TERMOLOGIA — CALORIMETRIA — AQUECIMENTO E VAPORIZAÇÃO
Um aprendiz de cozinheiro colocou 1,0 litro de água em temperatura ambiente (25°C) numa panela sem tampa e a deixou aquecendo em um fogão elétrico, sobre uma boca de potência de 2000 W. Considerando-se que toda a energia fornecida pela boca é absorvida pela água, qual o tempo mínimo aproximado em que toda a água evapora? Dados: calor latente de vaporização da água = 2256 kJ/kg calor específico da água = 4,2 kJ/kg°C densidade da água = 1000 kg/m3
A)18,2 min
B)21,4 min
C)36,0 min
D)42,7 min
E)53,8 min
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
B
A massa de 1 L é 1 kg. Primeiro, Q₁ = mcΔT = 1 × 4,2 × 75 = 315 kJ; depois, Q₂ = mL = 2256 kJ. A energia total é 2571 kJ. Como P = 2 kJ/s, t = 1285,5 s = 21,4 min. Não basta considerar apenas a mudança de fase.
24
TERMODINÂMICA — PRIMEIRA LEI — CICLO NO DIAGRAMA P–V
Um estudo do ciclo termodinâmico sobre um gás que está sendo testado para uso em um motor à combustão no espaço é mostrado no diagrama a seguir. Se ∆Eint representa a variação de energia interna do gás, e Q é o calor associado ao ciclo, analise as alternativas e assinale a CORRETA.
A)∆Eint = 0, Q > 0
B)∆Eint = 0, Q < 0
C)∆Eint > 0, Q < 0
D)∆Eint < 0, Q > 0
E)∆Eint = 0, Q = 0
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
B
Em um ciclo, o gás retorna ao estado inicial: ΔU = 0. O percurso é anti-horário, portanto o trabalho realizado pelo gás é negativo. Pela primeira lei, ΔU = Q − W, logo Q = W < 0.
25
ÓPTICA — REFRAÇÃO — DISPERSÃO DA LUZ
A dependência do índice de refração, n, com o comprimento de onda da luz, λ, para vidros de sílica fundida (A) e silicato de alumínio (B), é mostrada na figura a seguir: Considere a correlação entre cores e comprimento de onda da luz, mostrada na tabela a seguir: Cor Comprimento de Onda (nm) Azul 450 - 495 Verde 495 - 570 Vermelho 620 - 750 É CORRETO afirmar que
A)a velocidade da luz verde é maior no vidro A em comparação ao vidro B.
B)para os dois vidros, o índice de refração na região do azul é menor que na região do vermelho.
C)o índice de refração na região do vermelho é menor para o vidro B em comparação ao índice do vidro A.
D)para um feixe de luz vermelha, passando do ar para o vidro, formando um ângulo de incidência de 30° com a normal, o ângulo de refração dentro de um vidro será menor, se ele for do tipo B.
E)para um feixe de luz verde, passando do ar para o vidro, o comprimento de onda da luz incidente aumenta quando passa pelo vidro A e diminui ao passar pelo vidro B.
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
ANULADA
Questão anulada no gabarito definitivo. No gráfico, nB > nA. Como v = c/n, a velocidade no vidro A é maior: a alternativa A é verdadeira. Pela lei de Snell, um índice maior produz menor ângulo refratado, tornando D também verdadeira. Essa análise explica a ambiguidade física; o documento de gabarito não informa a justificativa administrativa da anulação.
26
ÓPTICA — ESPELHOS PLANOS — DISTÂNCIA DA IMAGEM
Como funciona o foco automático das câmeras fotográficas? Existem basicamente dois sistemas: o primeiro é o usado por câmeras do tipo reflex. Apertando levemente o botão disparador, alguns fachos de luz entram na máquina e, depois de rebatidos, atingem um sensor. Este envia as informações para um microprocessador dentro da máquina, que calcula a distância e ajusta o foco por meio de um pequeno motor, que regula a lente na posição adequada. O segundo sistema é aquele, que envia raios de luz infravermelha, usado em geral por máquinas compactas, totalmente automáticas. Na frente do corpo da câmera, há um dispositivo que emite os raios. Eles batem no objeto focalizado e voltam para um sensor localizado logo abaixo do emissor infravermelho. Com base nos reflexos, a máquina calcula a distância do objeto e ajusta o foco. Fonte: http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-funciona-o-foco-automatico-das-camerasfotograficas, acessado em 13 de julho de 2016. Um sistema de segurança foi criado para a vigilância e o monitoramento de todos os pontos de uma sala. Para isso, utilizou-se uma câmera de foco automático, do tipo reflex, instalada no centro da parede AB, e um espelho em toda a parede CD, conforme ilustra a figura a seguir (vista superior da sala). A sala, de formato retangular, possui dimensões 12 m x 4 m x 3 m. Então, para focar CORRETAMENTE um objeto no ponto A da sala, na mesma altura da câmera, o foco deverá ser ajustado em
A)4 m.
B)6 m.
C)8 m.
D)10 m.
E)16 m.
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
D
A imagem do ponto A fica 4 m atrás do espelho. A câmera está 4 m à frente dele e 6 m deslocada na direção paralela à parede. A distância até a imagem é √(8² + 6²) = 10 m. É essa distância óptica que determina o foco.
27
TERMOLOGIA — CALORIMETRIA — EQUILÍBRIO TÉRMICO
O primeiro banho de um recém-nascido só deve acontecer cerca de seis horas após o nascimento, quando sua temperatura corporal e suas funções cardiorrespiratórias estiverem estáveis. (...) A temperatura ideal da água é entre 36°C e 37°C. É possível medir a temperatura com termômetros específicos para o banho ou usando o antebraço. É comum que a temperatura ideal da água para o banho do bebê dê a impressão de morna aos adultos. Por isso, testar no antebraço ou com o dorso da mão é mais eficiente. Fonte: http://revistacrescer.globo.com/Revista/Crescer/0,,EMI330848-18560,00.html, acessado em 13 de julho de 2016. Seguindo as recomendações, uma mãe que vai dar banho em seu filho recém-nascido vai misturar duas porções de água: uma com temperatura de 20°C (fria) e outra mais quente, ambas em uma banheira de 20 litros. A banheira deve estar com água fria em 2/3 de sua capacidade antes de se misturar à porção de água quente. Quantos litros de água a mãe deve ferver a 100º C para misturar com a água fria, visando atingir a temperatura ideal do banho de 36°C ?
A)0,30
B)1,20
C)3,33
D)16,7
E)53,3
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
C
O volume de água fria é 20 × 2/3 = 40/3 L. Desprezando perdas e a capacidade térmica da banheira, Vquente(100 − 36) = (40/3)(36 − 20). Assim, Vquente = 10/3 L ≈ 3,33 L.
28
ÓPTICA — REFRAÇÃO — MIRAGENS
A Lei 13.290 modifica o Art.40 do Código de Trânsito Brasileiro e diz: ―O condutor manterá acesos os faróis do veículo, utilizando luz baixa durante a noite e durante o dia, nos túneis providos de iluminação pública e nas rodovias;‖. (...) Aumenta mesmo a visibilidade? Sim. Mesmo de dia, a luz faz diferença; afirma-se que, ao acender os faróis, a visibilidade do veículo aumenta em 60%. (...) Em situações de Sol a pino, que criam ―miragens‖ na pista (efeito de pista molhada), é muito difícil distinguir se um veículo está vindo em sua direção ou indo na direção contrária. (...) E isso aumenta a segurança? Sim. No Brasil, a maior causa de morte no trânsito são as colisões frontais. Embora sejam apenas 4,1% das ocorrências, causam 33,7% dos óbitos. Essas colisões acontecem, principalmente, em tentativas malsucedidas de ultrapassagem. Já com a luz acesa, o veículo pode ser visto antes, prevenindo quem vem na direção oposta, evitando acidentes. Fonte: http://www.penaestrada.com.br/lei-do-farol-aceso-duvidas/, acessado em 14 de julho de 2016. (Adaptado) Acerca das informações do texto e dos conhecimentos básicos da óptica geométrica, é CORRETO afirmar que
A)a cor de um veículo não influencia na sua visibilidade por parte de outros motoristas.
B)o fenômeno da ―miragem‖ citado no texto pode ser explicado por efeitos decorrentes da refração e reflexão da luz.
C)o tempo de reação de um motorista – intervalo de tempo entre visualizar um objeto e promover uma intervenção no veículo – diminui com o uso dos faróis nas estradas.
D)um total de 4,1% das ocorrências de colisões aconteceram porque os faróis dos veículos estavam apagados.
E)o fenômeno da ressonância luminosa explica, de forma mais completa, a ―miragem‖ observada por motoristas em uma estrada.
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
B
O ar próximo ao asfalto quente apresenta índice de refração diferente do ar acima. A luz sofre desvios sucessivos por refração e pode sofrer reflexão interna, produzindo a aparência de uma superfície molhada. O texto não permite atribuir as colisões à ausência de faróis nem concluir que estes reduzem o tempo fisiológico de reação.
29
ÓPTICA — LENTES — EQUAÇÃO DE GAUSS
Fotógrafos amadores e profissionais estão utilizando cada vez mais seus smartphones para tirar suas fotografias. A melhora na qualidade das lentes e dos sensores ópticos desses aparelhos está popularizando rapidamente a prática da fotografia, e o número de acessórios e lentes, que se acoplam aos aparelhos, só cresce. Um experimento foi conduzido a fim de produzir um acessório que consiste de uma lente convexa. A distância d da imagem real formada por um objeto posicionado sobre o eixo da lente, a uma distância D até ela, foi anotada em um gráfico. A figura que representa, de forma CORRETA, o resultado do gráfico desse experimento é
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
E
Para uma lente convergente formando imagem real, 1/f = 1/D + 1/d, portanto d = fD/(D − f), com D > f. A função é decrescente: d tende ao infinito quando D se aproxima de f e tende a f quando D aumenta. Entre os desenhos, essa curva corresponde à alternativa E.
30
TERMOLOGIA — DILATAÇÃO — DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
Neste sábado, começa a maior, mais famosa e mais esperada competição do ciclismo mundial, o Tour de France. (...) Do dia 2 ao dia 24 de julho, os ciclistas vão encarar as grandes montanhas francesas e as mais belas paisagens em busca da tão sonhada camisa amarela. (...) Serão vinte e duas etapas - nove planas, uma de alta montanha, nove de montanha e duas de relógio individual - e 3.519 km percorridos ao longo de todo o território francês, uma média de 167,5 km pedalados por dia. Fonte: http://espn.uol.com.br/noticia/610082_equipes-favoritos-camisas-e-curiosidades-saiba-tudo-sobre-o-tour-de-france-2016, acessado em 15 de julho de 2016. (Adaptado) Ao longo dessa competição, um ciclista viaja por diversos locais, onde ele e sua bicicleta experimentam as mais diferentes temperaturas. Desejando um melhor desempenho aerodinâmico na prova, um atleta analisa o comportamento geométrico dos raios (barras cilíndricas maciças) disponíveis para instalar nas rodas de sua bicicleta, com a variação de temperatura. Em seu experimento, dois raios de alumínio, A e B, de comprimentos L e 2L e diâmetros 4r e 2r, respectivamente, são aquecidos até a mesma temperatura, a partir de uma mesma temperatura inicial. A razão entre o aumento de volume do raio A com respeito ao raio do tipo B é
A)1 : 1
B)1 : 2
C)2 : 1
D)1 : 4
E)4 : 1
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
C
Como os raios são do mesmo material e recebem o mesmo ΔT, ΔV = γV₀ΔT, e a razão entre dilatações é a razão entre volumes iniciais. VA = π(2r)²L = 4πr²L; VB = πr²(2L) = 2πr²L. Logo ΔVA/ΔVB = 2.
31
TERMOLOGIA — TRANSMISSÃO DE CALOR — CHOQUE TÉRMICO
Em dias com grandes variações de temperatura, um fenômeno curioso pode ocorrer em alguns copos de vidro: racham, quebram ou explodem sem nenhum impacto ou queda. Com base nas propriedades térmicas do vidro utilizado na fabricação do copo, uma explicação para esse fenômeno é
A)a baixa condutividade térmica.
B)a alta condutividade térmica.
C)o calor específico alto.
D)o baixo ponto de fusão.
E)o alto ponto de fusão.
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
A
A baixa condutividade térmica do vidro dificulta a equalização rápida da temperatura. Partes do copo podem aquecer ou esfriar em ritmos diferentes e se dilatar de forma desigual, produzindo tensões que provocam a ruptura.
32
TERMODINÂMICA — MÁQUINAS TÉRMICAS — LIMITE DE CARNOT
As máquinas térmicas são capazes de converter calor em trabalho. Elas funcionam em ciclos e utilizam duas fontes de temperaturas diferentes: uma quente, de onde recebe calor, e uma fria, para onde o calor rejeitado é direcionado. A respeito das máquinas térmicas, é importante saber que elas não transformam todo o calor em trabalho, ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 100%. Fonte: http://www.infoescola.com/fisica/maquina-termica/, acessado em 15 de julho de 2016. (Adaptado) Um esquema de máquina térmica eficiente é mostrado na figura a seguir: No que diz respeito à máquina representada, assinale a alternativa CORRETA.
A)Ela é ideal.
B)Pode funcionar como esquematizada, uma vez que não viola as Leis da Termodinâmica.
C)Só pode funcionar entre essas temperaturas, se o calor rejeitado for igual a 12 kJ.
D)Trabalha abaixo da eficiência de Carnot.
E)Não pode funcionar da forma esquematizada.
Gabarito definitivo — SSA 2 2017
E
O trabalho indicado é 40 − 8 = 32 kJ, de modo que η = 32/40 = 80%. As temperaturas absolutas são 1000 K e 300 K; o máximo de Carnot é 1 − 300/1000 = 70%. Embora respeite o balanço de energia, o esquema supera esse máximo e viola a segunda lei. Não pode funcionar como representado.
