UPE SSA3 2015 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Sistema Seriado de Avaliação · 3ª fase — Questões de Física · Gabarito oficial definitivo.
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MECÂNICA — ESTÁTICA — EQUILÍBRIO DE TORQUES
Uma barra homogênea de massa m = 3,0 kg está fixada ao teto por meio de um fio ideal A. A barra possui diversos ganchos, numerados de 1 a 5 e de dimensões desprezíveis, onde podemos fixar outro fio ideal, B, idêntico ao fio A, prendendo-o à barra pelos pinos no teto. Sabendo que os pinos no teto estão verticalmente alinhados com os ganchos da barra, determine em qual gancho deve ser utilizado o fio B de maneira que a tração nesse fio seja igual a 20 N.
A)Gancho 1
B)Gancho 2
C)Gancho 3
D)Gancho 4
E)Gancho 5
Gabarito oficial — SSA 3 2015
D
O peso da barra é 30 N e atua no gancho central, a 2L do fio A. Tomando torques em torno desse fio, 20x = 30 × 2L, logo x = 3L. Essa posição é o gancho 4. O fio A suporta os 10 N restantes.
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ONDULATÓRIA — ACÚSTICA — ALTURA DO SOM
As frases “Abaixa o volume do som que ele está muito alto” e “aquela cantora tem uma voz muito fina”, ditas no cotidiano, referem-se aos conceitos físicos de intensidade do som e da altura do som, respectivamente. Sobre o comportamento das ondas sonoras, assinale a alternativa CORRETA.
A)Quanto maior a intensidade do som, mais grave ele será.
B)Quanto maior a frequência do som, mais agudo ele será.
C)Quanto maior a frequência do som, mais grave ele será.
D)Quanto maior a intensidade do som, mais agudo ele será.
E)Quanto maior o volume do som, mais alto ele será.
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B
A altura do som depende da frequência: frequência maior corresponde a som mais agudo. A intensidade está relacionada à energia transportada e ao volume percebido, não determina se o som é grave ou agudo.
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ONDULATÓRIA — ONDAS ESTACIONÁRIAS — MODOS DE VIBRAÇÃO
Um recipiente com dimensões 15 cm de comprimento por 5 cm de largura e 20 cm de altura é colocado sobre um agitador horizontal. Esse equipamento gera vibrações ao longo de uma direção específica, fazendo oscilar um líquido contido no recipiente. Quando a frequência do equipamento é ajustada em f = 60 Hz, uma onda estacionária é criada no 3º modo. Supondo que o líquido seja ideal e desprezando quaisquer efeitos do atrito, qual a velocidade da onda no líquido?
A)1,5 m/s
B)3,0 m/s
C)6,0 m/s
D)9,0 m/s
E)13,5 m/s
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C
No terceiro modo, cabem três meios comprimentos de onda nos 15 cm indicados: L = 3λ/2, portanto λ = 10 cm = 0,10 m. A velocidade é v = fλ = 60 × 0,10 = 6 m/s.
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MECÂNICA — OSCILAÇÕES — POLIA MÓVEL E MOLA
Um bloco de massa m está em equilíbrio quando preso a um fio ideal que passa por uma polia e que está fixado no solo. Uma mola ideal vertical e de constante elástica k, desconhecida, está conectada ao teto e à polia pelo pino P. Quando o bloco é deslocado levemente da sua posição de equilíbrio, verifica-se que um certo regime de oscilações com amplitude A e frequência de oscilações ω se estabelece para o pino P. Sabendo que não há atrito e que, nesse regime de oscilações, a polia não gira, determine a constante elástica da mola.
A)k = mω²
B)k = 2mω²
C)k = 4mω²
D)k = mω²A
E)k = 4mω²A
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C
O comprimento constante do fio faz o deslocamento do bloco ser o dobro do deslocamento da polia: xbloco = 2xP. A energia cinética do bloco equivale a uma massa efetiva 4m para a coordenada xP. Assim, ω² = k/(4m), logo k = 4mω², alternativa C. ω é interpretada como frequência angular, coerente com as opções.
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MECÂNICA — HIDROSTÁTICA — PRESSÃO EM DOIS LÍQUIDOS
Dois líquidos, A e B, imiscíveis foram colocados em equilíbrio, dentro de um recipiente cilíndrico, conforme ilustra a figura a seguir: Sabendo que o líquido A é menos denso que o B, assinale a alternativa que apresenta o gráfico mais preciso da dependência da pressão hidrostática com a altura y.
A)
B)
C)
D)
E)
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E
A pressão diminui à medida que y aumenta em direção à superfície. Em cada líquido, dp/dy = −ρg. Na camada inferior B, mais densa, o declive é mais intenso; na superior A, é menor. A pressão é contínua na interface, mas muda de inclinação. O gráfico E mostra essas condições, tomando pressão manométrica nula na superfície.
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ONDULATÓRIA — INTENSIDADE — POTÊNCIA POR ÁREA
A potência da antena de um aparelho roteador de Internet sem fio instalado no solo de um descampado é igual a 600,0 mW, e o seu sinal se espalha uniformemente, em um hemisfério de raio R. Suponha que, para navegar adequadamente, na Internet, utilizando um smartphone e esse roteador, a intensidade do sinal na posição do indivíduo seja, no mínimo, igual a 1,0 mW/m2 . Desprezando quaisquer efeitos de interferência, qual é a maior distância em que o indivíduo pode ficar de maneira a conseguir navegar na Internet?
A)2,5 m
B)5,0 m
C)7,1 m
D)10,0 m
E)31,4 m
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D
O sinal se distribui na área do hemisfério, 2πR². Assim, I = P/(2πR²). Usando π = 3 conforme a prova, 1 = 600/(6R²), em mW e metros, portanto R² = 100 e R = 10 m.
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ELETROMAGNETISMO — MOVIMENTO DE CARGAS — CAMPOS ELÉTRICO E MAGNÉTICO
Uma partícula de carga q = -e, de massa m, é acelerada a partir do repouso, por um campo elétrico constante de módulo E que aponta no sentido negativo do eixo x, atuando, apenas, na região 1 da figura a seguir. Na região 2, atua somente um campo magnético constante, de módulo B que aponta para fora do plano do papel. Determine a relação que garante o menor valor possível do módulo do campo magnético B para que a partícula não atinja a região x > 2d.
A)edB² = 2mE
B)edB² = mE/2
C)edB² = mE/4
D)B² = E
E)B² = 2E
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A
Na região elétrica, a energia cinética adquirida é edE, logo mv²/2 = edE. Na região magnética, o raio da trajetória é r = mv/(eB). Para não ultrapassar x = 2d, a excursão horizontal máxima a partir de x = d precisa ser r ≤ d. No limite r = d, substituindo v² = 2edE/m, obtém-se edB² = 2mE.
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ELETRICIDADE — CORRENTE ALTERNADA — VALOR EFICAZ
Um aparelho funciona com corrente alternada cujo valor eficaz é igual a 1,90√2 A. Sabendo que essa corrente varia de zero até o seu valor máximo em 4 ms, determine a equação da corrente em função do tempo, i(t), para esse circuito.
A)i(t) = 2,69 sen(125πt) ampères
B)i(t) = 3,80 sen(125πt) ampères
C)i(t) = 1,34 sen(250πt) ampères
D)i(t) = 1,90 sen(125πt) ampères
E)i(t) = 2,20 sen(500πt) ampères
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B
Para corrente senoidal, Imax = √2 Ief = √2 × 1,90√2 = 3,80 A. O intervalo entre zero e máximo é um quarto do período: T = 4 × 4 ms = 16 ms. Logo ω = 2π/T = 125π rad/s e i(t) = 3,80 sen(125πt) A.
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ELETROMAGNETISMO — INDUÇÃO — CARGA TRANSFERIDA
Um circuito quadrado composto de duas barras de resistência desprezível, unidas por dois fios de resistências R e 2R, está imerso em um campo magnético de módulo B, constante e perpendicular ao plano do circuito no instante de tempo t = 0. Se o circuito realiza um quarto de volta completa em um intervalo de tempo ∆t, determine a quantidade média de carga que atravessou a resistência R.
A)2BL²/R
B)BL²/R
C)BL²/2R
D)BL²/3R
E)BL²/6R
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D
Os resistores R e 2R estão em série, totalizando 3R. O fluxo inicial é BL² e o final, após um quarto de volta, é zero. Integrando a lei de Faraday e a lei de Ohm, o módulo da carga transferida é Q = |ΔΦ|/Req = BL²/(3R). A carga atravessa ambos os resistores.
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FÍSICA MODERNA — EFEITO FOTOELÉTRICO — COMPRIMENTO DE ONDA LIMIAR
Em um experimento para estudo do efeito fotoelétrico, verifica-se que existe um valor mínimo do comprimento de onda incidente em que nenhum elétron é arrancado de uma superfície de chumbo, cuja função trabalho é 4,14 eV. Então, o comprimento de onda da luz em questão é aproximadamente igual a
Dados: constante de Planck h = 6,62 x 10⁻³⁴ m²·kg/s.
A)199 nm
B)240 nm
C)300 nm
D)410 nm
E)660 nm
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C
O limiar satisfaz hc/λ = φ. Convertendo φ = 4,14 × 1,6 × 10⁻¹⁹ = 6,624 × 10⁻¹⁹ J, λ = (6,62 × 10⁻³⁴ × 3 × 10⁸)/(6,624 × 10⁻¹⁹) ≈ 3 × 10⁻⁷ m = 300 nm. Esse é o limite entre emissão e ausência de emissão, no modelo fotoelétrico ideal.