Prova UPE SSA2 2019 — Física com Gabarito e Resolução

Q23

Termologia — Dilatação térmica — Conceitual

Assinale a alternativa que indica o evento da natureza que pode ser observado com coerência pelos estudos da calorimetria e dilatação térmica.

A)A água, ao passar do estado líquido para o sólido, diminui de volume.

B)Ao adicionar uma pedra de gelo em um copo preenchido parcialmente por água líquida, o volume total dentro do copo diminui, uma vez que a água possui um comportamento anômalo ao congelar.

C)Transferir energia térmica para uma barra de ferro, cujo ponto de fusão é acima de $1.000^\circ\text{C}$, fazendo-a passar de $35^\circ\text{C}$ para $50^\circ\text{C}$, não a fará dilatar, por estar muito longe do seu ponto de fusão.

D)A água aumenta de volume ao solidificar-se.

E)A variação da dilatação térmica é inversamente proporcional ao tamanho inicial do material, ou seja, quanto menor for o material, maior será sua variação de dilatação ao aquecer.

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

D

Resolução

A) Falsa. Ao solidificar, a água aumenta de volume.

B) Falsa. O gelo ocupa mais volume que a água líquida de mesma massa, então o volume no copo não diminui.

C) Falsa. Todo sólido aquecido se dilata, mesmo longe do ponto de fusão.

D) Correta. Comportamento anômalo da água: a estrutura cristalina do gelo ocupa mais espaço, e por isso o gelo flutua.

E) Falsa. A dilatação é diretamente proporcional ao tamanho inicial:

$$\Delta L=L_0\,\alpha\,\Delta T$$

Q24

Termologia — Transmissão de calor — Conceitual

Sobre o estudo da Propagação do Calor, assinale a alternativa CORRETA.

A)A condução térmica pode ser observada em um balão provido de maçarico, para aquecer o ar em seu interior, fazendo-o subir.

B)A condução térmica pode ser observada no estudo meteorológico de frentes de ar quente e fria, nos continentes, vindas do mar.

C)A radiação térmica não afeta o processo de dilatação dos materiais na Terra, uma vez que a energia vem de muito longe, do Sol, fazendo-a perder força.

D)A radiação térmica ocorre apenas do Sol para a Terra. Em nenhum outro evento da natureza ocorre tal situação.

E)A condução térmica pode ser observada no aquecimento de uma colher, à temperatura ambiente, quando esta é colocada em contato com uma panela no fogo por certo intervalo de tempo.

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

E

Resolução

A) Falsa. O ar quente subindo no balão é convecção.

B) Falsa. Frentes de ar quente e frio são correntes de convecção.

C) Falsa. A radiação solar é a principal fonte de aquecimento (e dilatação) na superfície terrestre.

D) Falsa. Todo corpo aquecido emite radiação térmica.

E) Correta. A colher aquece por contato com a panela, sem transporte de matéria: é condução.

Q25

Termologia — Calorimetria — Equilíbrio Térmico: Mistura de Águas

Um estudante do ensino médio realizou o seguinte procedimento: pegou uma pequena caixa de isopor com tampa, um termômetro e água. Colocou na caixa $1.200\text{ g}$ de água à temperatura ambiente, $20^\circ\text{C}$, e, logo após, $160\text{ g}$ de água a $60^\circ\text{C}$. Ficou monitorando a temperatura até que ela não se alterasse com o tempo.

Assim, observou o valor da temperatura de equilíbrio, que era o seguinte:

Dado: $c_{\text{água}}=1\text{ cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$; considere desprezível a capacidade térmica da caixa de isopor.

A)$24{,}7^\circ\text{C}$

B)$30{,}3^\circ\text{C}$

C)$40{,}5^\circ\text{C}$

D)$42{,}5^\circ\text{C}$

E)$55{,}2^\circ\text{C}$

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

A

Resolução

1. Sistema isolado. A soma dos calores trocados é nula:

$$Q_1+Q_2=0\;\Rightarrow\;m_1c(T_e-20)+m_2c(T_e-60)=0$$

2. Valores.

$$1200(T_e-20)+160(T_e-60)=0$$

$$1360\,T_e=24\,000+9\,600=33\,600$$

3. Temperatura de equilíbrio.

$$T_e=\dfrac{33\,600}{1360}\approx24{,}7\,{}^\circ\text{C}$$

Q26

Óptica — Princípios da óptica — Câmara Escura de Orifício

Um adolescente chegou da escola e encontrou uma caixa de geladeira de papelão; levou-a para o quintal e entrou nela. Fez um pequeno orifício na parede lateral superior e viu uma imagem completa de um poste de eletricidade projetada na parede da caixa. Mediu algumas distâncias: altura da imagem do poste, $12{,}5\text{ cm}$; do orifício à imagem, $75\text{ cm}$; e do orifício ao poste, $42\text{ m}$.

Com essas medidas, ele conseguiu achar a altura aproximada do poste, que corresponde a

A)$7.000\text{ cm}$

B)$910\text{ cm}$

C)$25{,}2\text{ m}$

D)$22{,}5\text{ m}$

E)$7{,}00\text{ m}$

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

E

Resolução

1. Semelhança de triângulos. Câmara escura: a razão entre a altura e a distância ao orifício é a mesma para a imagem e para o objeto.

$$\dfrac{h_i}{d_i}=\dfrac{h_o}{d_o}$$

2. Valores em metros. $h_i=0{,}125\text{ m}$, $d_i=0{,}75\text{ m}$ e $d_o=42\text{ m}$:

$$h_o=\dfrac{0{,}125\cdot42}{0{,}75}=7{,}00\text{ m}$$

Q27

Óptica — Reflexão e espelhos — Reflexão Interna Total em Prisma Cilíndrico

Uma obra de arte consiste em um prisma de acrílico na forma de um quarto de cilindro que foi instalado no teto de uma sala. Um feixe de luz horizontal atinge, de forma perpendicular, o prisma, iluminando o teto da sala.

Figura indisponível nesta versão do acervo — a resolução a seguir usa a geometria padrão de incidência radial em um quarto de cilindro, consistente com o enunciado.

Sabendo que o raio do cilindro é igual a $3\text{ m}$ e o índice de refração do acrílico é igual a $n=2$, qual a mínima distância $d$, aproximada, em que a luz pode ser projetada a partir do prisma?

A)$10\text{ cm}$

B)$20\text{ cm}$

C)$30\text{ cm}$

D)$40\text{ cm}$

E)$50\text{ cm}$

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

E

Resolução

1. Ângulo limite. Acrílico para o ar:

$$\sin\theta_c=\dfrac{1}{n}=\dfrac{1}{2}\;\Rightarrow\;\theta_c=30^\circ$$

2. Limitação. A distância mínima $d$ depende da geometria da figura (posição do feixe, do prisma e do teto), que não está disponível neste acervo. O cálculo completo não pode ser refeito aqui.

3. Gabarito. Mantém-se o oficial ($50\text{ cm}$). A condição física é que só escapa a luz cujo ângulo de incidência na superfície curva seja menor que $30^\circ$.

Q28

Óptica — Lentes — Lente Convergente com Objeto em Movimento

Uma lente delgada $L$, de distância focal $f=10\text{ cm}$, foi instalada em um trilho horizontal, próxima a uma tela de projeção. Uma pequena bola parte de uma distância $D=40\text{ cm}$ da lente em $t=0$. A bola tem velocidade constante de módulo $v=2\text{ cm/s}$, que aponta em direção ao centro óptico da lente, conforme ilustra a figura.

Figura indisponível nesta versão do acervo — não é essencial, já que a posição inicial, a velocidade e a distância à tela estão todas descritas no texto.

Se a tela de projeção está a uma distância $d=15\text{ cm}$ da lente, em quanto tempo uma imagem nítida da bola é formada na tela?

A)$1\text{ s}$

B)$5\text{ s}$

C)$10\text{ s}$

D)$15\text{ s}$

E)$20\text{ s}$

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

B

Resolução

1. Posição do objeto para imagem na tela. $f=10\text{ cm}$ e $p\,'=15\text{ cm}$:

$$\dfrac{1}{p}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{p\,'}=\dfrac{1}{10}-\dfrac{1}{15}=\dfrac{1}{30}\;\Rightarrow\;p=30\text{ cm}$$

2. Deslocamento da bola. Ela parte de $40\text{ cm}$ e precisa chegar a $30\text{ cm}$:

$$\Delta x=40-30=10\text{ cm}$$

3. Tempo (MRU).

$$t=\dfrac{\Delta x}{v}=\dfrac{10}{2}=5\text{ s}$$

Q29

Termologia — Gases — Gás Ideal e Equilíbrio de Pistão

Um cilindro contendo $n=2$ mols de um gás ideal está fechado por um pistão de massa $M=16\text{ kg}$. A altura do pistão em relação à base do cilindro é igual a $h=50\text{ cm}$, e o volume do gás dentro do pistão é igual a $1.225\text{ cm}^3$.

Figura indisponível nesta versão do acervo — a área do pistão é derivada do volume e da altura fornecidos no texto, tornando a figura não essencial ao cálculo.

Obtenha o valor da pressão atmosférica no exterior do cilindro, se a temperatura do gás for igual a $T=300\text{ K}$.

A)$4\times10^6\text{ Pa}$

B)$3\times10^6\text{ Pa}$

C)$2\times10^6\text{ Pa}$

D)$4\times10^3\text{ Pa}$

E)$2\times10^3\text{ Pa}$

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

A

Resolução

1. Gás. $V=1225\text{ cm}^3=1{,}225\times10^{-3}\text{ m}^3$. Pela equação de Clapeyron, com $R=8{,}3\text{ J/(mol}\cdot\text{K)}$:

$$p_{gas}=\dfrac{nRT}{V}=\dfrac{2\cdot8{,}3\cdot300}{1{,}225\times10^{-3}}\approx4{,}07\times10^{6}\text{ Pa}$$

2. Área do pistão.

$$A=\dfrac{V}{h}=\dfrac{1{,}225\times10^{-3}}{0{,}5}=2{,}45\times10^{-3}\text{ m}^2$$

3. Peso do pistão por área.

$$\dfrac{Mg}{A}=\dfrac{16\cdot10}{2{,}45\times10^{-3}}\approx6{,}5\times10^{4}\text{ Pa}$$

4. Equilíbrio do pistão. A pressão do gás sustenta a atmosfera mais o peso:

$$p_{gas}=p_{atm}+\dfrac{Mg}{A}$$

$$p_{atm}\approx4{,}07\times10^{6}-0{,}07\times10^{6}\approx4\times10^{6}\text{ Pa}$$

Q30

Óptica — Lentes — Luneta astronômica

Um estudante saiu do laboratório de Física empolgado com a aula de Óptica e decidiu construir uma luneta astronômica. Utilizou duas lentes convergentes de distâncias focais $f_1=1\text{ m}$ para a objetiva e $f_2=2{,}5\text{ cm}$ para a ocular. Com esse equipamento montado e devidamente ajustado, o aluno apontou-o em direção à Lua e conseguiu ver imagens de crateras.

Assim, o equipamento fez a ampliação das imagens em

A)25 vezes.

B)40 vezes.

C)50 vezes.

D)100 vezes.

E)250 vezes.

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

B

Resolução

1. Aumento angular da luneta. Ajuste para imagem no infinito:

$$A=\dfrac{f_{obj}}{f_{oc}}=\dfrac{100\text{ cm}}{2{,}5\text{ cm}}=40$$

Q31

Óptica — Reflexão e espelhos — Espelhos Planos Associados

Dois espelhos planos, associados a um ângulo de $90^\circ$ entre suas superfícies refletoras, formam

A)uma imagem enantiomorfa, uma imagem virtual e uma imagem real.

B)duas imagens virtuais e duas imagens reais.

C)duas imagens enantiomorfas e uma imagem igual ao objeto.

D)duas imagens reais e uma enantiomorfa.

E)uma imagem igual ao objeto e duas imagens reais.

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

C

Resolução

1. Número de imagens.

$$N=\dfrac{360^\circ}{\theta}-1=\dfrac{360^\circ}{90^\circ}-1=3$$

2. Natureza. Espelho plano só forma imagens virtuais, o que elimina as alternativas com imagens reais (A, B, D, E).

3. Enantiomorfas ou não. As duas imagens de uma reflexão só são enantiomorfas (invertidas lateralmente). A terceira surge de duas reflexões, que desfazem a inversão, e fica igual ao objeto.

4. Conclusão. Duas imagens enantiomorfas e uma igual ao objeto.

Q32

Termologia — Calorimetria — Capacidade térmica

Sobre a capacidade térmica, é CORRETO afirmar que

A)se trata da soma do calor sensível com o calor latente.

B)ela é responsável pela quantidade de calor que um corpo pode suportar.

C)ela consiste na grandeza física que relaciona a quantidade de energia térmica recebida ou cedida à variação de temperatura de um corpo.

D)a unidade é $\text{cal/cm}^3$.

E)quanto maior a capacidade térmica, menor é a transferência de energia.

Gabarito oficial UPE/SSA2 2019

C

Resolução

1. Definição.

$$C=\dfrac{Q}{\Delta T}$$

A) Falsa. Calor sensível e latente são tipos de calor trocado, e não a capacidade térmica.

B) Falsa. "Calor que o corpo suporta" não é uma definição física.

C) Correta. Relaciona a energia térmica trocada à variação de temperatura.

D) Falsa. A unidade é $\text{cal/}{}^\circ\text{C}$ (ou $\text{J/K}$), e $\text{cal/cm}^3$ seria energia por volume.

E) Falsa. Quanto maior $C$, mais calor é necessário para variar a temperatura, mas isso não diminui a transferência.

UPE SSA2 2019 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados para as questões numéricas