CESUMAR 2005 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Do rastejar de uma cobra aos saltos de um canguru ou lêmure, ou ainda, da lentidão de uma preguiça à rapidez extremada de uma chita, encontraremos várias formas de deslocamento dos animais. Como se não bastasse, para a mesma espécie, pode haver vários tipos de movimentos. Cavalos podem andar, saltar, galopar ou marchar. Homens podem correr, andar e saltar. A forma do deslocamento é um dado importante para caracterizar uma certa espécie ou ainda explicar o seu desenvolvimento ao longo de sua existência. O caminhar de um homem, por exemplo, pode ser explicado através das componentes da força resultante. Veja a figura que segue: (adote $g=10\ \text{m/s}^2$).

A velocidade máxima do caminhar de uma pessoa deverá ocorrer de forma que um dos pés mantenha contato com o solo. Se os dois pés perderem o contato com o solo simultaneamente, significa que a pessoa estará correndo. Com base no exposto, analise as afirmações que seguem:

1. A expressão acima foi deduzida com o auxílio do conceito da componente centrípeta da força resultante que age no corpo do homem.
2. A velocidade máxima do caminhar de um homem com pernas de $1{,}2\ \text{m}$ de comprimento tem intensidade de $9{,}6\ \text{km/h}$.
3. A velocidade máxima do caminhar de uma pessoa não está relacionada com a sua altura e sim com a potência liberada pelo seu tecido muscular.
4. A força utilizada para a dedução da expressão acima é o peso do homem.

Dizem que o monjolo veio da China. Mas ele foi introduzido no Brasil por Brás Cubas, na cidade de Santos SP. O monjolo tem trabalhado desde aquela época até os dias de hoje. Sua construção é rudimentar, compondo-se por três partes: haste, pilão e cocho. A figura que segue mostra a construção dessa engenhoca com suas medidas.

Adotando a aceleração da gravidade $g=10\ \text{m/s}^2$ e desprezando a massa da haste e da caixa, analise as afirmativas que seguem.

1. A velocidade média da água que sai do ducto tem intensidade de $2{,}5\ \text{m/s}$.
2. O momento de força devido ao peso do pilão em relação ao pino de apoio da haste é dado por $1{,}5mg$.
3. Se a massa do pilão for de $50\ \text{kg}$, a quantidade de água dentro do cocho para elevar o pilão deverá ser superior a $50$ litros de água (um litro de água tem massa de $1\ \text{kg}$).
4. Se o volume do cocho for de $0{,}25\ \text{m}^3$, pode-se afirmar que ele se encherá em um intervalo de tempo de $5/\pi$ (diâmetro do ducto $100\ \text{mm}$).

Lançaremos mão da imaginação para entender o funcionamento dos CD’s. “Imagine que você esteja num longo corredor. Ele é tão longo que você não consegue ver nem o início nem o fim dele. O corredor tem quilômetros e quilômetros de extensão. Você observa que alguém colocou banheiras no teto. Entre as banheiras há espelhos. Em toda a extensão do corredor há banheiras e espelhos.”

De repente, tudo fica escuro! Você tem uma lanterna na mão. Você liga a lanterna, aponta-a para o teto e começa a correr. Toda vez que a luz atinge um espelho, a luz volta até você. Mas quando a luz atinge uma banheira, ela se espalha e você fica no escuro. Agora imagine que você possa tomar notas enquanto está correndo. Toda vez que a luz retorna, você escreve o número 1. Quando a luz se perde, você escreve zero. Essa linguagem numérica é conhecida como sistema binário. Estes números são usados pelo CD player para tocar a música e os dados. Se um CD não girasse e fosse um corredor - como na cena imaginada, ele teria mais de $6$ quilômetros de extensão. O leitor tem capacidade de ler $41.000$ números binários a cada segundo. A largura de uma trilha de CD é tão pequena que $40$ delas têm a espessura de um fio de cabelo! (dados: $\pi\approx3$).

1. Supondo a freqüência de rotação do CD como $60\ \text{RPM}$, a velocidade da periferia do disco ($R=12\ \text{cm}$) será de $0{,}72\ \text{m/s}$.
2. O período de leitura dos dados binários é de aproximadamente $2{,}4\times10^{-5}\ \text{s}$.
3. A 2ª lei de reflexão não foi representada corretamente na figura supondo que a incidência da luz seja normal à superfície.
4. Sendo a espessura média de um fio de cabelo $0{,}1\ \text{mm}$, pode-se afirmar que cada trilha tem largura de $2{,}5\times10^{-6}\ \text{m}$.

Em 1875, realizou-se, em Paris, a primeira CGPM (Convenção Geral de Pesos e Medidas). Em 1960, durante a 11ª CGPM realizada também em Paris, foi instituído o SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.I.U.). Analise as afirmativas que tratam de sistemas de unidades:

1. Para o S.I.U., a velocidade deve ser medida em $\text{m/s}$ e sua relação com o sistema usual é dada pela razão: $\text{m/s}\div3{,}6=\text{km/h}$.
2. O resultado do produto da área pela velocidade, no S.I.U., deverá ser dado por $\text{m}^3/\text{s}$ que, tratando-se de uma grandeza conhecida como vazão.
3. No S.I.U., pode-se usar o erg como unidade de energia.
4. No S.I.U., a dimensão (unidade) de energia deve ser dada por $\text{kg}\ \text{m}^2\ \text{s}^{-2}$.

Algumas pessoas dizem que o barro com que se confeccionam as famosas panelas fornece mais calor para os alimentos tornando o cozimento melhor; outros dizem que a panela retém mais calor mantendo assim o alimento quente por mais tempo. Analise as afirmações que seguem:

1. Os alimentos, no interior da panela, recebem mais calor uma vez que o barro com que é confeccionada a panela tem a propriedade de gerar calor na presença de uma fonte térmica.
2. A panela conserva alimentos quentes por maior tempo devido à capacidade térmica do barro ser maior que o material metálico das panelas comuns.
3. Se a água depositada estiver em temperatura ambiente, dentro da panela, e se esta for colocada em lugar fresco, poderá haver um resfriamento da água em seu interior, de modo que sua temperatura fique abaixo da temperatura ambiente.
4. O fato de a capacidade térmica do barro ser elevada implica em dizer que o calor recebido pelos alimentos seja maior que o calor recebido da fonte térmica pela panela.

A relação de gasto ou “geração” de energia de um certo equipamento, com o tempo, é denominada de potência. A relação matemática que expressa essa grandeza é $P=\dfrac{E}{\Delta t}$. No Sistema Internacional, a unidade de potência é o watt ($\text{W}$). No sistema usual, potência pode ser dada por cavalo-vapor ($\text{hp}$), sendo $1\ \text{hp}=746\ \text{W}$. Analise as afirmativas que seguem, referindo-se à potência de equipamentos elétricos:

1. Um resistor com resistência nominal de $1\ \text{k}\Omega$, percorrido por uma corrente de intensidade de $20\ \text{A}$, dissipará uma potência equivalente aproximadamente a $536\ \text{hp}$.
2. Se o mesmo resistor, (o da afirmativa anterior), for submetido a uma diferença de potencial de $100\ \text{V}$, a potência dissipada será de $10\ \text{W}$.
3. Para que um aparelho elétrico submetido a uma diferença de potencial de $220\ \text{V}$ dissipe uma potência equivalente a $3\ \text{hp}$, deverá ser percorrido por uma corrente de aproximadamente $10{,}2\ \text{A}$.
4. Um chuveiro com potência de $1.000\ \text{W}$, funcionando durante um intervalo de tempo de $2$ minutos, dissipará $1{,}2\times10^4\ \text{J}$ de energia.

A técnica usada em pinturas que empregam vários tons de uma mesma cor recebe o nome de monocromia: a arte é feita com uma única cor, com variação de tonalidades, obtida pela adição gradativa de branco ou preto a uma única cor primária, secundária ou terciária. ESCALA MONOCROMÁTICA é a gradação de valor e intensidade de uma cor, misturada com o preto tornando-se mais escura (ESCALA DE VALOR) e com o branco ficam mais claras (ESCALA DE INTENSIDADE). Essa técnica já era empregada em pinturas rupestres e foi muito explorada no século XX.

A Balsa da Medusa - Théodore Géricault (1818-1819). A reprodução da obra em monocromia não ofusca o desespero dos sobreviventes de um naufrágio. Analise as afirmações que seguem:

1. Na obra, as regiões de “sombra” caracterizam-se pelo aumento na escala de intensidade, ou seja, tornam a região menos reflexiva dando a impressão de escuridão.
2. As cores assemelhadas ao cinza ou prata foram obtidas pela gradação da escala de valor de forma que parte da luz incidente seja absorvida na região.
3. Para que haja regiões na obra que possam ser classificadas como regiões de sombra, teríamos que ter pigmentos negros capazes de absorver toda a luz incidente neles.
4. Para as regiões onde a luz predomina, a escala de intensidade deverá ser empregada em seu valor extremo.

Dias de tempestade, com trovoadas e grandes descargas elétricas, causam temor a muitas pessoas. Para se defender destas descargas, pára-raios são instalados em edificações. Porquê não há danos físicos a uma pessoa que se encontra dentro de um automóvel atingido por uma descarga elétrica (raio)? Os estudos do efeito das pontas e condutores isolados podem explicar o funcionamento desses fenômenos. Analise as questões que seguem a respeito do assunto:

1. Um condutor isolado eletricamente carregado e em equilíbrio terá em seu interior campo elétrico nulo e potencial elétrico constante.
2. O potencial elétrico ao redor de um condutor isolado, distante de sua superfície, não depende da forma geométrica do condutor, sendo este de dimensões diminutas.
3. A densidade superficial de cargas elétricas nas pontas apresentadas por um condutor é maior e esse fato explica o funcionamento do pára-raios.
4. A pessoa, no interior do carro, não sofre danos físicos devido aos pneus serem feitos de material isolante.

O funcionamento de um motor elétrico é explicado pela força magnética que age em fio eletrizado imerso em um campo magnético e também pelo fato de um fio eletrizado ser uma fonte de campo magnético. A partir disso, analise as afirmativas que seguem a respeito do funcionamento de um motor:

1. A força magnética sobre um fio é diretamente proporcional à espessura do fio que é percorrido por uma corrente elétrica.
2. A força magnética sobre um fio é diretamente proporcional ao comprimento do fio que é percorrido por uma corrente elétrica.
3. O campo gerado ao redor de um fio percorrido por uma corrente é composto por linhas de campo com orientação radial.
4. O campo magnético gerado ao redor de um fio percorrido por uma corrente elétrica é uma grandeza de natureza escalar.

Ondas de rádio transmissão, ondas de TV e tantas outras ondas fazem parte de nosso cotidiano sem que nos demos conta. As ondas eletromagnéticas estão presentes no funcionamento de todos aparelhos eletroeletrônicos. O comportamento desse tipo de onda é abordado nas afirmativas que seguem:

1. A velocidade das ondas eletromagnéticas é tanto maior quanto mais denso for o meio em que ela se propaga.
2. A freqüência de uma onda eletromagnética não se altera quando esta sofre um processo de refração tendo somente a sua velocidade e comprimento de onda alterados.
3. Todas as ondas eletromagnéticas, sem exceção, são ondas que têm o seu sentido de vibração perpendicular ao sentido de sua propagação.
4. A combinação de uma onda elétrica com uma onda magnética gera um conjunto no qual as duas ondas componentes, elétrica e magnética, dispõem-se de forma que elas fiquem com os planos aos quais pertencem dispostos paralelamente entre si.