Prova UPE SSA2 2012 — Física com Gabarito e Resolução

Óptica — Reflexão e espelhos — Espelho convexo

Leia o seguinte texto: Uma proposta da geoengenharia é tentar refletir mais luz solar de volta ao espaço, com o intuito de diminuir as concentrações de luz solar e reduzir a quantidade de gases estufa presos na atmosfera. Diferentes métodos têm sido sugeridos para alcançar esse objetivo, um deles seria a colocação de um espelho de 240 km de tamanho entre a Terra e o Sol. Disponível em: http://www.informaction.org/cgibin/index.php?main=po_greenhouse_solutions&language=portuguese&countries= menua_countries&s=Greenhouse%20effect Considere que esse grande espelho, acima da camada da atmosfera, estará em órbita geoestacionária. Com base nessas informações, qual seria o tipo de espelho que mais divergiria os raios solares?

A)Esférico côncavo

B)Esférico convexo

C)Plano

D)Qualquer tipo de espelho esférico

E)Qualquer tipo de espelho plano

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Divergência. Para espalhar o feixe de raios solares (paralelos), o espelho deve ser convexo, pois faz um feixe paralelo divergir.

2. Os outros. O espelho côncavo converge os raios para o foco, e o plano apenas os reflete sem alterar o paralelismo.

Óptica — Refração — Reflexão total

O uso de fibras ópticas tem trazido grandes avanços na área das Telecomunicações. Sinais de luz são transmitidos por meio desses dispositivos através do fenômeno da reflexão interna total. Considere um feixe de luz atravessando a interface entre dois meios de índices de refração n1 e n2. De acordo com a Lei de Snell da Refração, é possível demonstrar a expressão do ângulo limite para que ocorra a reflexão interna total: θlimite = arcsen(n₂/n₁).

Pode-se inferir, então, que a condição para ocorrer reflexão interna total é

A)n₁ > n₂

B)n₁ < n₂

C)n₁ = n₂

D)n₁ = n₂/2

E)n₁ = n₂/4

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Ângulo limite.

$$\theta_{lim}=\arcsin\left(\dfrac{n_2}{n_1}\right)$$

Para o arco existir, $n_2/n_1<1$.

2. Condição. A luz deve ir do meio mais refringente para o menos refringente, com incidência acima do ângulo limite:

$$n_1>n_2$$

Essa condição é necessária, mas sozinha não basta.

Óptica — Reflexão e espelhos — Ângulo com o espelho

Um raio luminoso reflete-se em um espelho plano. O ângulo entre os raios incidente e refletido mede 60º. Qual é o ângulo que o raio refletido forma com a superfície do espelho?

A)15º

B)30º

C)45º

D)60º

E)75º

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Ângulo entre incidente e refletido.

$$2i=60^\circ\;\Rightarrow\;i=r=30^\circ\text{ (com a normal)}$$

2. Com a superfície.

$$90^\circ-30^\circ=60^\circ$$

Termologia — Transmissão de calor — Condução: fluxo de calor

O fundo de uma panela de alumínio tem espessura 0,30 cm e área de 450 cm². Ao colocá-la sobre uma chama acesa, as temperaturas interna e externa do fundo são de 120o C e 300o C, respectivamente. Qual o fluxo calorífico através do fundo da panela, sabendo que o coeficiente de condutibilidade do alumínio é 0,05 cal/s.cm.o C?

A)10.500 cal/s

B)11.000 cal/s

C)11.500 cal/s

D)12.500 cal/s

E)13.500 cal/s

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Lei de Fourier. Com $e=0{,}30\text{ cm}$:

$$\Phi=\dfrac{k\,A\,\Delta T}{e}=\dfrac{0{,}05\cdot450\cdot(300-120)}{0{,}30}$$

$$\Phi=13\,500\text{ cal/s}$$

Termologia — Termodinâmica — Gases: ciclo no diagrama pt

Um gás ideal de 1 mol e CV = 3R/2 descreve o ciclo apresentado na figura no plano (P, T). A prolongação do segmento BC passa pela origem. Com base nessas informações, analise os itens a seguir: I. A pressão P1 é igual a 2 atm II. O processo AB tem Δ U = 0 III. O processo BC tem W = 0, Δ U = Q = 45R IV. O processo CA tem W = -30R, Q= -75R e Δ U = 45R Estão CORRETOS

A)I, II, III e IV.

B)I, II e III.

C)II, III e IV.

D)II e IV.

E)III e IV.

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Afirmativa I. BC passa pela origem no plano $(P,T)$, então é isocórico e $P/T$ é constante:

$$\dfrac{P_1}{60}=\dfrac{1}{30}\;\Rightarrow\;P_1=2\text{ atm}$$

I) Verdadeira.

2. Afirmativa II. AB é isotérmico: $\Delta U=0$. Verdadeira.

3. Afirmativa III. BC (isocórico):

$$\Delta U=\dfrac{3R}{2}(60-30)=45R\qquad W=0\qquad Q=45R$$

III) Verdadeira.

4. Afirmativa IV. CA:

$$\Delta U=-45R\qquad W=R(30-60)=-30R\qquad Q=-75R$$

IV) Falsa. Erra o sinal de $\Delta U$ (seria $-45R$).

Termologia — Calorimetria — Fusão do gelo

Qual massa de gelo a 0o C deve ser misturada com 100 g de água a 80o C, para que a temperatura de equilíbrio seja de 20o C, sabendo-se que o calor específico da água vale 1 cal/go C e que o calor latente de fusão da água vale 80 cal/g?

A)30 g

B)60 g

C)72 g

D)120 g

E)180 g

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Calor cedido pela água.

$$Q=100\cdot1\cdot(80-20)=6000\text{ cal}$$

2. Calor recebido por 1 g de gelo. Funde ($80\text{ cal}$) e aquece de $0$ a $20\,{}^\circ\text{C}$ ($20\text{ cal}$):

$$80+20=100\text{ cal/g}$$

3. Massa.

$$100\,m=6000\;\Rightarrow\;m=60\text{ g}$$

Termologia — Termodinâmica — Leis: ciclo de carnot

Sobre as leis da termodinâmica, analise os itens a seguir: I. A lei zero da termodinâmica diz: Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, logo esses dois corpos também estarão em equilíbrio térmico entre si. II. A primeira lei da termodinâmica expressa o princípio de conservação de energia. III. O ciclo de Carnot é um exemplo de processo reversível, entretanto a expansão livre é um exemplo de processo irreversível. IV. De acordo com a segunda lei da termodinâmica: Não existem máquinas térmicas e refrigeradores perfeitos. V. O ciclo de Carnot é uma máquina ideal, composta por duas isotermas e uma adiabática. VI. Num ciclo reversível, a variação de entropia do sistema é nula. Estão CORRETOS

A)I, II, III, IV, V e VI.

B)I, II, IV, V e VI.

C)IV, V e VI.

D)II, IV e V.

E)I, II, III, IV e VI.

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

I) Verdadeira. Lei zero: equilíbrio térmico é transitivo.

II) Verdadeira. A primeira lei expressa a conservação de energia.

III) Verdadeira. Carnot é reversível, e a expansão livre é irreversível.

IV) Verdadeira. Segunda lei: não existem máquinas térmicas nem refrigeradores perfeitos.

V) Falsa. O ciclo de Carnot tem duas isotermas e duas adiabáticas.

VI) Verdadeira. Em um ciclo reversível, $\Delta S=0$.

Corretas: I, II, III, IV e VI.

Óptica — Lentes — Índice relativo

Sabe-se que uma lente biconvexa, de índice de refração n, é convergente quando imersa num meio de índice de refração nA e divergente quando imersa num meio de índice de refração nB. Logo, é CORRETO afirmar que

A)nA < n < nB

B)nA < nB < n

C)n < nA < nB

D)n < nA = nB

E)n = nA > nB

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Lente biconvexa. A vergência tem o sinal de $\dfrac{n}{n_{meio}}-1$.

2. Convergente no meio A.

$$\dfrac{n}{n_A}>1\;\Rightarrow\;n>n_A$$

3. Divergente no meio B.

$$\dfrac{n}{n_B}<1\;\Rightarrow\;n

4. Conclusão.

$$n_A

Termologia — Termometria — Celsius e fahrenheit

Foram mergulhados, num mesmo líquido, dois termômetros: um graduado na escala Celsius, e o outro, na escala Fahrenheit. A leitura em Fahrenheit supera em 100 unidades a leitura em Celsius. Qual era a temperatura desse líquido?

A)85ºF

B)100ºF

C)130ºF

D)165ºF

E)185ºF

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Relações. $F=1{,}8\,C+32$ e, pelo enunciado, $F=C+100$:

$$1{,}8\,C+32=C+100\;\Rightarrow\;0{,}8\,C=68\;\Rightarrow\;C=85\,{}^\circ\text{C}$$

2. Fahrenheit.

$$F=85+100=185\,{}^\circ\text{F}$$

Termologia — Dilatação térmica — Comportamento da água

Em virtude de as moléculas de água no estado líquido estarem unidas por um tipo especial de ligação denominada ponte de hidrogênio, a água apresenta um comportamento excepcional quando aquecida. Quando se aquece uma amostra de água de 0o C a 100o C, ela

A)se dilata sempre.

B)se contrai sempre.

C)se dilata e depois se contrai.

D)se contrai e depois se dilata.

E)mantém volume constante.

Gabarito oficial — SSA 2 2012

Resolução

1. Comportamento anômalo. De $0$ a $4\,{}^\circ\text{C}$ o volume da água diminui (contrai). Acima de $4\,{}^\circ\text{C}$ ela dilata.

Portanto: se contrai e depois se dilata.

UPE SSA2 2012 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados para as questões numéricas