UPE SSA2 2026 — Questões de Física comentadas — Método TEF

1. Entender o experimento. O "demônio" deixa passar de A para B só as moléculas rápidas e de B para A só as lentas. Sem gastar energia, B esquentaria e A esfriaria, e a entropia do gás diminuiria, contrariando a 2ª lei.

2. Onde está a saída. Para distinguir moléculas rápidas e lentas, o mecanismo precisa medir e processar informação. Essas operações geram entropia.

3. Balanço de entropia. A medição produz mais entropia do que o gás perde, então a 2ª lei continua valendo:

$$\Delta S_{gás}<0\qquad\text{mas}\qquad\Delta S_{medição}>|\Delta S_{gás}|\;\Rightarrow\;\Delta S_{total}>0$$

4. Alternativas.

A) Falsa. Levar calor continuamente do frio para o quente, sem alterar as vizinhanças, viola a 2ª lei (enunciado de Clausius).

B) Correta. A medição aumenta a entropia mais do que a redução sofrida pelo gás.

C) Falsa. Selecionar moléculas exige medir, o que consome energia e altera a entropia do conjunto.

D) Falsa. A eficiência máxima (Carnot) depende apenas das temperaturas das fontes, e não da substância de trabalho.

E) Falsa. Um refrigerador retira calor de uma fonte fria. O que a 2ª lei proíbe é fazê-lo sem realizar trabalho externo.

1. O que a bomba faz. Ela retira ar e vapor do interior da panela e reduz a pressão sobre a água.

2. Pressão e ebulição. A água ferve quando sua pressão de vapor iguala a pressão externa. Menos pressão significa ebulição a uma temperatura menor, $T_{eb}<100\,{}^\circ\text{C}$.

3. Efeito no cozimento. Enquanto há água líquida, o alimento não passa da temperatura de ebulição. Com a bomba, o cozimento ocorre a temperatura menor, e as transformações (amolecer fibras, desnaturar proteínas) ficam mais lentas.

4. Alternativas.

A) Falsa. Temperaturas diferentes levam a tempos diferentes.

B) Falsa. O sal (soluto não volátil) eleva um pouco o ponto de ebulição, não o diminui.

C) Correta. Temperatura menor, cozimento mais lento.

D) Falsa. Com a bomba, o ponto de ebulição é menor.

E) Falsa. Com a bomba, a temperatura de cozimento é menor.

1. A córnea como lente. Ela funciona como lente convergente. Pela equação dos fabricantes de lentes, com índice de refração praticamente fixo:

$$C=\dfrac{1}{f}=(n-1)\left(\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}\right)$$

2. Efeito do raio. Menor raio de curvatura significa maior $C$: a córnea fica mais convergente e o foco, mais curto.

3. Consequência para a visão. Com foco mais curto, a imagem de objetos distantes se forma antes da retina. Isso é miopia.

4. Alternativas.

A) Falsa. O poder dióptrico aumenta (não diminui) e o defeito é miopia, não hipermetropia.

B) Correta. Maior poder dióptrico, contribuindo para miopia.

C) Falsa. A córnea continua convergente, e não divergente.

D) Falsa. A vergência muda, e não apenas a posição lateral da imagem.

E) Falsa. O poder dióptrico aumenta, e presbiopia é perda de acomodação do cristalino.

1. Ler o gráfico. Ponto A: $p_A=243\text{ atm}$ e $V_A=1\text{ L}$. Pontos B e C: $p=1\text{ atm}$, com $V_B=27\text{ L}$ e $V_C=1\text{ L}$.

2. Conferir a adiabática. Gás monoatômico: $\gamma=5/3$ e $pV^{\gamma}=\text{constante}$.

$$p_AV_A^{5/3}=243\cdot1=243\qquad p_BV_B^{5/3}=1\cdot27^{5/3}=3^5=243\;\checkmark$$

3. Energia interna. Para gás ideal monoatômico, $U=\tfrac{3}{2}\,pV$.

4. Calor em cada etapa.

$$A\to B\ \text{(adiabática):}\quad Q_{AB}=0$$

$$B\to C\ \text{(isobárica):}\quad Q_{BC}=\tfrac{5}{2}\,p\,(V_C-V_B)=\tfrac{5}{2}\cdot1\cdot(1-27)=-65\text{ atm}\cdot\text{L}$$

$$C\to A\ \text{(isocórica):}\quad Q_{CA}=\tfrac{3}{2}\,(p_AV_A-p_CV_C)=\tfrac{3}{2}\,(243-1)=+363\text{ atm}\cdot\text{L}$$

O sinal negativo em $Q_{BC}$ indica calor cedido, e o positivo em $Q_{CA}$, calor recebido.

5. Trabalho líquido.

$$W=Q_{CA}+Q_{BC}=363-65=298\text{ atm}\cdot\text{L}$$

6. Rendimento. Razão entre o trabalho obtido e o calor recebido:

$$\eta=\dfrac{W}{Q_{CA}}=\dfrac{298}{363}\approx0{,}82\approx0{,}8$$

A constante $R$ não é necessária, porque o rendimento sai de razões entre grandezas em $\text{atm}\cdot\text{L}$.

1. Modelo. A lente gravitacional do Sol forma a imagem no seu foco, a $f=542\text{ UA}$. Vale a equação dos pontos conjugados:

$$\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{p}+\dfrac{1}{p^{\prime}}$$

2. Posição da imagem. A nave está afastada do foco em $20\,\%$ de $f$, portanto:

$$p^{\prime}=f+0{,}20f=1{,}2f$$

3. Isolar a distância do objeto.

$$\dfrac{1}{p}=\dfrac{1}{f}-\dfrac{1}{p^{\prime}}\;\Rightarrow\;p=\dfrac{f\,p^{\prime}}{p^{\prime}-f}$$

4. Substituir.

$$p=\dfrac{f\cdot1{,}2f}{0{,}2f}=6f=6\cdot542=3.252\text{ UA}$$

1. 2ª lei da termodinâmica. Nenhuma máquina térmica transforma todo o calor recebido em trabalho: parte é cedida a uma fonte fria.

2. Consequência. Para qualquer motor, $\eta=\dfrac{W}{Q_q}<1$. Refrigeração e combustível melhores reduzem as perdas, mas não as eliminam.

3. 1ª lei. Ela só garante a conservação de energia e não proíbe $\eta=100\,\%$. Quem proíbe é a 2ª lei.

4. Alternativas.

A) Falsa. A 2ª lei impede os $100\,\%$, independentemente de refrigeração ou octanagem.

B) Falsa. A 1ª lei não garante $100\,\%$, e a 2ª lei o proíbe.

C) Correta. Atribui à 2ª lei a dissipação inevitável de calor.

D) Falsa. A impossibilidade de $100\,\%$ decorre da 2ª lei, e não da 1ª.

E) Falsa. A eficiência é limitada pelas leis da termodinâmica.

1. Montar o problema. Os espelhos formam o ângulo $\theta$. Meça os ângulos a partir do espelho 1: o espelho 1 está em $0$ e o espelho 2, em $\theta$. O feixe entra paralelo ao espelho 1, isto é, na direção $0$.

2. Reflexão no espelho 2. Refletir em um espelho que faz ângulo $\alpha$ transforma a direção $\phi$ em $2\alpha-\phi$:

$$\phi_1=2\theta-0=2\theta$$

3. Reflexão no espelho 1. Agora $\alpha=0$:

$$\phi_2=2\cdot0-2\theta=-2\theta$$

4. Condição do enunciado. O feixe final deve ser paralelo ao espelho 2, ou seja, ter direção $\theta$ (módulo $180^\circ$):

$$-2\theta\equiv\theta\ (\text{mod }180^\circ)\;\Rightarrow\;3\theta=180^\circ\;\Rightarrow\;\theta=60^\circ$$

1. Variação de temperatura. $\Delta T=100-25=75\,{}^\circ\text{C}$.

2. Calor para aquecer a água.

$$Q_{água}=m\,c\,\Delta T=500\cdot4{,}2\cdot75=157.500\text{ J}$$

3. Calor para aquecer a caneca de cobre.

$$Q_{Cu}=200\cdot0{,}4\cdot75=6.000\text{ J}$$

4. Calor total.

$$Q=157.500+6.000=163.500\text{ J}=163{,}5\text{ kJ}$$

5. Massa de butano queimada. Sem perdas, todo o calor vem da combustão, a $50\text{ kJ/g}$:

$$m_{queimada}=\dfrac{163{,}5}{50}\approx3{,}27\text{ g}$$

6. Butano restante.

$$85{,}0-3{,}27\approx81{,}7\text{ g}$$

1. Rendimento de Carnot. Entre $T_q=2.700\text{ K}$ e $T_f=300\text{ K}$:

$$\eta_C=1-\dfrac{T_f}{T_q}=1-\dfrac{300}{2.700}=\dfrac{8}{9}$$

2. Rendimento da máquina. Um quarto do de Carnot:

$$\eta=\dfrac{1}{4}\cdot\dfrac{8}{9}=\dfrac{2}{9}$$

3. Trabalho útil. Ele aparece como energia cinética do veículo, que parte do repouso:

$$W=\Delta E_c=\dfrac{1}{2}\,m\,v^2=\dfrac{1}{2}\cdot500\cdot20^2=1{,}0\times10^5\text{ J}=100\text{ kJ}$$

4. Energia total dispendida. É o calor absorvido pela máquina:

$$Q=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{100}{2/9}=450\text{ kJ}$$

1. Reflexão interna total. A luz está no núcleo ($n_1=1{,}8$), e o revestimento tem $n_2=1{,}5$. Ela só fica confinada se incidir na parede com ângulo maior ou igual ao crítico:

$$\sin\theta_c=\dfrac{n_2}{n_1}=\dfrac{1{,}5}{1{,}8}=\dfrac{5}{6}$$

2. Tempo máximo. O maior tempo corresponde ao caminho mais longo, ou seja, ao raio mais inclinado possível: o que incide exatamente no ângulo crítico. Se o raio faz o ângulo $\alpha$ com o eixo da fibra, o ângulo de incidência na parede é $90^\circ-\alpha=\theta_c$, e então $\cos\alpha=\sin\theta_c=5/6$.

3. Caminho percorrido.

$$d=\dfrac{L}{\cos\alpha}=\dfrac{100}{5/6}=120\text{ m}$$

4. Velocidade da luz no núcleo.

$$v=\dfrac{c}{n_1}=\dfrac{3{,}0\times10^8}{1{,}8}\text{ m/s}$$

5. Tempo.

$$t=\dfrac{d}{v}=\dfrac{120\cdot1{,}8}{3{,}0\times10^8}=7{,}2\times10^{-7}\text{ s}=0{,}72\ \mu\text{s}$$