Enunciados transcritos da fonte, com figuras originais. Respostas, resoluções e níveis TEF revistos editorialmente. Eventuais divergências são descritas no próprio item; não equivalem a uma anulação oficial.
Q42
Termologia — Conversão entre escalas térmicas
O álcool ferve a $173{,}2\,{}^\circ\mathrm{F}$ e o oxigênio se solidifica a $-218{,}4\,{}^\circ\mathrm{C}$. A temperatura de ebulição do álcool, na escala Celsius, e o ponto de solidificação do oxigênio, na escala Kelvin, são, respectivamente, dadas por:
Dado: considere que o ponto de fusão do gelo ocorre em $273{,}0\,\mathrm{K}$.
A)$78{,}4\,{}^\circ\mathrm{C}$ e $-54{,}6\,\mathrm{K}$
B)$173{,}2\,{}^\circ\mathrm{C}$ e $491{,}4\,\mathrm{K}$
C)$78{,}4\,{}^\circ\mathrm{C}$ e $54{,}6\,\mathrm{K}$
D)$114{,}0\,{}^\circ\mathrm{C}$ e $-491{,}4\,\mathrm{K}$
E)$254{,}2\,{}^\circ\mathrm{C}$ e $54{,}6\,\mathrm{K}$
Para o oxigênio, use o ponto de referência fornecido:
\[T=-218{,}4+273{,}0\]
\[T=54{,}6\,\mathrm{K}\]
Q43
Termologia — Energia e poder calorífico
Suponha que uma central hidroelétrica de potência média $1{,}00\times10^{6}\,\mathrm{W}$ deverá ser substituída por uma central termoelétrica. Considerando-se que o poder calorífico da madeira seca é de $1{,}97\times10^{7}\,\mathrm{J/kg}$, a quantidade de madeira necessária para queimar e obter a energia fornecida pela central elétrica em $1{,}00\,\mathrm{h}$ será de aproximadamente:
Uma usina real exigiria rendimento para esse cálculo.
Q44
Termologia — Aquecimento e fusão de uma camada de gelo
Numa região muito fria, em algum período do ano, os lagos ficam com suas superfícies congeladas. Considere um lago com uma camada superficial de gelo, cuja espessura é de $3{,}0\,\mathrm{cm}$ a uma temperatura de $-12\,{}^\circ\mathrm{C}$. O tempo que o lago levará para descongelar, sabendo que a potência média por unidade de área da radiação solar incidente na região é de $320\,\mathrm{W/m^2}$, por vários dias consecutivos, será de aproximadamente:
Dados: $C_{gelo}=0{,}50\,\mathrm{cal/g\,{}^\circ C}$, $L_F=80\,\mathrm{cal/g}$ (calor latente de fusão do gelo), $\rho_{gelo}=1{,}0\,\mathrm{g/cm^3}$ e $1{,}0\,\mathrm{cal}=4{,}0\,\mathrm{J}$
A)5 h
B)9 h
C)9 dias
D)15 dias
E)1 mês
Resposta da revisão
B
Resolução comentada
Por metro quadrado, a massa da camada de três centímetros é:
A experiência do regelo, feita pela primeira vez pelo físico John Tyndal (1820-1893), pode facilmente ser reproduzida da seguinte forma: a) coloque um bloco de gelo a aproximadamente $-1\,{}^\circ\mathrm{C}$, apoiado sobre dois suportes de madeira, de modo que a parte central do bloco fique livre; b) prenda pesos nas extremidades de um fio fino de arame e, c) coloque este fio transversalmente sobre a parte central do bloco de gelo, deixando os pesos pendentes. Observe que o fio de arame atravessa o bloco de gelo sem que este fique dividido em duas partes. A explicação para essa observação experimental é:
A)O arame, estando naturalmente mais aquecido, funde o gelo, que perde calor para o ambiente, deixando o bloco novamente sólido.
B)O acréscimo de pressão no contato fio-gelo diminui a temperatura de fusão e produz derretimento do gelo sob o fio; este, por sua vez, desloca-se através da água formada, a qual se congela ao voltar à pressão normal.
C)A pressão exercida pelo arame sobre o gelo aumenta seu ponto de fusão que, ao ser atingido, ocorre o degelo. Assim, o fio se desloca através da água formada, a qual se congela depois que o fio a atravessa.
D)O ponto de fusão do gelo independe da pressão do arame sobre ele, o degelo ocorre simplesmente por causa do contato de substâncias diferentes, no caso fio-gelo. Cessado o contato, a água volta a congelar.
E)O acréscimo de pressão sobre o bloco de gelo aumenta a temperatura de fusão e produz derretimento do gelo sob o fio; este se desloca através da água formada, a qual perde calor para o ambiente e congela novamente.
Resposta da revisão
B
Resolução comentada
Na faixa de pressão considerada, aumentar a pressão sobre o gelo reduz sua temperatura de fusão. O fio provoca fusão local; depois de sua passagem, a pressão cai e a água pode congelar novamente. A transferência de calor também participa do processo físico real.
Q46
Óptica — Campo visual de um espelho plano
Um estudante mantém diante dos olhos, a $40{,}0\,\mathrm{cm}$ de distância, um espelho plano vertical, de modo a ver nele a imagem de uma torre vertical de celular de $40{,}0\,\mathrm{m}$ de altura, situada exatamente a $5{,}0\,\mathrm{m}$ atrás dele. A dimensão vertical mínima que esse espelho deve ter para que o estudante veja inteiramente a imagem da torre é de aproximadamente,
A)$2{,}8\,\mathrm{m}$
B)$3{,}0\,\mathrm{m}$
C)$5{,}0\,\mathrm{m}$
D)$7{,}5\,\mathrm{m}$
E)$8{,}0\,\mathrm{m}$
Resposta da revisão
A
Resolução comentada
A torre fica a 5,4 m do espelho e sua imagem fica igualmente atrás dele. A distância do olho à imagem é 5,8 m. Pela semelhança dos triângulos:
Aproximadamente 2,8 metros de espelho são necessários.
Q47
Ondulatória — Diferença entre ecos e diâmetro
O ultrassom de baixa intensidade é muito utilizado com o propósito de transmitir energia através de um meio e, com isso, obter informações desse meio. Aplicações típicas são: medidas das propriedades elásticas de materiais, ensaios não destrutivos de materiais e diagnoses médicas. Suponha que tenha sido realizada uma varredura com ultrassom para se determinar o diâmetro da carótida, na altura do pescoço de um paciente. Se o intervalo de tempo decorrido entre a recepção dos ecos provenientes das paredes anterior e posterior da carótida é de $15\,\mu\mathrm{s}$ ($1\,\mu\mathrm{s}=10^{-6}\,\mathrm{s}$) e a velocidade do ultrassom nesse meio é de $1500\,\mathrm{m/s}$, o diâmetro da carótida do paciente, nessa região, era de aproximadamente:
A)$0{,}5\,\mathrm{cm}$
B)$1{,}1\,\mathrm{cm}$
C)$2{,}2\,\mathrm{cm}$
D)$2{,}5\,\mathrm{cm}$
E)$3{,}0\,\mathrm{cm}$
Resposta da revisão
B
Resolução comentada
O eco da parede posterior percorre duas vezes a distância adicional entre as paredes. Assim:
Os refletores de faróis, holofotes e lanternas podem ser espelhos esféricos côncavos, embora os refletores parabólicos sejam mais vantajosos. Considere um holofote de jardim constituído de dois espelhos esféricos, um maior $E_1$ e um menor $E_2$. Para aumentar a eficiência luminosa, um filamento luminoso é colocado entre os dois espelhos esféricos côncavos, de mesmos eixos principais e voltados um para o outro, de modo que todos os raios emergentes do filamento que incidem em $E_2$ se refletem no espelho maior $E_1$ e se projetam paralelos para o espaço. Suponha que o raio de curvatura de $E_1$ é igual a $30\,\mathrm{cm}$ e é o triplo do raio de curvatura do espelho $E_2$. Nesse caso, a posição do filamento luminoso e a distância entre os espelhos são, respectivamente,
A)no centro de curvatura de $E_1$ e no foco de $E_2$ e $10\,\mathrm{cm}$.
B)no centro de curvatura de ambos os espelhos e $15\,\mathrm{cm}$.
C)no centro de curvatura de $E_2$ e antes do foco de $E_1$ e $20\,\mathrm{cm}$.
D)no centro de curvatura de $E_2$ e no foco de $E_1$ e $25\,\mathrm{cm}$.
E)no foco de ambos os espelhos e $30\,\mathrm{cm}$.
Resposta da revisão
D
Resolução comentada
O filamento deve estar no foco do espelho maior para produzir feixe paralelo:
\[f_1=R_1/2=15\,\mathrm{cm}\]
Ele deve estar também no centro de curvatura do menor, para que os raios retornem ao mesmo ponto:
\[R_2=R_1/3=10\,\mathrm{cm}\]
A separação dos vértices é:
\[d=f_1+R_2=25\,\mathrm{cm}\]
Q49
Mecânica — Período de uma mola cortada
Numa experiência do laboratório de mecânica, uma mola helicoidal de massa desprezível foi presa, na vertical, por uma de suas extremidades a um suporte rígido e, na outra extremidade, foi colocado um corpo de massa $m$. Quando o conjunto oscilava livremente na vertical, constituía um oscilador harmônico de período $T$. Em seguida, a mola foi cortada em duas partes iguais e repetiu-se o mesmo procedimento experimental, agora com a metade da mola. Como foi usado o mesmo corpo de massa $m$, o novo período de oscilação obtido para o sistema foi de:
A)$\dfrac{2T}{\sqrt{2}}$
B)$T$
C)$\dfrac{T\sqrt{2}}{4}$
D)$\dfrac{T}{2}$
E)$\dfrac{T\sqrt{2}}{2}$
Resposta da revisão
E
Resolução comentada
Para uma mola uniforme, a constante elástica é inversamente proporcional ao comprimento. Ao usar metade: