Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UFPI PSIU · Específica 2010 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal do Piauí

PSIU · Específica · Física · questões 11–20

Q11
Mecânica — Ultrapassagem e velocidade relativa

“As ultrapassagens perigosas nas estradas brasileiras são motivo de muitos acidentes com vítimas fatais. O desrespeito à sinalização, a velocidade excessiva e, também, o desconhecimento das leis da física contribuem para as estatísticas alarmantes que dão conta de mais de 700 acidentes por dia com uma morte a cada 40 minutos nas estradas pavimentadas do país”. (www.estradas.com.br/sosestradas/estudos/sos_estudos_acidentes.asp).

Considere a seguinte situação ideal: numa autoestrada, um carro de passeio de $4\,\mathrm{m}$ de comprimento encontra-se a $200\,\mathrm{m}$ da traseira de um caminhão de $11\,\mathrm{m}$ de comprimento quando seu motorista decide que vai fazer a ultrapassagem. O carro de passeio e o caminhão movem-se no mesmo sentido, sempre com velocidades constantes de, respectivamente, $25\,\mathrm{m/s}$ e $20\,\mathrm{m/s}$. Analise as afirmativas que seguem e assinale V, para verdadeiro, ou F, para falso.

1. Passam-se $40\,\mathrm{s}$ até o carro de passeio encontrar o caminhão, ou seja, para a frente do primeiro ficar na mesma linha da traseira do segundo.
2. São necessários $4{,}5\,\mathrm{s}$ para a ultrapassagem se completar, ou seja, para que a traseira do carro de passeio fique na mesma linha da frente do caminhão.
3. Durante a ultrapassagem, ambos os veículos percorrem $75\,\mathrm{m}$.
4. Decorrido um minuto desde o instante da decisão do motorista de ultrapassar o caminhão, o carro de passeio deslocou-se $1{,}5\,\mathrm{km}$.

Sequência da revisão

V – F – F – V
Resolução comentada

A velocidade relativa é:

\[v_r=25-20=5\,\mathrm{m/s}\]

Para alcançar a traseira do caminhão:

\[t_1=200/5=40\,\mathrm s\]

Para completar desde a decisão, incluindo ambos os comprimentos:

\[t=(200+11+4)/5=43\,\mathrm s\]

A etapa em que os veículos ficam lado a lado dura três segundos, percorrendo 75 m e 60 m. Em um minuto, o carro percorre 1,5 km. A primeira e a quarta afirmações são verdadeiras.

Sequência correta: V – F – F – V

Q12
Mecânica — Hipóteses da queda livre próxima ao solo

Em seu estudo dos fenômenos naturais, a Física se serve de modelos. Um modelo bastante utilizado para o movimento dos corpos próximos à superfície da Terra, ou seja, corpos que estão a uma pequena distância da superfície do planeta em comparação com o seu raio, sujeitos apenas à força gravitacional, é o denominado “movimento de queda livre”. Analise as afirmativas abaixo sobre este tipo de movimento e assinale V, para verdadeiro, ou F, para falso.

1. Os efeitos do ar sobre os corpos em queda livre são desprezados.
2. Quando em queda livre, os corpos caem com aceleração constante devido à gravidade.
3. Os pequenos efeitos exercidos pela rotação da Terra sobre os corpos em queda livre são desprezados.
4. Um corpo em queda livre próximo à superfície de um planeta como Júpiter teria aceleração muito menor que sua aceleração de queda na Terra.

Sequência da revisão

V – V – V – F
Resolução comentada

O modelo despreza o ar e os pequenos efeitos da rotação, tratando a aceleração gravitacional como constante na região. Essas são as três primeiras afirmações. A gravidade próxima à superfície de Júpiter é maior, não muito menor que a terrestre. A última afirmação é falsa.

Sequência correta: V – V – V – F

Q13
Mecânica — Impulso de um chute

Uma bola de futebol de massa igual a $0{,}40\,\mathrm{kg}$, após o chute para cobrança de uma falta, sai com velocidade de $30\,\mathrm{m/s}$. Sabendo que o tempo de contato entre o pé do jogador e a bola foi de $3{,}0\,\mathrm{ms}$, analise as afirmativas que seguem e assinale V, para verdadeiro, ou F, para falso.

1. A quantidade de movimento adquirida pela bola com o chute foi de $12\,\mathrm{kg\cdot m/s}$.
2. O pé do jogador aplicou na bola uma força média de $400\,\mathrm{N}$.
3. Após o chute, a bola fica sujeita a uma aceleração cujo módulo é igual a $5\,\mathrm{m/s^2}$.
4. O impulso na bola seria o mesmo se o jogador dobrasse o tempo de contato do pé com a bola, mantendo a força aplicada.

Sequência da revisão

V – F – F – F
Resolução comentada

Partindo do repouso:

\[\Delta p=mv=0{,}40\times30=12\,\mathrm{kg\,m/s}\]

Converta três milissegundos:

\[F_{med}=12/(3\times10^{-3})=4000\,\mathrm N\]

Após o contato, a aceleração não continua sendo a produzida pelo pé; no modelo sem ar é a gravitacional. Mantida a força, dobrar o tempo dobra o impulso. Só a primeira afirmação é verdadeira.

Sequência correta: V – F – F – F

Q14
Termologia — Espiral bimetálica em termostato

Muitos sistemas de aquecimento elétrico em que é necessário manter certa temperatura, tais como estufas, fornos, ferro com graduações apropriadas para passar diversos tipos de tecidos, usam termostato para manter sua temperatura mais ou menos constante. Esses reguladores de temperatura têm o mesmo princípio de funcionamento. De uma forma simplificada, pode-se dizer que eles possuem uma espiral bimetálica como mostrada na figura abaixo. Considere essa espiral bimetálica formada por latão na parte interna e de aço na parte externa. Com relação ao adequado funcionamento destes sistemas reguladores de temperatura, coloque V, para verdadeiro, ou F, para falso.

Dados: considere $\alpha_{aço}=1{,}3\times10^{-5}/^\circ\mathrm{C}$, $\alpha_{latão}=2{,}0\times10^{-5}/^\circ\mathrm{C}$

Figura da questão 14 — Espiral bimetálica em termostato
1. À medida que a temperatura do sistema de aquecimento elétrico vai caindo, a espiral bimetálica se contrai, e sua extremidade se move para direita, isto é, para fora, abrindo o contato elétrico.
2. À medida que a temperatura da espiral bimetálica aumenta, o latão se dilata mais que o aço e, quando a temperatura atinge o valor máximo necessário, a espiral se move para direita ou para fora, desligando o circuito.
3. Quando a temperatura da espiral aumenta, além da necessária para o respectivo sistema de aquecimento, o latão se dilata menos que o aço, e a espiral se move para direita ou para fora, desligando o circuito.
4. Quando a temperatura do sistema diminui, o aço se contrai mais que o latão, e a espiral bimetálica fecha novamente o circuito, até o sistema atingir a temperatura máxima da graduação do sistema de aquecimento.

Sequência da revisão

F – V – F – F
Resolução comentada

O latão tem coeficiente de dilatação maior que o aço. Ao aquecer, a diferença de alongamentos muda a curvatura da espiral e abre o contato no sentido mostrado. Ao resfriar, o latão também se contrai mais, permitindo religar o circuito. A segunda afirmação é a única verdadeira: as outras descrevem abertura no resfriamento ou invertem qual metal varia mais.

Sequência correta: F – V – F – F

Q15
Termologia — Água anômala e congelamento de lagos

O comportamento de dilatação anômalo da água é verificado pelo fato de esta se contrair quando sua temperatura aumenta de $0\,{}^\circ\mathrm{C}$ a $4\,{}^\circ\mathrm{C}$. A partir desta temperatura, a água se dilata como a maioria das substâncias. Com relação a esse assunto, coloque V, para verdadeiro, ou F, para falso.

1. Em regiões em que a temperatura atinge valores abaixo de $0\,{}^\circ\mathrm{C}$, os lagos ficam congelados a partir da superfície. Isso ocorre porque a água da superfície, ao se resfriar até $4\,{}^\circ\mathrm{C}$, atinge sua densidade máxima, e por convecção, vai para o fundo.
2. Numa região de clima muito frio, onde a temperatura ambiente chega a $0\,{}^\circ\mathrm{C}$ ou menos, a água mais fria por ser mais densa, desce para o fundo do lago, ocorrendo o congelamento inicialmente no fundo.
3. Numa região de clima muito frio, quando a temperatura das superfícies dos lagos se tornam inferior a $4\,{}^\circ\mathrm{C}$, não ocorrerá mais movimentação da água por diferença de densidade. Assim, forma-se gelo na superfície quando a temperatura ambiente atingir $0\,{}^\circ\mathrm{C}$, sendo que a água do fundo do lago continuará líquida.
4. Quando a temperatura ambiente de regiões muito frias (onde a temperatura chega abaixo de $0\,{}^\circ\mathrm{C}$) está subindo, o nível da água dos lagos subirá somente a partir do momento em que a temperatura da água passar de $4\,{}^\circ\mathrm{C}$.

Sequência da revisão

V – F – V – V
Resolução comentada

Ao resfriar até quatro graus, a água fica mais densa e desce. Abaixo disso, resfriar reduz sua densidade, estabilizando a água mais fria na superfície e favorecendo o gelo por cima. Por isso a segunda afirmação é falsa. Na descrição ideal da questão, a convecção por resfriamento deixa de misturar o lago e o volume de uma massa de água líquida passa a aumentar com o aquecimento acima de quatro graus. A última afirmação deve ser lida nesse modelo, sem degelo, entrada ou saída de água.

Sequência correta: V – F – V – V

Q16
Termologia — Mistura gasosa em equilíbrio

O ar que respiramos é constituído, entre outros, pelos seguintes gases: O2, CO2 e N2. Suponha que, na sala em que você se encontra, o ar esteja em equilíbrio termodinâmico. Com relação ao ar da sala, analise as seguintes afirmativas e coloque V, para verdadeiro, ou F, para falso.

1. As moléculas de CO$_{2}$ têm menor energia cinética média do que as moléculas de O$_{2}$.
2. A energia cinética média das moléculas é a mesma para todos os gases presentes na sala.
3. As velocidades médias das moléculas é a mesma para todos os gases presentes na sala.
4. A velocidade média das moléculas de CO2 é menor do que a velocidade média das moléculas de O2.

Sequência da revisão

F – V – F – V
Resolução comentada

Em equilíbrio térmico, a energia cinética média translacional é a mesma para os gases:

\[\langle K_{tr}\rangle=3k_BT/2\]

A rapidez molecular característica depende da massa:

\[v_{rms}=\sqrt{3k_BT/m}\]

O dióxido de carbono, mais pesado que o oxigênio, tem menor rapidez típica. A segunda e a quarta afirmações são verdadeiras. “Velocidade média” é usada na prova como rapidez molecular; a média vetorial no gás em repouso é zero.

Sequência correta: F – V – F – V

Q17
Ondulatória — Tubo aberto, decibéis e reflexão total

Analise as afirmativas e coloque V, para verdadeiro, ou F, para falso.

Figura da questão 17 — Tubo aberto, decibéis e reflexão total
1. Num determinado concerto, um flautista tocou, sem mudar o comprimento da coluna de ar com abertura nas duas extremidades, uma sequência harmônica, cujo harmônico fundamental era $220\,\mathrm{Hz}$. Nesse caso, o comprimento de sua flauta era de, aproximadamente, $77{,}0\,\mathrm{cm}$. Dado: $V_{som(ar)}=340\,\mathrm{m/s}$.
2. Um determinado político, ao fazer um discurso, varia o nível de intensidade sonora de sua voz de $40\,\mathrm{dB}$ para $60\,\mathrm{dB}$. Nessa situação, a intensidade física do som da voz do político aumenta em 10 vezes.
3. Os prismas de reflexão total possuem larga utilização em óptica aplicada. Um tipo de sinalização utilizado em estradas e avenidas é o chamado “olho de gato”, o que consiste na justaposição de vários prismas retos, do tipo prisma de Porro, prisma de base triangular isósceles com um ângulo de $90^\circ$ (como o mostrado na figura ao lado), feitos de plástico, que refletem a luz incidente, proveniente dos faróis de automóveis. Considerando esses prismas no ar, o mínimo valor do índice de refração do plástico, acima do qual o prisma funciona como um refletor perfeito é $\dfrac{\sqrt{2}}{2}$.
4. Os espelhos côncavos são usados como espelho de aumento, como os de maquiar e os utilizados pelos oftalmologistas, quando o ponto objeto for colocado entre o foco e o espelho.

Sequência da revisão

V – F – F – V
Resolução comentada

Para a flauta aberta nas extremidades:

\[L=v/(2f)=340/440\approx0{,}77\,\mathrm m\]

A elevação de vinte decibéis multiplica a intensidade por cem:

\[I_2/I_1=10^{20/10}=100\]

Na incidência de 45 graus dentro do prisma, a reflexão total exige índice superior a raiz de dois, não raiz de dois sobre dois. O espelho côncavo com objeto entre foco e vértice produz imagem virtual ampliada. A primeira e a quarta afirmações são verdadeiras.

Sequência correta: V – F – F – V

Q18
Eletricidade — Superposição, condutor e capacitor

A respeito de conceitos eletrostáticos, analise as seguintes afirmativas e coloque V, para verdadeiro, ou F, para falso.

1. Constitui erro grave não levar em conta a força gravitacional ao se calcular a força entre cargas puntiformes.
2. Num sistema composto por três ou mais cargas puntiformes, a interação elétrica entre quaisquer par de cargas não é afetada pela presença das demais.
3. É sempre zero o trabalho realizado pela força elétrica, necessário para deslocar uma carga elétrica no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático.
4. Quando se dobra a diferença de potencial entre os terminais de um capacitor sem alterar suas características geométricas, quadruplica-se a energia potencial nele armazenada.

Sequência da revisão

F – V – V – V
Resolução comentada

Em problemas eletrostáticos usuais de partículas carregadas, a gravitação pode ser desprezada na interação elétrica. A lei da superposição preserva cada interação entre pares. No interior de um condutor em equilíbrio, o campo é nulo e o trabalho elétrico também. Para geometria e meio dielétrico inalterados:

\[U=CV^2/2\]

Dobrar a tensão quadruplica a energia. A primeira afirmação é falsa.

Sequência correta: F – V – V – V

Q19
Eletricidade — Lançamento entre placas elétricas

Considere duas placas quadradas horizontais metálicas, cada qual com área $16\,\mathrm{cm^2}$ dispostas paralelamente entre si com separação $d=10\,\mathrm{mm}$. Elas são igualmente eletrizadas em módulo, mas com cargas de sinais opostos, de modo a estabelecer um campo elétrico uniforme intra-placas de intensidade $2{,}0\cdot10^{3}\,\mathrm{N/C}$ apontando para baixo, desprezando os efeitos de borda. Uma partícula, com massa $m=2{,}0\cdot10^{-12}\,\mathrm{kg}$ e carga positiva $q=1{,}0\cdot10^{-6}\,\mathrm{C}$, deixa o centro da placa negativa inferior com velocidade inicial de intensidade $v=1{,}0\cdot10^{3}\,\mathrm{m/s}$ fazendo um ângulo de $37^\circ$ com a horizontal. A respeito do movimento da partícula, analise as seguintes afirmativas e coloque V, para verdadeiro, ou F, para falso.

Dados: $\mathrm{sen}(37^\circ)=0{,}60$ e $\cos(37^\circ)=0{,}80$

Item com ressalva editorial. Consulte a resolução; ele não entra no seu desempenho.

1. Sua trajetória será parabólica.
2. Ela atinge a altura máxima na vertical, aproximada, $\Delta y=5{,}0\,\mathrm{mm}$.
3. Ela atinge a placa inferior após o intervalo de tempo, aproximado, $\Delta t=5{,}0\cdot10^{-5}\,\mathrm{s}$.
4. Ela atinge a placa inferior a uma distância, aproximada, $\Delta x=0{,}96\,\mathrm{mm}$, do ponto de partida.

Sequência da revisão

V – F – F – V
Resolução comentada

A aceleração elétrica, para baixo, domina a gravitacional:

\[a=qE/m=10^9\,\mathrm{m/s^2}\]

As componentes iniciais são 600 m/s na vertical e 800 m/s na horizontal. Assim:

\[h_{max}=600^2/(2\times10^9)=0{,}18\,\mathrm{mm}\] \[t=2\times600/10^9=1{,}2\times10^{-6}\,\mathrm s\] \[x=800t=0{,}96\,\mathrm{mm}\]

A trajetória é parabólica e a quarta afirmação é verdadeira. A fonte marca também a segunda como verdadeira, mas a altura de 5 mm não resulta dos dados impressos; há divergência de gabarito.

Sequência correta: V – F – F – V

Q20
Física Moderna — Fótons e princípio da incerteza

Sobre as propriedades dos efeitos fotoelétrico e Compton e do princípio da incerteza de Werner Heisenberg, analise as seguintes afirmativas e coloque V, para verdadeiro, ou F, para falso.

1. Os efeitos fotoelétrico e Compton evidenciam o caráter corpuscular da radiação eletromagnética.
2. O efeito Compton pode produzir fotoelétrons, se a energia transferida para o elétron for suficiente para ejetá-lo do material.
3. A frequência de corte (isto é, a frequência mínima da radiação abaixo da qual não há efeito fotoelétrico) é determinada através da energia de ligação dos elétrons do material.
4. Na mecânica clássica, uma partícula pode ser localizada com incerteza nula na posição ($\Delta x=0$) e incerteza nula no seu momento ($\Delta p_x=0$), simultaneamente, mas, na teoria quântica, esta proposição é válida apenas no limite de temperatura absoluta, $T$, igual a zero.

Sequência da revisão

V – V – V – F
Resolução comentada

Os efeitos fotoelétrico e Compton evidenciam transferências de energia e momento por fótons. No Compton, um elétron pode ser ejetado se receber energia suficiente; tecnicamente ele é um elétron de recuo, e “fotoelétron” é usado no item de forma ampla. O limiar fotoelétrico depende da energia de ligação:

\[hf_0=\phi\]

A incerteza quântica não desaparece à temperatura zero:

\[\Delta x\Delta p_x\ge\hbar/2\]

A quarta afirmação é falsa.

Sequência correta: V – V – V – F

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