Prof. Ricardo BastosMétodo TEF-MED
Acervo de Física · Medicina

FEMPAR 2008

Faculdade Evangélica Mackenzie do Paraná

4 questões de Física · Verdadeiro ou falso

Q32
Transmissão de energia e ressonância

WiTricity (wireless electricity) é o termo norte-americano para uma nova tecnologia que começa a dar seus primeiros passos: a transmissão de energia elétrica sem fios. Pesquisadores do MIT começaram a testar os primeiros equipamentos capazes de transmitir energia elétrica pelo ar, sem a necessidade de fios. As experiências demonstraram a viabilidade de aparelhos portáteis (celulares, MP3, notebooks) terem suas baterias recarregadas sem os carregadores convencionais. A equipe do Prof. Marin Soljacic conseguiu alimentar uma lâmpada incandescente de 60 watts a uma distância de mais de dois metros, sem qualquer conexão física. O sistema funciona criando um campo magnético entre duas bobinas de cobre, uma na fonte de energia e outra no aparelho eletrônico, utilizando o princípio da ressonância, que faz com que um objeto vibre com a energia de determinada freqüência. Quando dois objetos têm a mesma ressonância, eles trocam energia sem afetar os outros objetos ao redor. No experimento, foi explorada a ressonância de ondas eletromagnéticas de baixíssima freqüência. Com base no texto e em conhecimentos sobre o assunto, avalie as afirmativas a seguir.

a. A ressonância, descrita no texto, é um fenômeno físico que ocorre somente com ondas eletromagnéticas.
b. Se a lâmpada de 60 W permanecer ligada por um período superior a 5 s, estima-se que a energia gerada pela bobina de cobre deve ser maior que 300 J.
c. Se a transmissão de energia elétrica ocorrer no vácuo, a uma velocidade de 300.000 km/s, ao refratar para o ar a velocidade de transmissão certamente atingirá valores superiores.
d. O campo magnético gerado pela bobina de cobre depende do comprimento da bobina. Pode-se aumentar sua intensidade diminuindo o comprimento da bobina.
e. Se a energia elétrica gerada pela bobina for da ordem de 10 Wh (e desconsiderando as possíveis perdas ao longo da transmissão), será suficiente para alimentar um aparelho de MP3, de potencial total de 2 W, por 5 horas.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

F – V – F – V – V

Resolução

A afirmativa a é falsa: sistemas mecânicos e acústicos também podem apresentar ressonância.

Na afirmativa b, a lâmpada consome:

\[E=Pt\]

Em 5 s seriam 300 J; para um tempo maior, a energia fornecida deve superar 300 J. A afirmativa é verdadeira.

A afirmativa c é falsa: a propagação no ar não supera a velocidade da luz no vácuo.

No modelo de solenoide longo:

\[B\approx\mu\frac{N}{L}I\]

Mantidos N, I e o meio, reduzir L aumenta B. Esse é o pressuposto da afirmativa d, considerada verdadeira.

Na afirmativa e:

\[t=\frac{E}{P}\]
\[t=\frac{10\,Wh}{2\,W}=5\,h\]

A conta desconsidera perdas, conforme solicitado. O termo “potencial” no texto da proposição se refere à potência de 2 W.

Sequência: F – V – F – V – V.

Q33
Calor, temperatura e convecção

Em muitas situações é preciso medir e controlar a temperatura. A própria natureza forneceu aos seres vivos sistemas que regulam o frio e o quente. Nas aves e nos mamíferos, por exemplo, uma das funções do tecido adiposo, amplamente distribuído sob a pele, é o isolamento térmico, que promove a defesa do organismo contra perdas excessivas de calor. Imagine a seguinte experiência: colocamos uma mistura de água e serragem num recipiente metálico e o levamos ao fogo. À medida que a água esquenta, o movimento das partículas da serragem aumenta. Essa observação permite concluir que: • as noções de quente e frio estão relacionadas à agitação das partículas do corpo; • o movimento das moléculas de um corpo é tanto maior quanto mais calor o corpo recebe. Com base no texto e em conhecimentos de Física, avalie as afirmativas.

a. O resfriamento ou aquecimento de substâncias está relacionado com a transferência de temperatura entre as substâncias.
b. Calor é a energia transferida de um corpo para outro em conseqüência da diferença de temperatura entre eles.
c. Suponhamos que a experiência descrita seja realizada com dois recipientes idênticos, contento diferentes quantidades de água a uma mesma temperatura inicial, e misturada a mesma quantidade de serragem. Se fornecermos a mesma quantidade de calor aos dois recipientes teremos, no mesmo intervalo de tempo, a menor quantidade de água com maior temperatura.
d. Na experiência descrita, o movimento das partículas de serragem pode ser comparado, do ponto de vista de fenômeno físico, ao deslocamento ascendente de massas de ar quente por convecção.
e. O fato de um corpo estar a uma temperatura superior a um outro significa que o primeiro possui, necessariamente, maior quantidade de energia térmica.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

F – V – V – V – F

Resolução

A afirmativa a é falsa: o que se transfere por diferença de temperatura é energia, denominada calor, e não temperatura.

A afirmativa b descreve corretamente essa transferência.

Para água sem mudança de fase:

\[Q=mc\Delta T\]
\[\Delta T=\frac{Q}{mc}\]

Com o mesmo calor e a mesma temperatura inicial, a menor massa de água aquece mais. Essa comparação pressupõe recipientes com capacidades térmicas iguais e perdas equivalentes, como no modelo da questão. A afirmativa c é verdadeira.

A serragem pode ser transportada pelas correntes de convecção da água aquecida. Essa interpretação torna d verdadeira; não se trata de observar diretamente a agitação molecular.

A afirmativa e é falsa: a energia interna também depende da quantidade de matéria e da composição. Um corpo mais quente não precisa possuir maior energia térmica total.

Sequência: F – V – V – V – F.

Q34
Espelho côncavo no fogão solar

O flagelo das secas no Sertão nordestino e a inclemência do sol têm levado fome e sofrimento à região. Agora o sol começa a ser um aliado. Vários projetos sobre o uso da energia solar penetram na caatinga e tiram proveito do sol abundante na região. Um deles é o fogão solar. O fogão transforma a irradiação solar em calor para o preparo de alimentos. Concentradores de raios solares, dispostos em forma de espelhos esféricos, convergem a energia para um ponto central. A temperatura alcançada dependerá de dois fatores: a qualidade do material utilizado para revestir o espelho e sua correta posição em relação ao sol. A temperatura chega a mais de 350ºC, mais do que suficiente para o cozimento de alimentos ou aquecimento de água. Com base no texto e em conhecimentos sobre o assunto, avalie as afirmativas.

Ilustração original da questão 34 — FEMPAR 2008
a. O funcionamento do fogão solar se baseia no princípio de reflexão da luz num espelho convexo.
b. A posição de aquecimento de uma panela com água deve ser o foco do espelho, local onde ocorre a convergência dos raios solares que incidem paralelos ao eixo principal do espelho.
c. Se o espelho utilizado para a reflexão dos raios solares for perfeitamente esférico, teremos, para um raio de 2 m, uma posição focal de 4 m em relação ao vértice do espelho.
d. A panela, se colocada na região focal do espelho, não poderá ser vista por reflexão, já que sua imagem é imprópria (localizada no infinito).
e. Se um pássaro se encontra a 6 m do vértice do espelho (de raio 8 m), sobre o eixo principal, sua imagem será real e estará a 8 m da panela, localizada no foco.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

F – V – F – V – V

Resolução

A afirmativa a é falsa: o fogão utiliza espelho côncavo, que concentra os raios aproximadamente paralelos na região focal.

A afirmativa b é verdadeira no modelo paraxial. Espelhos esféricos reais podem apresentar aberração esférica.

Para a afirmativa c:

\[f=\frac{R}{2}\]
\[f=\frac{2}{2}=1\,m\]

Não são 4 m, portanto c é falsa.

Um objeto colocado no foco origina raios refletidos paralelos, com imagem imprópria no modelo ideal. Esse é o sentido de d, considerada verdadeira; a redação “não poderá ser vista” simplifica a observação por um olho ou outro sistema óptico.

Na afirmativa e, R = 8 m e p = 6 m.

\[f=4\,m\]
\[\frac1f=\frac1p+\frac1{p'}\]
\[\frac1{p'}=\frac14-\frac16=\frac1{12}\]
\[p'=12\,m\]

A imagem é real e fica a 12 m do vértice. A panela está a 4 m dele.

\[d=12-4=8\,m\]

Sequência: F – V – F – V – V.

Q35
Inércia, impulso e quantidade de movimento

Newton foi profundamente influenciado pela visão mecanicista do mundo, criada pelo filósofo e matemático francês René Descartes (1596–1650). Nessa visão, o universo todo está em movimento. Sua contribuição para a mecânica não se resume à influência filosófica. Em 1629 escreveu a Mersenne, outro grande matemático, seu contemporâneo: “Eu suponho que o movimento, uma vez impresso a um corpo, permanece para sempre se não é destruído por outros meios. Em outras palavras, algo que tenha iniciado seu movimento no vácuo se moverá indefinidamente com a mesma velocidade”. Descartes influenciou Newton a estudar a colisão de dois corpos, tendo imaginado a conservação da quantidade de movimento no movimento em linha reta. Com base na leitura do texto e em seus conhecimentos sobre o assunto, avalie as afirmativas a seguir.

Ilustração original da questão 35 — FEMPAR 2008
a. Na ausência de forças externas, mantém-se o estado de movimento de um objeto.
b. Massa é um fator de proporcionalidade entre a força e a taxa de variação da velocidade na unidade de tempo. Se a força aplicada a um corpo dobrar, a variação da velocidade será o dobro para um mesmo intervalo de tempo.
c. Num sistema de partículas, as forças internas podem provocar variações na quantidade de movimento de cada partícula, mas não provocam variação na quantidade de movimento total do sistema.
d. Se um corpo de massa 2 kg colidir com uma parede à velocidade de 10 m/s e retornar com a mesma velocidade, podemos concluir que a quantidade de movimento do corpo não sofre alteração devido à colisão.
e. Se dois corpos, de massas diferentes, têm a mesma quantidade de movimento inicial e movem-se na mesma direção e sentido, terão a mesma velocidade final ao estarem sujeitos a uma mesma força aplicada em um mesmo intervalo de tempo no mesmo sentido do movimento dos corpos.

Marcações V/F presentes na cópia fornecida, conferidas na revisão TEF.

V – V – V – F – F

Resolução

A afirmativa a é verdadeira: sem força resultante externa, a velocidade vetorial permanece constante.

Para massa constante:

\[\vec F=m\frac{\Delta\vec v}{\Delta t}\]

Dobrar a força no mesmo intervalo duplica a variação de velocidade, tornando b verdadeira.

As forças internas trocam momento entre partículas, mas se cancelam na soma do sistema. Sem impulso externo, o momento total se conserva. A afirmativa c é verdadeira.

Na colisão com a parede, adotando a ida como positiva:

\[p_i=2\cdot10=20\,kg\,m/s\]
\[p_f=2\cdot(-10)=-20\,kg\,m/s\]
\[\Delta p=-40\,kg\,m/s\]

A afirmativa d é falsa.

Na afirmativa e, os impulsos iguais somam a mesma quantidade aos momentos iniciais iguais. Os momentos finais serão iguais, mas:

\[v_f=\frac{p_f}{m}\]

Com massas diferentes e momento não nulo, as velocidades diferem. A afirmativa e é falsa.

Sequência: V – V – V – F – F.

↑ Voltar ao topo