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Q11

Mecânica — Hidrostática — Equilíbrio de navios

Em todas as fases de exploração, refino, transporte e distribuição do petróleo, podem ocorrer vazamentos e danos ao ecossistema aquático. Quando os tanques de navios petroleiros são lavados no mar, essa região fica poluída. Quando o petroleiro está vazio, é costume encher seus tanques com água para equilibrá-lo; depois a água suja de petróleo é jogada no mar, poluindo-o. O petróleo adere às brânquias dos peixes, às penas das aves e aos pelos dos mamíferos, causando-lhes grandes complicações. (Biologia Hoje. Sérgio L. e Fernando G. Ática. 2009. V3. P 398.) Analisando o texto e com base nos seus conhecimentos sobre o assunto, assinale a alternativa correta.

Nota de conferência: Questão interdisciplinar. Resposta E conforme o gabarito fornecido; a resolução destaca o erro de hidrostática da alternativa D.

A)Peixes, aves e mamíferos são vertebrados que apresentam várias características comuns, tais como circulação fechada, dupla e completa, boca provida de dentes e homeotermia.

B)O petróleo pode espalhar-se pela superfície da água, pois é constituído por substâncias polares. Sendo assim, ele impede a passagem de luz, que é necessária para a fotossíntese realizada pelos seres produtores.

C)As aves e mamíferos integram as cadeias alimentares presentes nos ecossistemas, atuando como seres decompositores.

D)Ao esvaziar seus tanques, o petroleiro se torna vulnerável, uma vez que a pressão exercida pela água do mar sobre seu casco aumenta em intensidade, podendo, em casos extremos, causar deformação na sua estrutura.

E)O diesel e a gasolina são compostos provenientes do petróleo e utilizados como combustíveis. O diesel é considerado mais poluente, pois apresenta hidrocarbonetos de cadeia carbônica mais extensa e maior quantidade de metais pesados altamente nocivos à saúde.

Gabarito do documento fornecido

Nota de conferência: Questão interdisciplinar. Resposta E conforme o gabarito fornecido; a resolução destaca o erro de hidrostática da alternativa D.

Resolução

O gabarito fornecido indica E, que compara diesel e gasolina no tratamento adotado pelo caderno. A composição e as emissões reais dependem da formulação do combustível e do motor; a referência a metais pesados não deve ser tomada como definição geral de diesel.

A alternativa D contém o erro físico central: ao retirar carga e lastro, o navio fica mais leve e passa a deslocar menos água. Pelo equilíbrio de flutuação, $\rho_{\mathrm{água}}gV_{\mathrm{deslocado}}=mg$. O calado diminui, assim como a pressão hidrostática nos pontos do casco que se tornam menos profundos: $p=p_0+\rho gh$. O esvaziamento pode afetar a estabilidade, mas não pelo aumento de pressão externa afirmado em D.

A é falsa: peixes não apresentam, em geral, circulação dupla nem homeotermia; aves não possuem dentes. B atribui polaridade ao petróleo, formado principalmente por hidrocarbonetos apolares. A película pode reduzir a entrada de luz, mas a justificativa química é falsa. C confunde consumidores com decompositores.

Q12

Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Radiação ultravioleta

No Brasil, o câncer mais frequente é o de pele, correspondendo a cerca de 25% de todos os tumores diagnosticados em todas as regiões geográficas. A radiação ultravioleta natural, proveniente do sol, é o seu maior agente etiológico.

De acordo com o comprimento de onda, os raios ultravioleta (raios UV) são classificados em raios UV-C, em raios UV-A (320-400nm) e em raios UV-B (280-320nm). Em decorrência da destruição da camada de ozônio, os raios UV-B, que estão intrinsecamente relacionados ao surgimento do câncer de pele, têm aumentado progressivamente sua incidência sobre a Terra. Da mesma forma, tem ocorrido um aumento da incidência dos raios UV-C, que são potencialmente mais carcinogênicos do que os UVB.

Por sua vez, os raios UV-A independem desta camada, e causam câncer de pele a quem se expõe a eles em horários de alta incidência, continuamente e ao longo de muitos anos. As pessoas de pele clara que vivem em locais de alta incidência de luz solar são as que apresentam maior risco. Como mais de 50% da população brasileira têm pele clara e se expõem ao sol muito e descuidadamente, seja por trabalho, seja por lazer, e o país situa-se geograficamente numa zona de alta incidência de raios ultravioleta, nada mais previsível e explicável do que a alta ocorrência do câncer de pele entre nós. (http://www.inca.gov.br/conteudo_view.asp?ID=21)

Sobre as informações contidas no texto e seus conhecimentos sobre esse assunto, analise as afirmativas a seguir.

O câncer de pele resulta de uma alteração no material genético das células, acentuando a capacidade de divisão celular resultante de um processo meiótico;
A pele humana é formada pele epiderme e derme. A epiderme é um tecido epitelial e a derme é um tecido conjuntivo. A derme possui células denominadas melanócitos, que produzem o pigmento melanina, responsável pela cor da pele. A quantidade desse pigmento na pele depende da quantidade de genes aditivos presentes no genótipo e esse tipo de herança é denominado herança quantitativa;
O excesso de CO2 liberado na queima de combustíveis fósseis é o principal fator responsável pela destruição da camada de ozônio;
Adotando a velocidade da luz no vácuo como $3\times10^8\ \mathrm{m/s}$, pode-se afirmar que a maior frequência dos raios UV-B é maior que a maior frequência apresentada pelos raios UV-A;
Para evitar maiores danos pela exposição aos raios solares, podemos utilizar bloqueadores solares, em cuja composição há o óxido de zinco. Esse óxido tem caráter anfótero e é solúvel em água.

Assinale:

Nota de conferência: Texto de apoio histórico transcrito do caderno. As afirmações sobre saúde e incidência de UV-C pertencem à fonte e não foram atualizadas; a comparação física usa os intervalos de comprimento de onda fornecidos.

A)Se apenas I, II e III forem corretas.

B)Se apenas IV for correta.

C)Se apenas II, III e IV forem corretas.

D)Se apenas II e V forem corretas.

E)Se apenas IV e V forem corretas.

Gabarito do documento fornecido

Resolução

A relação entre frequência e comprimento de onda no vácuo é $f=c/\lambda$. Logo, comprimentos de onda menores correspondem a frequências maiores.

Para UV-B, a frequência máxima corresponde a 280 nm: $$f_{\mathrm{B,max}}=\frac{3\times10^8}{280\times10^{-9}}\approx1{,}07\times10^{15}\ \mathrm{Hz}.$$ Para UV-A, o menor comprimento é 320 nm: $$f_{\mathrm{A,max}}=\frac{3\times10^8}{320\times10^{-9}}\approx9{,}38\times10^{14}\ \mathrm{Hz}.$$ Portanto, IV é verdadeira.

I confunde mitose com meiose. II localiza os melanócitos na derme, quando sua localização característica é a camada basal da epiderme. III confunde aquecimento global com destruição do ozônio. V combina o caráter anfótero do ZnO com a afirmação incorreta de solubilidade em água. Somente IV: alternativa B.

Q13

Física moderna — Física nuclear — Energia e terremotos

O terremoto de 9 pontos da Escala Richter seguido de formações de tsunamis que atingiu o Japão, em 11 de março, causou severos estragos na Usina de Daiichi a qual se encontra na cidade de Fukushima. Nesse evento, o fornecimento de energia que abastecia o sistema de resfriamento dos reatores foi interrompido causando o acidente que foi classificado no nível 5 da escala internacional de eventos nucleares (INES). Em decorrência dos acidentes nucleares na região de Fukushima, cidades inteiras foram esvaziadas. As pessoas foram obrigadas a deixar suas casas devido ao risco de contaminação por radiação. As autoridades japonesas proibiram a produção e o consumo de alimentos na região de Fukushima, devido ao elevado grau de contaminação, o que causou impactos na economia do país. Sendo um modelo matemático para o mesmo $\log E=1{,}44+1{,}5M$, em que E é a energia liberada em joule pelo terremoto e M a magnitude medida em grau Richter, sobre esse fenômeno, é correto afirmar que: antes, porém considere: log 2 = 0,30 e log 3 = 0,47.

Nota de conferência: O texto e o modelo matemático originais foram preservados. O cálculo usa a constante 1,44 impressa no enunciado.

A)Em uma usina nuclear, a energia oriunda da fusão nuclear é convertida em energia térmica que, por sua vez, é convertida em energia mecânica, mais especificamente em energia cinética, que é o que aciona o gerador elétrico do complexo.

B)A radiatividade ficou restrita ao espaço geográfico da cidade de Fukushima, não ocorrendo a disseminação pela circulação atmosférica e corrente marítima.

C)As radiações ionizantes diminuem as taxas de mutações dos genes de qualquer tipo de ser vivo, pois podem alterar a sequência de bases nitrogenadas presentes nas moléculas de DNA.

D)O bário (Ba-142), um dos produtos oriundos da reação nuclear que ocorre no reator, apresenta propriedades semelhantes à do cálcio, pois esses elementos pertencem ao mesmo período na classificação periódica.

E)Se um terremoto libera $8\cdot10^{12}\ \mathrm{J}$, então sua magnitude será de aproximadamente 7,64 na escala Richter.

Gabarito do documento fornecido

Nota de conferência: O texto e o modelo matemático originais foram preservados. O cálculo usa a constante 1,44 impressa no enunciado.

Resolução

Usando o modelo impresso e logaritmos decimais, para $E=8\times10^{12}\ \mathrm{J}$:

$$\log E=\log8+12=3\log2+12=12{,}90.$$ $$M=\frac{12{,}90-1{,}44}{1{,}5}=7{,}64.$$ Alternativa E.

As usinas nucleares citadas utilizam fissão, não fusão. Material radioativo pode ser transportado por ventos e correntes. Radiações ionizantes podem aumentar a ocorrência de mutações. Bário e cálcio pertencem ao mesmo grupo, e não ao mesmo período.

O cálculo segue a constante 1,44 fornecida. O texto histórico e esse modelo foram preservados como dados da questão, sem convertê-los em uma descrição atual do acidente ou em uma fórmula universal de energia sísmica.

Q14

Mecânica — Cinemática — Lançamento de cinzas vulcânicas

Vulcão é uma estrutura geológica criada quando o magma, gases e partículas quentes (como cinzas) escapam para a superfície terrestre. Ele ejeta altas quantidades de poeira, gases e aerossóis na atmosfera atingindo altitude de 20 km como foi o caso do vulcão islandês Grimsvotn que entrou em erupção em maio deste ano. A erupção de um vulcão pode resultar num grave desastre natural, por vezes de consequências planetárias. Assim como outros desastres dessa natureza, as erupções são imprevisíveis e causam danos de grande monta. Os vulcões tendem a formar-se junto das margens das placas tectônicas. No entanto, existem exceções quando os vulcões ocorrem em zonas chamadas de hot spot (pontos quentes). Considerando o enunciado acima, assinale a alternativa correta.

Nota de conferência: Resposta D conforme o gabarito. A alternativa A contém uma generalização; a resolução explicita a ressalva.

A)O fato de as regiões aos arredores dos vulcões serem densamente habitadas resulta do fato de as terras, formadas de lava arrefecida, serem bastante férteis para a prática da agricultura.

B)A opacidade da nuvem de gás lançada em uma erupção é o principal causador da alteração climática que, dependendo da intensidade da erupção, pode atingir dimensões globais.

C)Se a altitude alcançada pelas cinzas se der, em um caso hipotético, única e exclusivamente devido à intensidade da velocidade de lançamento das cinzas, essa velocidade terá intensidade aproximada de 1.268 km/h. (adote g=10 $\mathrm{m/s^2}$)

D)As partículas liberadas nas cinzas vulcânicas podem causar complicações à nossa saúde, pois, ao ser inaladas, podem alcançar os pulmões, comprometendo o funcionamento dos alvéolos pulmonares. Os alvéolos são recobertos por capilares sanguíneos e correspondem ao local onde ocorre a hematose.

E)No círculo de fogo do Oceano Atlântico, localizam-se as principais atividades vulcânicas na superfície terrestre. Essas atividades dificultam a circulação dos transportes aéreos.

Gabarito do documento fornecido

Nota de conferência: Resposta D conforme o gabarito. A alternativa A contém uma generalização; a resolução explicita a ressalva.

Resolução

A alternativa D é a indicada pelo gabarito: partículas inaladas podem comprometer a função respiratória dos alvéolos, que são envolvidos por capilares e participam das trocas gasosas.

Avaliando a alternativa de Física, no modelo hipotético em que apenas a velocidade inicial permite atingir $h=20\ \mathrm{km}=20000\ \mathrm{m}$, a conservação da energia fornece:

$$\frac{mv_0^2}{2}=mgh\quad\Longrightarrow\quad v_0=\sqrt{2\cdot10\cdot20000}\approx632{,}5\ \mathrm{m/s}.$$ $$v_0\approx632{,}5\cdot3{,}6\approx2277\ \mathrm{km/h}.$$ Portanto, os 1268 km/h de C são incompatíveis com a altura dada. Uma pluma real também envolve ascensão de gases quentes, fora desse modelo.

Solos vulcânicos podem ser férteis após intemperismo, mas A generaliza a ocupação de todas as regiões e atribui fertilidade à lava simplesmente resfriada. B reduz os mecanismos climáticos à opacidade de uma nuvem de gás. E troca o Pacífico pelo Atlântico.

Q15

Mecânica — Trabalho e energia — Fontes de energia

Atualmente, ao mesmo tempo em que a produção de energias limpas deu um salto tecnológico, o mundo passou a depender como nunca de fontes energéticas que lançam gases de efeito estufa na atmosfera. Por outro lado, países como França, onde 76,8% de sua matriz energética é proveniente de energia nuclear, Lituânia (64%), Bélgica (54%), Alemanha (25%) e EUA (19,5%) enfrentarão sérios problemas para substituir essa importante fonte de energia.

Potencial térmico das fontes de energia — dados do caderno
Combustível	Capacidade térmica (kWh/kg)
Água (queda de 100 m)	$2{,}8\times10^{-5}$
Carvão	8,2
Petróleo	11,5
Nuclear	$2{,}3\times10^6$

Obs.: O quadro demonstra o potencial térmico de algumas fontes de energia.

Sobre a utilização dessas fontes de energia, é correto afirmar que:

Nota de conferência: Gabarito fornecido: A. A conversão da tabela dá 100,8 J, mas a queda de 1 kg por 100 m libera aproximadamente 1000 J. Dados preservados; questão excluída da pontuação automática.

A)No Sistema Internacional (S.I.), a energia liberada em uma queda de 100 m de altura de 1 Kg água é de 100,8 J.

B)Embora haja uma significativa diferença no potencial energético das fontes citadas, o processo final de transformação da energia liberada em cada uma delas consiste em transformar energia térmica em energia potencial gravitacional e finalmente em energia elétrica.

C)Com uma dose maciça de investimentos, países como França e Japão poderiam substituir, com relativa facilidade, não fossem as restrições ambientais, suas usinas nucleares por hidroelétricas sem que isso afetasse o volume de energia gerada nesses países.

D)Na tabela, a razão aproximada entre a capacidade térmica da água e a nuclear é maior que $12\cdot10^{-1}$.

E)As pteridófitas e as angiospermas são os grupos vegetais mais afetados pela emissão dos gases do efeito estufa, pois esse fenômeno pode comprometer a germinação de suas sementes, diminuindo a dispersão de suas espécies.

Gabarito do documento fornecido

Resolução

O gabarito fornecido marca A, mas há uma inconsistência numérica no material original.

Usando literalmente a linha da tabela, $2{,}8\times10^{-5}\ \mathrm{kWh/kg}$, para 1 kg resulta:

$$E=2{,}8\times10^{-5}\cdot3{,}6\times10^6=100{,}8\ \mathrm{J}.$$ Essa conversão explica a resposta A do documento.

Entretanto, uma queda de 100 m libera, para $g\approx10\ \mathrm{m/s^2}$, $$E=mgh=1\cdot10\cdot100=1000\ \mathrm{J}\approx2{,}78\times10^{-4}\ \mathrm{kWh}.$$ A potência de dez da tabela é incompatível com a altura indicada. A transcrição preserva os dois dados e a divergência; o item fica fora da pontuação automática.

B descreve incorretamente a conversão: turbinas acionam geradores por energia mecânica, e a hidrelétrica parte de energia potencial gravitacional. C ignora limitações geográficas. D usa “capacidade térmica” para uma energia por massa e propõe uma razão incompatível: $(2{,}8\times10^{-5})/(2{,}3\times10^6)\approx1{,}22\times10^{-11}$. E atribui sementes às pteridófitas, que não as produzem.

Q16

Física moderna — Física nuclear — Meia-vida do césio-137

A radioatividade é um assunto polêmico no meio político e científico devido aos benefícios que proporciona à tecnologia, mas também à preocupação de como é usada e do risco que a própria humanidade pode ter de enfrentar quando ocorrem acidentes radioativos. No Brasil, em setembro de 1987, na cidade de Goiânia (GO), um aparelho de radioterapia foi desmontado, em um ferro-velho, e tal aparelho continha o composto radioativo cloreto de césio – 137 (Césio-137). Quatro pessoas que tiveram contato direto com o produto morreram e outras sofrem até hoje por razão dos efeitos da radiação. Sabe-se que a meia-vida desse elemento radioativo é de aproximadamente 30 anos e que ele será considerado fora de risco à saúde, quando atingir 1/64 de sua massa inicial. Sobre o texto, é correto afirmar que:

Nota de conferência: O limite de 1/64 é uma hipótese do exercício, não uma regra geral de segurança radiológica.

A)A partir do ano de 2.167, o elemento radioativo não causará danos à saúde.

B)O sal cloreto de césio é insolúvel em água e formado por ligações moleculares.

C)O césio é um elemento do grupo dos metais alcalinos e o cloro dos calcogênios.

D)No quarto tempo de meia-vida, o elemento será considerado inofensivo à saúde.

E)O Césio-137 apresenta 137 nêutrons no núcleo.

Gabarito do documento fornecido

Nota de conferência: O limite de 1/64 é uma hipótese do exercício, não uma regra geral de segurança radiológica.

Resolução

O exercício estabelece, como hipótese, o limite de $1/64$ da massa inicial. Como $64=2^6$, são necessárias seis meias-vidas:

$$\frac{m}{m_0}=\left(\frac12\right)^n=\frac1{64}\quad\Longrightarrow\quad n=6.$$ $$\Delta t=6\cdot30=180\ \mathrm{anos};\qquad1987+180=2167.$$ Alternativa A, segundo o critério do enunciado.

No quarto período, resta $1/16$ da massa, e não $1/64$. O CsCl é um sal iônico solúvel; o cloro pertence aos halogênios. Em césio-137, 137 é o número de massa, soma de prótons e nêutrons. Com $Z=55$, há $137-55=82$ nêutrons.

A fração $1/64$ é apenas uma condição definida pelo problema: não constitui um limiar universal de segurança radiológica.

Q18

Ondulatória — Movimento periódico — Modelo das marés

Na fase da Lua Cheia (Sol – Terra – Lua) ou na fase da Lua Nova (Sol – Lua – Terra), observa-se a maior amplitude das marés. A maré é um dos fenômenos naturais mais conhecidos. Dependendo das condições atmosféricas, há possibilidade da ocorrência da ressaca. A força da ressaca costuma alagar avenidas e danificar construções à beira-mar. Há também relatos de banhistas tragados pelo mar e levados para longe da praia pelas fortes correntes marítimas.

Os movimentos periódicos de elevação e abaixamento das superfícies dos oceanos, mares e lagos são provocados pela força gravitacional da Lua e do Sol sobre a terra. As marés ocorrem em intervalos regulares de 6 horas e 12 minutos. Então a cada 24 horas e 50 minutos, aproximadamente, o mar sobe e desce duas vezes, constituindo o fluxo e refluxo das águas.

Para uma determinada maré, a altura A, medida em metros, é dada aproximadamente pela fórmula matemática, $A(t)=4\operatorname{sen}(30t+45)^\circ$, em que t é o tempo medido em hora e $0\leq t\leq12$.

Com base no texto, é correto afirmar que:

A)Em 1 hora e 30 minutos, a altura da maré foi máxima.

B)Em 4 horas e 30 minutos, a altura da maré foi máxima.

C)A função acima é um modelo de função linear.

D)As ressacas, no Brasil, são quase sempre causadas pela atuação da massa tropical continental e podem ocorrer dezenas de vezes por ano, mas infelizmente, não é possível prevê-las.

E)No Brasil, há um grande potencial para o desenvolvimento da energia maré- motriz, devido à elevada amplitude das marés, principalmente no Estado do Paraná.

Gabarito do documento fornecido

Resolução

No modelo $A(t)=4\operatorname{sen}(30t+45)^\circ$, o máximo é 4 m e ocorre quando o argumento do seno vale $90^\circ+360^\circ k$.

$$30t+45=90+360k\quad\Longrightarrow\quad t=1{,}5+12k.$$ No intervalo $0\leq t\leq12$, o máximo ocorre em $t=1{,}5\ \mathrm{h}$, ou 1 h e 30 min. Alternativa A.

Em 4 h e 30 min, o argumento é 180° e $A=0$. A função é senoidal e periódica, não linear; seu período é $360/30=12\ \mathrm{h}$. Esse período pertence ao modelo simplificado dado e não substitui os intervalos astronômicos aproximados citados no texto.

Ressacas dependem de condições meteorológicas e oceânicas; D não as descreve corretamente. E atribui ao Paraná uma amplitude de marés que não fundamenta a generalização apresentada.