UPE SSA3 2017 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Sistema Seriado de Avaliação · 3ª fase — Questões de Física · Gabarito oficial definitivo.
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TERMODINÂMICA — GASES — TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA
A partir da adaptação para um sistema intensivo de criação em tanques escavados e do uso de aeração artificial diária, é possível se triplicar a produção de peixe de piscicultura no Amazonas, mantendo as mesmas áreas de tanques existentes. Fonte: https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/1472703/piscicultores-buscam-adotar-tecnologia--que-pode-triplicar-producaode-peixe-no-am, acessado em: 14 de julho de 2016. (Adaptado) Analisando-se um sistema de aeração, percebe-se que uma bolha de ar que ascende desde o fundo de um tanque de piscicultura, com temperatura constante, dobra seu volume desde sua formação até atingir a superfície da água. Considerando-se que o ar da bolha é um gás ideal e que a pressão atmosférica local é igual a 1 atm, a profundidade do tanque é, aproximadamente, igual a
A)1 m.
B)5 m.
C)10 m.
D)16 m.
E)20 m.
Gabarito definitivo — SSA 3 2017
C
A temperatura constante dá pV = constante. Como o volume final é duas vezes o inicial e a pressão final é 1 atm, a pressão no fundo é 2 atm. Pela hidrostática, ρgh = 1 atm ≈ 10⁵ Pa. Com ρ ≈ 1000 kg/m³ e g ≈ 10 m/s², h ≈ 10 m.
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ELETRICIDADE — CIRCUITOS — ASSOCIAÇÃO EM PARALELO
Tendo em vista a Lei Federal 13290/2016, que "Torna obrigatório o uso, nas rodovias, de farol baixo aceso durante o dia e dá outras providências...", um estudante de ensino médio está propondo um circuito para um carro elétrico. Nesse veículo, o motorista liga lâmpadas resistivas e motor simultaneamente, evitando, assim, uma infração de trânsito de gravidade média na qual ele estaria sujeito, ainda, ao pagamento de multa no valor de R$ 85,13. Das seguintes alternativas, qual permite ligar simultaneamente o motor e as lâmpadas na condição de máxima potência de funcionamento do sistema?
A)
B)
C)
D)
E)
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B
Para cada componente receber a tensão total da fonte, motor e lâmpadas devem estar em paralelo. O interruptor precisa ficar em série com o conjunto, controlando todos ao mesmo tempo. Essa montagem é a alternativa B. Na alternativa E, fechar o interruptor provoca um curto-circuito.
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ELETROMAGNETISMO — INDUÇÃO — LEI DE FARADAY
Em 1859 aconteceu uma erupção solar, e, na Terra, os fios soltaram faíscas, que deram choques nos operadores de telégrafo, botando fogo no papel. Foi a maior tempestade geomagnética de que há registros históricos. O Sol arremessou bilhões de toneladas de elétrons e prótons para a Terra, e, quando essas partículas bateram no campo magnético do planeta, criaram auroras espetaculares nas cores vermelho, verde e roxo no céu noturno – além de correntes poderosas de eletricidade, que saltaram do chão para os fios, sobrecarregando os circuitos. Se uma tempestade dessas acontecesse no século XXI, muito mais que fios e papel estaria em risco. Alguns satélites de telecomunicação muito acima da Terra seriam desligados. Os sinais do GPS ficariam misturados. E o surto de eletricidade, vindo do chão, ameaçaria as redes elétricas, quem sabe deixando um continente ou dois nas trevas. (...) O exemplo mais estudado e inequívoco de a capacidade solar prejudicar redes elétricas aconteceu em 13 de março de 1989, na província canadense do Quebec. Nas primeiras horas da manhã, uma tempestade solar gerou correntes nos fios de transmissão, desligando disjuntores. Em questão de minutos, um apagão tomou conta da província, fechando empresas, escolas, aeroportos e metrôs até a energia ser religada no fim daquele dia. (...) Fonte: http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2013-03-30/cientistas-avaliam-consequencias-das-tempestades-solares.html, acessado em: 14 de julho de 2016. (Adaptado) Considerando-se o trecho acima e os conhecimentos básicos acerca do eletromagnetismo, é CORRETO afirmar que
A)o campo elétrico terrestre é o principal responsável por repelir os elétrons arremessados pelo Sol, criando os efeitos de luz denominados de auroras boreais.
B)a baixa função trabalho, característica do material utilizado nos fios metálicos de transmissão, ocasionou o desligamento dos disjuntores em Quebec.
C)o tempo entre a observação de uma atividade anormal na superfície do Sol e a chegada da tempestade solar à Terra é nulo, uma vez que as partículas arremessadas pelo astro viajam na velocidade da luz.
D)uma possível explicação é que as correntes nos fios de transmissão, que desligaram os disjuntores em Quebec, foram criadas por indução magnética, por causa dos efeitos da tempestade solar sobre o campo magnético terrestre.
E)as auroras espetaculares relatadas podem ser explicadas pelo efeito fotoelétrico.
Gabarito definitivo — SSA 3 2017
D
A tempestade altera o campo magnético terrestre. A variação do fluxo magnético pode induzir forças eletromotrizes e correntes nas linhas de transmissão, levando à atuação dos disjuntores. É a explicação da alternativa D; não se trata de efeito fotoelétrico.
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FÍSICA MODERNA — RELATIVIDADE — DILATAÇÃO DO TEMPO
A sonda caçadora de exoplanetas Kepler encontrou aquele que talvez seja o corpo celeste mais parecido com a Terra. A Nasa anunciou, nesta quinta-feira (23), a descoberta de Kepler-452b, um exoplaneta encontrado dentro de uma zona habitável de seu sistema solar, ou seja, uma região onde é possível que exista água no estado líquido. A semelhança com nosso planeta é tão grande que os pesquisadores chamaram o Kepler-452b de Terra 2.0. O Kepler-452b é cerca de 60% maior que a Terra e precisa de 385 dias para completar uma órbita ao redor de sua estrela, a Kepler 452. E essa estrela hospedeira é muito parecida com nosso Sol: tem quase o mesmo tamanho, temperatura e emite apenas 20% mais luz. Localizado na constelação Cygnus, o sistema solar da Terra 2.0 está a 1 400 anos-luz distante do nosso. Fonte: http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/terra-2-0-nasa-anuncia-descoberta-historica-de-planeta-quase-identico-ao-nosso, acessado em: 14 de julho de 2016. Supondo-se que, a fim de investigar mais de perto o Kepler-452b, uma sonda tenha sido enviada da Terra por uma equipe da Nasa, com uma velocidade igual a $\sqrt{3}c/2$. Quando o relógio instalado na sonda marcar 28 anos de viagem, quanto tempo terá se passado para a equipe na Terra?
A)7 anos
B)14 anos
C)21 anos
D)42 anos
E)56 anos
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E
O tempo registrado na sonda é o tempo próprio Δτ = 28 anos. Como v²/c² = 3/4, γ = 1/√(1 − 3/4) = 2. No referencial da Terra, Δt = γΔτ = 56 anos, desprezando as fases de aceleração.
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ELETRICIDADE — RESISTÊNCIA — EQUILÍBRIO TÉRMICO
A medida da condutividade térmica de um fluido pode ser realizada com a técnica do fio quente. Nessa técnica, um fio de platina é esticado e imerso num reservatório com fluido. As extremidades do fio são conectadas a uma fonte de tensão autoajustável, para manter uma corrente constante circulando no circuito, e a um voltímetro em paralelo, conforme ilustra a figura a seguir. Quando a corrente passa pelo fio, a temperatura do fluido aumenta em razão do efeito joule. Sabendo-se que a resistência do fio aumenta linearmente com a temperatura, qual é a equação que descreve o comportamento da tensão, V, em função do tempo, t, medido quando o sistema está em equilíbrio térmico com o ambiente? Considere que as dimensões do reservatório são muito maiores que as dimensões do fio.
A)V = δ + βt, com δ e β constantes.
B)V = δ + βt², com δ e β constantes.
C)V = δ, com δ constante.
D)V = δ + βtg(t), com β constante.
E)V = δ + βsen(t), com δ e β constantes.
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C
O enunciado pede o comportamento quando já existe equilíbrio térmico: a temperatura não varia mais com o tempo. Assim, a resistência do fio fica constante. Mantendo a corrente constante, a lei de Ohm fornece V = RI = constante = δ. A tensão poderia crescer durante o aquecimento, mas essa não é a condição perguntada.
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ONDULATÓRIA — DIFRAÇÃO — MEDIDA DO DIÂMETRO
As fibras ópticas são feitas de vidro óptico extremamente puro. Costumamos achar que uma janela de vidro é transparente. Entretanto, quanto mais espesso for o vidro, menos transparente ele será em razão das impurezas nele contidas. O vidro de uma fibra óptica possui, porém, menos impurezas que o vidro usado em janelas. Segue a descrição da qualidade do vidro produzido por uma companhia: se você estivesse sobre um oceano feito de quilômetros de núcleo sólido de fibra de vidro, poderia ver claramente o fundo. Fazer fibras ópticas requer as seguintes etapas: elaborar um cilindro de vidro pré-formado; estirar as fibras a partir da pré-forma; e testar as fibras. Fonte: http://tecnologia.hsw.uol.com.br/fibras-opticas5.htm, acessado em:14 de julho de 2016. Durante a fase de estiramento das fibras, é necessário haver um controle da espessura dos fios de fibra óptica fabricados. Para isso, suponha que uma montagem experimental é configurada, utilizando-se um laser com comprimento de onda de 650nm que incide sobre o fio de fibra óptica, com um revestimento opaco, conforme ilustra a Figura 1. Após passar pelo fio, o feixe de laser forma um padrão de difração em um anteparo instalado a 2,0m de distância do fio. A representação esquemática desse padrão está mostrada na Figura 2. Sabendo-se que a separação entre os máximos de intensidade luminosa, Δx, é 1,0 cm, qual é o valor do diâmetro do fio?
A)65 μm
B)130 μm
C)260 μm
D)390 μm
E)520 μm
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B
Usando a aproximação de pequenos ângulos e o padrão de difração indicado, Δx ≈ λL/a. Logo a ≈ (650 × 10⁻⁹ × 2)/(1 × 10⁻²) = 130 × 10⁻⁶ m = 130 μm. O fio opaco produz um padrão equivalente ao de uma abertura de mesma largura, pelo princípio de Babinet.
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MECÂNICA — ESTÁTICA — ATRITO E EQUILÍBRIO DA BARRA
O BMX, também conhecido como bicicross, é o caçula do ciclismo. A origem da modalidade data das décadas de 1960 e 1970, época em que as vertentes mais tradicionais do esporte — estrada e pista — já faziam parte dos Jogos Olímpicos. O BMX surgiu graças à admiração de jovens norteamericanos pelo MotoCross. A vontade de imitar as manobras dos ídolos, aliada à falta de equipamento, fez bicicletas serem utilizadas em pistas de terra. Nasceu, então, o Bicycle Moto Cross, ou simplesmente BMX. O BMX fez sua primeira aparição olímpica nos Jogos Olímpicos de Pequim2008, com disputas tanto no masculino quanto no feminino. No Rio de Janeiro-2016, foi a terceira vez em que o BMX distribuiu medalhas em uma edição dos Jogos. Fonte: http://tecnologia.hsw.uol.com.br/fibras-opticas5.htm, acessado em: 14 de julho de 2016. (Adaptado). Na montagem de uma estrutura de uma pista de BMX, uma barra de comprimento 2R e peso P está em equilíbrio, dentro de uma superfície semiesférica de raio R, conforme mostra a figura a seguir. Considerando-se que não há atrito no ponto de apoio A, ponto mais baixo da pista, qual é o valor do coeficiente de atrito estático no ponto de apoio B, na condição de deslizamento iminente?
A)1,7
B)1,4
C)1,0
D)0,7
E)0,5
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C
A geometria do apoio dá θ = 45° e AB = R√2. No ponto A, sem atrito, a reação é vertical. Em B, a reação normal à barra e o atrito tangencial devem ter componentes horizontais opostas. Assim, Fat cos45° = NB sin45°, portanto Fat = NB. No limite de deslizamento, Fat = μNB e μ = 1,0. O equilíbrio de torques confirma NB = P/2.
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ONDULATÓRIA — EQUAÇÃO DE ONDA — VELOCIDADE E PROPAGAÇÃO
Supondo-se que uma equação de onda de ultrassom, utilizada em um exame pré-natal, tem o deslocamento ao longo da direção y dado pela relação y(x, t) = $50\operatorname{sen}[(60 \times 10^6)t+(4 \times 10^3)x]$, onde x e y estão medidos em micrômetros e o tempo t, em segundos. Essa equação representa uma onda
A)que viaja com uma velocidade de 15 mm/s no sentido negativo do eixo x.
B)de amplitude 25 µm que viaja ao longo do sentido negativo do eixo x.
C)que possui número de onda igual a 40 m-1 .
D)de comprimento de onda 60 µm.
E)de frequência 106 MHz.
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A
Na expressão y = A sen(ωt + kx), ω = 60 × 10⁶ s⁻¹ e k = 4 × 10³ μm⁻¹. A velocidade tem módulo ω/k = 15 × 10³ μm/s = 15 mm/s. O sinal positivo entre ωt e kx indica propagação no sentido negativo de x. A amplitude é 50 μm.
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MECÂNICA — OSCILAÇÕES — PÊNDULO AMORTECIDO
Um pêndulo simples de massa m e comprimento L está imerso em um fluido viscoso, num local onde a aceleração da gravidade tem módulo g que aponta verticalmente para baixo. Considerando-se que a força de arrasto, que atua sobre o pêndulo, devido ao fluido, seja proporcional à sua velocidade e que ela não possua efeitos significativos sobre o fio, assinale a alternativa CORRETA.
A)A energia mecânica é conservada.
B)A amplitude de oscilação é constante.
C)O pêndulo tenderá ao repouso mais rapidamente, se a sua massa aumentar.
D)A força de tração na corda aumenta, se a massa do pêndulo aumentar.
E)A força de tração na corda diminui , se o comprimento do pêndulo diminuir.
Gabarito definitivo — SSA 3 2017
D
A força de arrasto dissipa energia e faz a amplitude diminuir. Na direção radial, para um mesmo estado instantâneo de posição e velocidade, T = mg cosθ + mv²/L; por isso a tração cresce com a massa. A alternativa D é a indicada no gabarito. O amortecimento relativo b/m diminui quando a massa aumenta, contrariando C. A comparação de tração pressupõe o mesmo estado de movimento.
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FÍSICA MODERNA — EFEITO FOTOELÉTRICO — RADIAÇÃO E ÁTOMO DE BOHR
Um corpo negro tem um pico de emissão em uma temperatura cujo comprimento de onda de sua radiação vale 9000 Å. Nessa temperatura, a radiação que emerge desse corpo não produz efeito fotoelétrico em uma placa metálica. Aumentando a temperatura do corpo negro, sua radiação emitida aumenta 81 vezes, causando efeito fotoelétrico na placa para o comprimento de onda de pico dessa nova temperatura. A energia necessária para frear esses fotoelétrons emitidos é equivalente à diferença de energia dos níveis n = 2 e n = 3 do átomo de hidrogênio de Bohr. Sabendo-se que a Lei de Wien relaciona o comprimento de onda de pico de emissão com a temperatura do corpo negro na forma λT = constante, é CORRETO afirmar que a função trabalho do metal vale aproximadamente Dados: energia do átomo de hidrogênio de Bohr no estado fundamental = -13,6 eV, constante de Planck = 4,14 x 10-15 eVs, 1 eV = 1,6 x 10-19 J.
A)1,15 eV.
B)2,25 eV.
C)4,50 eV.
D)7,25 eV.
E)10,75 eV.
Gabarito definitivo — SSA 3 2017
B
Pela lei de Stefan–Boltzmann, a emissão 81 vezes maior corresponde a T₂/T₁ = 81^(1/4) = 3. Pela lei de Wien, λ₂ = 9000/3 = 3000 Å = 300 nm. A energia do fóton é hc/λ ≈ 4,14 eV. A energia cinética máxima vale |E₃ − E₂| = 13,6(1/4 − 1/9) ≈ 1,89 eV. Pela equação de Einstein, φ = 4,14 − 1,89 = 2,25 eV.
