Questões de Física da prova de Ciências da Natureza · 10 questões.
Q31
Cinemática — Movimento Uniformemente Variado
Um automóvel se desloca em movimento uniformemente variado (MUV), ao longo de certo trecho de uma rodovia retilínea, no sentido positivo da rodovia. Em determinado instante $t=0$, o automóvel encontra-se na posição $x=300{,}0\text{ m}$. Nesse instante, um policial rodoviário federal utiliza um radar de velocidade e registra que a velocidade do automóvel é de $15{,}00\text{ m/s}$. Posteriormente, quando o automóvel se encontra $175{,}0\text{ m}$ à frente da sua posição no instante $t=0$, um segundo policial registra que a sua velocidade é de $20{,}00\text{ m/s}$.
Assinale a alternativa que indica a equação horária da posição do automóvel nesse trecho do seu movimento, onde $x$ e $t$ estão em metros e segundos, respectivamente.
A)$x=300{,}0+15{,}00t+0{,}125t^2$
B)$x=300{,}0+15{,}00t+0{,}250t^2$
C)$x=300{,}0+15{,}00t+0{,}500t^2$
D)$x=300{,}0+20{,}00t+0{,}125t^2$
E)$x=300{,}0+20{,}00t+0{,}250t^2$
Gabarito
B
Resolução
Pela equação de Torricelli, $v^2=v_0^2+2a\Delta x$:
A função horária é $x=x_0+v_0t+\dfrac{at^2}{2}$, portanto
$x=300{,}0+15{,}00t+0{,}250t^2$.
Alternativa correta: B.
Q32
Trabalho e Energia — Teorema da Energia Cinética
Um objeto de massa $m=1{,}0\text{ kg}$ se move em linha reta a partir do repouso. O movimento é consequência da ação de uma força resultante variável, que atua sobre o objeto. Considere o gráfico da velocidade do objeto em função do tempo, indicado abaixo, e calcule o trabalho realizado pela força resultante sobre o objeto, entre os instantes $t=2{,}0$ segundos e $t=4{,}0$ segundos.
A)$-8{,}0\text{ J}$
B)$-4{,}0\text{ J}$
C)$-2{,}0\text{ J}$
D)$0\text{ J}$
E)$2{,}0\text{ J}$
Gabarito
A
Resolução
Do gráfico, em $t=2{,}0\text{ s}$, $v=4{,}0\text{ m/s}$, e em $t=4{,}0\text{ s}$, $v=0$.
Pelo teorema da energia cinética, $W_R=\Delta E_c=\dfrac{m}{2}(v_f^2-v_i^2)$.
$W_R=\dfrac{1}{2}(0^2-4^2)=-8{,}0\text{ J}$.
Alternativa correta: A.
Q33
Hidrostática — Pressão em Líquidos
Considere um recipiente grande, com paredes laterais verticais, sem tampa e inicialmente vazio, com base na forma de um quadrado de lado $1{,}00\text{ m}$. Um estudante coloca a base desse recipiente sobre uma superfície horizontal plana. Em seguida, ele despeja água no recipiente a uma taxa constante de $0{,}0250\text{ m}^3$ por segundo, durante $20{,}0$ segundos, preenchendo-o parcialmente. Considere a aceleração da gravidade $10{,}0\text{ m/s}^2$ e a densidade da água $10^3\text{ kg/m}^3$. Após esse intervalo de tempo, quando a água se encontra em repouso, a pressão exercida por ela no fundo do recipiente é igual a
A)$7{,}00\times10^3\text{ Pa}$
B)$6{,}00\times10^3\text{ Pa}$
C)$5{,}00\times10^3\text{ Pa}$
D)$4{,}00\times10^3\text{ Pa}$
E)$3{,}00\times10^3\text{ Pa}$
Gabarito
C
Resolução
O volume despejado é $V=0{,}0250\times20=0{,}500\text{ m}^3$.
Como a área da base é $A=1{,}00^2=1{,}00\text{ m}^2$, a altura da coluna de água é $h=V/A=0{,}500\text{ m}$.
O Sr. José pretende usar uma bolsa térmica de borracha, com água em seu interior, para aliviar dores no joelho. Um volume de $1\text{ L}$ de água, colocado para aquecer em um fogão, atingiu a temperatura $T=90\ ^\circ\text{C}$. Então, ele decidiu juntar, ao volume de $1\text{ L}$ da água aquecida a $90\ ^\circ\text{C}$, $1\text{ L}$ de água da torneira, cuja temperatura era $30\ ^\circ\text{C}$. Supondo que toda troca de calor ocorre apenas entre os volumes de água, qual é a temperatura de equilíbrio da água na bolsa?
A)$35\ ^\circ\text{C}$
B)$50\ ^\circ\text{C}$
C)$60\ ^\circ\text{C}$
D)$80\ ^\circ\text{C}$
E)$95\ ^\circ\text{C}$
Gabarito
C
Resolução
Como são massas iguais da mesma substância e não há perdas de calor, a temperatura de equilíbrio é a média aritmética:
$T_e=\dfrac{90+30}{2}=60\ ^\circ\text{C}$.
Alternativa correta: C.
Q35
Termodinâmica — Primeira Lei
Um gás confinado em um recipiente sofre um processo termodinâmico de expansão isobárica, em que seu volume aumenta de $0{,}1500\text{ m}^3$ para $0{,}3500\text{ m}^3$, sob uma pressão constante de $10^3\text{ Pa}$. Nesse processo, o gás libera para o ambiente uma quantidade de calor igual a $100{,}0\text{ J}$. Quanto vale a variação da energia interna do gás nesse processo termodinâmico?
A)$-300{,}0\text{ J}$
B)$-200{,}0\text{ J}$
C)$-100{,}0\text{ J}$
D)$100{,}0\text{ J}$
E)$200{,}0\text{ J}$
Gabarito
A
Resolução
Na expansão isobárica, o trabalho realizado pelo gás é $W=p\Delta V$:
$W=10^3(0{,}3500-0{,}1500)=200\text{ J}$.
Como o gás libera $100\text{ J}$, $Q=-100\text{ J}$. Pela primeira lei, $\Delta U=Q-W$:
$\Delta U=-100-200=-300\text{ J}$.
Alternativa correta: A.
Q36
Óptica — Refração e Dispersão
Considerando meios materiais transparentes e os índices de refração que os caracterizam, o que se pode afirmar, corretamente, sobre o comportamento da propagação de ondas eletromagnéticas nesses meios?
A)Quando um raio de luz branca se propaga em um meio, a frequência da onda de cada cor que o compõe se modifica por causa do fenômeno da refração do meio.
B)Quando um raio de luz branca se propaga em um meio, as velocidades de propagação das ondas das diferentes cores que compõem o raio de luz branca são maiores que a velocidade da luz no vácuo.
C)Quando um raio de luz branca se propaga em um meio, o comprimento da onda de cada cor que o compõe se modifica por causa do fenômeno da refração do meio.
D)Quando um raio de luz branca incide perpendicularmente em uma interface entre dois meios diferentes, o raio sofre um desvio angular devido ao fenômeno da refração.
E)Quando um raio de luz branca incide obliquamente em uma interface entre dois meios, as cores que compõem o raio se dispersam.
Gabarito
C
Resolução
Ao atravessar uma interface, a frequência da luz permanece constante, mas sua velocidade se altera. Como $v=f\lambda$, a mudança de velocidade provoca mudança no comprimento de onda.
Assim, a afirmação correta é a alternativa C.
Q37
Eletrostática — Energia em Capacitores
Desfibriladores externos automáticos (DEA, como o da figura abaixo) são dispositivos utilizados para a aplicação de choques elétricos controlados com o objetivo de restaurar o ritmo cardíaco. Os capacitores são componentes fundamentais dos DEA. Quando o DEA é acionado, a energia previamente armazenada nos capacitores é liberada para o corpo do paciente na forma de um pulso elétrico. Um capacitor tipicamente usado em um DEA tem capacitância de $120{,}0\ \mu\text{F}$ e é carregado sob uma tensão de $2000\text{ V}$.
Nesse caso, qual é a energia potencial eletrostática armazenada nesse capacitor? Dado: $1\ \mu\text{F}=10^{-6}\text{ F}$.
A)$120{,}0\text{ J}$
B)$240{,}0\text{ J}$
C)$360{,}0\text{ J}$
D)$480{,}0\text{ J}$
E)$600{,}0\text{ J}$
Gabarito
B
Resolução
A energia armazenada em um capacitor é $E=\dfrac{CV^2}{2}$.
Em regiões muito frias, frequentemente os hospitais utilizam, além do sistema de aquecimento dos prédios, mantas térmicas elétricas para manter seus pacientes aquecidos. Uma manta térmica, composta de vários materiais, tem capacidade térmica $C=13200\text{ J/}^\circ\text{C}$. A manta é aquecida por uma resistência elétrica $R=11{,}0\ \Omega$ e a camada mais externa da manta é feita de um excelente isolante térmico. A energia elétrica é fornecida ao hospital em tomadas de $220\text{ V}$. Sabendo que a temperatura nos quartos individuais é mantida em $20{,}0\ ^\circ\text{C}$, em quantos segundos a manta térmica alcança a temperatura de $40{,}0\ ^\circ\text{C}$?
A)$15\text{ s}$
B)$30\text{ s}$
C)$60\text{ s}$
D)$120\text{ s}$
E)$240\text{ s}$
Gabarito
C
Resolução
A energia térmica necessária é $Q=C\Delta T=13200\times20=264000\text{ J}$.
A potência elétrica dissipada é $P=\dfrac{V^2}{R}=\dfrac{220^2}{11}=4400\text{ W}$.
Um estudante dispõe de alguns geradores de corrente contínua, receptores e resistores ôhmicos. Seu objetivo é descobrir a resistência $R_x$ de um dos resistores. Para isso, inicialmente ele monta o Circuito A, mostrado a seguir, com apenas um gerador e um resistor, e observa que uma corrente elétrica de $0{,}80\text{ A}$ percorre o circuito. Em seguida, ele monta o Circuito B contendo três geradores, um receptor e dois resistores. Nesse caso, a corrente elétrica é de $0{,}60\text{ A}$.
Com base nessas informações, o estudante conclui, corretamente, que a resistência desconhecida $R_x$ é igual a
A)$\dfrac{7R}{5}$
B)$\dfrac{5R}{9}$
C)$\dfrac{3R}{7}$
D)$\dfrac{5R}{3}$
E)$\dfrac{2R}{9}$
Gabarito
D
Resolução
No Circuito A, $\varepsilon=RI_A=0{,}80R$.
No Circuito B, pela orientação mostrada na figura, a força eletromotriz resultante é $2\varepsilon$. Assim, $0{,}60(R+R_x)=2\varepsilon=1{,}60R$.
Ímãs permanentes são muito utilizados em vários dispositivos eletroeletrônicos em hospitais, especialmente em motores elétricos. Considere um ímã permanente na forma de um cilindro vertical, como mostrado na figura abaixo. Os pontos $d$, $b$ e $e$ estão ao longo da mesma linha horizontal, na altura da metade do cilindro.
Usando o modelo de linhas de campo que representa a distribuição do vetor campo magnético produzido pelo ímã, é incorreto afirmar sobre esse vetor que
A)no ponto $a$, muito próximo ao polo Norte do ímã, o vetor campo magnético é vertical com sentido de baixo para cima.
B)no ponto $b$, muito próximo à parte central do ímã, o vetor campo magnético é vertical com sentido de cima para baixo.
C)no ponto $c$, muito próximo ao polo Sul do ímã, o vetor campo magnético é vertical com sentido de cima para baixo.
D)no ponto $d$, muito próximo à parte central do ímã, o vetor campo magnético é vertical com sentido de cima para baixo.
E)no ponto $e$, muito distante da parte central do ímã, o vetor campo magnético é vertical com sentido de cima para baixo.
Gabarito
C
Resolução
Fora do ímã, as linhas de campo magnético saem do polo Norte e entram no polo Sul. Portanto, imediatamente acima do polo Norte, o campo aponta para cima; nas regiões laterais, aponta predominantemente de cima para baixo.
Já imediatamente abaixo do polo Sul, o campo deve apontar para cima, entrando no polo Sul. Assim, a afirmação de que em $c$ o vetor aponta de cima para baixo é incorreta.
