Prova UPE SSA3 2011 — Física com Gabarito e Resolução

Mecânica — Hidrostática — Resgate submerso

Alguns pesquisadores descobriram a existência de um barco naufragado no mar, a uma profundidade de 25 m e visualizaram um cofre de 2160 kg de massa e volume 1,8 m 3 que se encontrava submerso e hermeticamente fechado. Com o objetivo de resgatar esse cofre, utilizou-se um guindaste que, exercendo uma força vertical constante F, elevou o cofre até a superfície, com movimento uniforme. É CORRETO afirmar que a intensidade da Força F, em newtons, vale

Dados: densidade da água do mar = 1050 kg/m³; g = 10 m/s².

A)2,0 × 10²

B)2,7 × 10³

C)3,1 × 10³

D)4,0 × 10²

E)9,0 × 10³

Gabarito oficial — SSA 3 2011

Resolução

1. Movimento uniforme. A resultante é nula: $F+E=P$.

2. Peso e empuxo.

$$P=mg=2160\cdot10=21\,600\text{ N}\qquad E=\rho\,V\,g=1050\cdot1{,}8\cdot10=18\,900\text{ N}$$

3. Força do guindaste.

$$F=P-E=21\,600-18\,900=2\,700\text{ N}=2{,}7\times10^3\text{ N}$$

Eletricidade — Eletrostática — Potencial e trabalho

Considere a figura a seguir como sendo a de uma distribuição de linhas de força e de superfícies equipotenciais de um campo elétrico uniforme. O trabalho realizado pela força elétrica para deslocar uma carga elétrica Q do ponto A ao ponto D é igual a 1,2 . 10⁻⁴ J. Analise as afirmações que se seguem: (1) A intensidade do vetor campo elétrico é de 200 V/m. (2) O potencial elétrico no ponto D é de 10 V. (3) A carga elétrica Q vale 2 µC. (4) O trabalho da força elétrica para deslocar a carga elétrica Q do ponto A ao ponto B é nulo. A soma dos números entre parênteses que corresponde aos itens CORRETOS é igual a

A)1

B)3

C)6

D)10

E)8

Gabarito oficial — SSA 3 2011

Resolução

1. Campo elétrico. Entre as equipotenciais de $80\text{ V}$ e $60\text{ V}$, separadas por $0{,}1\text{ m}$ (item 1):

$$E=\dfrac{\Delta V}{d}=\dfrac{20}{0{,}1}=200\text{ V/m}$$

(1) Verdadeira.

2. Potencial em D. A queda de potencial de A até D é $200\cdot0{,}3=60\text{ V}$, então $V_D=80-60=20\text{ V}$. (2) Falsa (não é $10\text{ V}$).

3. Carga.

$$W=Q\,\Delta V\;\Rightarrow\;Q=\dfrac{1{,}2\times10^{-4}}{60}=2\ \mu\text{C}$$

(3) Verdadeira.

4. Trabalho de A a B. A e B estão na mesma equipotencial, então $W_{AB}=0$. (4) Verdadeira.

5. Soma.

$$1+3+4=8$$

Eletromagnetismo — Indução eletromagnética — Barra móvel

Na figura a seguir, observa-se uma barra metálica YZ de resistência R = 0,10 Ω , apoiada sobre uma espira em forma de U, de resistência desprezível e largura l = 0,50 m. Esse conjunto é submetido a um campo de indução magnética de B = 0,20 T, perpendicular ao papel e orientado para dentro dele. A barra metálica YZ desloca-se com uma velocidade constante de intensidade v = 10 m/s. O atrito entre a barra metálica e a espira é desprezível. Em relação ao valor absoluto da força eletromotriz induzida e e à corrente elétrica induzida que percorre o circuito, é CORRETO afirmar que

A)e = 1 V; i = 5 A no sentido horário.

B)e = 1 V; i = 0 A.

C)e = 2 V; i = 20 A no sentido anti-horário.

D)e = 1 V; i = 10 A no sentido anti-horário.

E)e = 0 V, pois a velocidade é constante; i = 0 A.

Gabarito oficial — SSA 3 2011

Resolução

1. Força eletromotriz.

$$\varepsilon=B\,\ell\,v=0{,}20\cdot0{,}50\cdot10=1\text{ V}$$

2. Corrente.

$$i=\dfrac{\varepsilon}{R}=\dfrac{1}{0{,}10}=10\text{ A}$$

3. Sentido (lei de Lenz). O deslocamento aumenta o fluxo entrando no papel, então a corrente cria campo saindo do papel: sentido anti-horário.

Ondas — Fenômenos ondulatórios — Experimento de young

O dispositivo utilizado no experimento de Young está ilustrado na figura a seguir. Uma fonte de luz monocromática é posicionada diante de uma tela opaca com uma pequena fenda F. Atrás dessa tela, é posicionada uma outra tela opaca com duas pequenas fendas iguais A e B. Sobre esse experimento, assinale a alternativa INCORRETA.

A)A luz proveniente da fonte sofre difração ao passar pela fenda F.

B)Nesse experimento, observamos o caráter ondulatório da luz.

C)Os tamanhos das fendas F, A e B não são relevantes.

D)No anteparo observado, encontraremos franjas de interferência.

E)As franjas escuras correspondem aos locais onde ocorre interferência destrutiva, e as franjas claras correspondem aos locais onde ocorre interferência construtiva.

Gabarito oficial — SSA 3 2011

Resolução

1. Pedida. A alternativa incorreta.

A) Verdadeira. A luz sofre difração na fenda F.

B) Verdadeira. O experimento mostra o caráter ondulatório da luz.

C) Incorreta. A largura das fendas importa: a difração depende da relação entre a abertura e o comprimento de onda.

D) Verdadeira. Observam-se franjas de interferência.

E) Verdadeira. Escuras são interferência destrutiva, e claras são construtiva.

Física moderna — Física quântica — Modelo de bohr: níveis de energia

Em relação ao modelo de Niels Bohr para o átomo de hidrogênio, assinale a alternativa INCORRETA.

A)Usando como unidade de energia o elétron-volt, a teoria de Bohr para o átomo de hidrogênio permite mostrar que a energia referente ao nível energético n é dada por En = −13,6/n.

B)O elétron não irradia energia enquanto permanece numa mesma órbita.

C)Somente órbitas circulares de certos raios, correspondendo a certas energias definidas, são permitidas para o elétron. Essas órbitas são chamadas de estados estacionários.

D)Quando o elétron realiza um “salto” de um estado estacionário para outro, ocorre absorção ou liberação de certa quantidade de energia.

E)A energia do fóton emitido ou absorvido durante uma transição eletrônica corresponde à diferença entre as energias dos níveis envolvidos na transição.

Gabarito oficial — SSA 3 2011

Resolução

1. Pedida. A alternativa incorreta.

2. Níveis de Bohr. Para o hidrogênio:

$$E_n=-\dfrac{13{,}6}{n^2}\text{ eV}$$

A) Incorreta. Falta o quadrado de $n$ no denominador.

B, C, D, E) Verdadeiras. Descrevem os postulados de Bohr: o elétron não irradia numa órbita estacionária, só certas órbitas são permitidas, os saltos envolvem absorção ou emissão de energia, e o fóton leva a diferença de energia entre os níveis.

Eletricidade — Eletrodinâmica — Fontes com resistência interna

Assinale, na coluna I, as afirmativas verdadeiras e, na coluna II, as falsas.

Analise o circuito elétrico a seguir. Analise as proposições abaixo e conclua.

0. O sentido da corrente elétrica no circuito é anti-horário. 1. A corrente elétrica no circuito vale 2,0 A. 2. A potência dissipada pelo resistor R2 vale 32 W. 3. A diferença de potencial entre os pontos A e B (VB – VA) do circuito vale 16 V. 4. A diferença de potencial entre os pontos C e D (VD – VC) do circuito vale 30 V.

Gabarito oficial — SSA 3 2011

0: F; 1: V; 2: F; 3: V; 4: V

Resolução

1. Fontes em oposição. A f.e.m. resultante é a diferença:

$$\varepsilon=40-10=30\text{ V}$$

2. Resistência total (série).

$$R_{tot}=3+4+3+5=15\ \Omega$$

3. Corrente.

$$i=\dfrac{30}{15}=2\text{ A}\quad(\text{sentido horário})$$

0) Falsa e 1) Verdadeira, conforme o valor e o sentido da corrente obtidos.

4. Potência em R₂. Com $R_2=4\ \Omega$:

$$P=i^2R_2=2^2\cdot4=16\text{ W}$$

2) Falsa, conforme o valor obtido para a potência.

5. Fonte de 10 V. Funciona como receptora:

$$V_B-V_A=10+2\cdot3=16\text{ V}$$

3) Verdadeira.

6. Fonte de 40 V.

$$V_D-V_C=40-2\cdot5=30\text{ V}$$

4) Verdadeira.