a separação entre os fios, maior o módulo das forças. III. Quando $i_b$ for nula, a força que o fio $a$ faz sobre o fio $b$ induzirá uma corrente no fio $b$. IV. A atração ou repulsão depende apenas dos sentidos relativos das correntes.
Estão corretas apenas:
a)I, II e IV
b)I, II e III
c)III e IV
d)I e IV
e)II e III
Gabarito — resolução Método TEF
a
Resolução
Para dois fios longos e paralelos:
$$\frac{F}{L}=\frac{\mu_0i_ai_b}{2\pi d}$$
Portanto, o módulo é diretamente proporcional a cada corrente e inversamente proporcional à distância: I e II são verdadeiras.
Se $i_b=0$, não há força magnética entre os fios nessa situação estacionária, e uma força não cria por si só corrente no fio: III é falsa.
Correntes no mesmo sentido se atraem e em sentidos opostos se repelem: IV é verdadeira.
Q32
Física Moderna — Efeito Fotoelétrico — Equação de Einstein
Uma câmera digital possui sensores nos quais a luz incidente é transformada em corrente elétrica através do efeito fotoelétrico.
I. Se $N_F$ fótons de uma dada frequência arrancarem $N_e$ elétrons, aumentar apenas a frequência aumentará também o número de elétrons arrancados. II. Aumentando apenas o número de fótons da luz, aumentará também o número de elétrons arrancados. III. A energia cinética dos elétrons liberados independe da frequência da luz. IV. A energia do fóton deve ser maior do que a função trabalho do sensor para a emissão de elétrons.
Estão corretas apenas:
a)I e III
b)II e IV
c)II e III
d)I, III e IV
e)I, II e IV
Gabarito — resolução Método TEF
b
Resolução
No efeito fotoelétrico, para frequência acima da frequência de corte, aumentar a intensidade — isto é, aumentar o número de fótons incidentes por unidade de tempo — aumenta o número de elétrons emitidos. Assim, II é verdadeira.
A energia cinética máxima é dada por
$$E_{c,max}=hf-\phi$$
Logo, ela depende da frequência, tornando III falsa. Aumentar apenas a frequência não implica, por si só, maior número de elétrons emitidos, portanto I é falsa.
Para ocorrer emissão, é necessário
$$hf>\phi$$
ou, no limiar, $hf=\phi$. Assim, IV expressa a condição de emissão acima do limiar.
