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

FEMPAR 2009

Faculdade Evangélica Mackenzie do Paraná

4 questões de Física · Verdadeiro ou falso

Q32
Energia alimentar e trabalho mecânico

A Biomecânica se baseia na Mecânica para a descrição do movimento humano. As atividades humanas são realizadas a partir de transformações de uma quantidade de energia, de natureza eletroquímica, que provém diariamente dos alimentos ingeridos. O que observamos na natureza é uma contínua transformação das diversas formas de energia, segundo o princípio de conservação de energia.

Suponha que um médico prescreveu a uma pessoa de massa 100 kg uma dieta alimentar com um consumo máximo de 1.500 kcal por dia (1cal = 4J).

Com base no texto e em conhecimentos sobre o assunto, avalie as afirmativas.

a. Em 4 dias o consumo máximo da pessoa equivale a 24 × 10⁶ J, energia suficiente para elevar um corpo de massa 100 kg, no vácuo, até uma altura de 24 × 10³ m.
b. Para que o indivíduo de massa 100 kg, inicialmente em repouso num plano horizontal sem atrito, adquira uma velocidade de 2 m/s, seriam necessárias 50 cal.
c. Suponha que o indivíduo tenha ultrapassado o limite de 1.500 kcal, ingerindo 100 kcal a mais em um determinado dia. Para transformar o excesso em trabalho mecânico seria necessário empurrar uma caixa em uma superfície plana sem atrito com uma força de 10 N por 10 m.
d. A energia química usada na contração muscular de uma pessoa quando caminha não é transformada em energia mecânica de modo eficiente. Sua eficiência está em torno de 25%. Portanto, para uma potência muscular de 1.000 W seria necessária uma energia química de 4.000 J a cada segundo de movimento.
e. Quando uma pessoa se exercita caminhando em uma superfície plana, o trabalho da força peso depende do tempo de duração da atividade física.

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

V – V – F – V – F

Resolução

Na afirmativa a, usando g = 10 m/s², aproximação implícita no valor proposto:

\[E=4\cdot1500\cdot1000\cdot4=24\cdot10^6\,J\]
\[h=\frac{E}{mg}=24000\,m\]

A estimativa considera g constante e conversão integral em energia potencial. A afirmativa é verdadeira nesse modelo.

Na afirmativa b:

\[E_c=\frac12\cdot100\cdot2^2=200\,J\]
\[E_c=\frac{200}{4}=50\,cal\]

Na afirmativa c, o excesso alimentar equivale a:

\[E=100\cdot1000\cdot4=400000\,J\]

O trabalho sugerido seria:

\[W=Fd=10\cdot10=100\,J\]

Portanto c é falsa.

Com rendimento de 25% na afirmativa d:

\[P_{química}=\frac{1000}{0{,}25}=4000\,W\]

São 4.000 J por segundo, tornando d verdadeira.

Na caminhada horizontal idealizada, peso e deslocamento são perpendiculares.

\[W_P=Pd\cos90^\circ=0\]

O trabalho do peso não depende do tempo nessa situação; e é falsa.

Sequência: V – V – F – V – F.

Q33
Albedo e transferência de energia

O aquecimento global é um fenômeno climático que estabelece o aumento da temperatura média da superfície terrestre. Só neste início de século a temperatura do planeta subiu quase 2ºC, mais alta do que na década de 60. As medidas a serem tomadas para conter o avanço do aquecimento global têm sido discutidas constantemente. Alguns cientistas apontam como causa do aumento de temperatura o elevado nível de concentração de poluentes na atmosfera. O dióxido de carbono CO2 é produzido a partir da queima de combustíveis fósseis usados em veículos automotores movidos a gasolina e óleo diesel. Com o intenso crescimento da emissão de gases e de poeira que vão para a atmosfera, certamente a temperatura passará por mudanças significativas nos próximos anos.

Observação: o albedo é a medida da quantidade de radiação solar refletida por um corpo ou uma superfície. É calculado como sendo a razão entre a quantidade de radiação refletida pela quantidade de radiação recebida.

Com base no texto e em conhecimentos sobre o assunto, avalie as afirmativas a seguir.

Ilustração original da questão 33 — FEMPAR 2009
a. Nas grandes cidades, em dias frios, pode ocorrer a inversão térmica, com acentuado aumento dos níveis de poluição do ar. Em dias quentes, observa-se a dispersão dos gases poluentes, que ocorre pela condução térmica.
b. O albedo do gelo é de 0,9 e o da água do mar é de 0,1; portanto uma redução da camada de gelo, em função do aumento global de temperatura nas regiões polares, acarreta uma redução da absorção de calor na Terra.
c. A atmosfera é altamente transparente à luz solar, mas cerca de 35% da radiação que recebemos vai ser refletida de novo para o espaço. Portanto, uma radiação solar incidente de 1.400 W/m² é refletida em, aproximadamente, 490 W/m².
d. Em áreas com maior quantidade de água em lagos e rios, a amplitude térmica entre o dia e a noite é menor que em lugares secos. A causa desse fenômeno está relacionada ao alto calor específico da água.
e. Na irradiação térmica não ocorre transporte de matéria, somente o transporte de energia através de ondas eletromagnéticas.

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

F – F – V – V – V

Resolução

A afirmativa a é falsa: a dispersão por movimentos do ar é associada à convecção, não à condução.

O albedo é a fração refletida. Se ele diminui, aumenta a parcela absorvida, nas condições comparadas. A redução do gelo, de albedo 0,9, em favor da água, de albedo 0,1, aumenta a absorção. A afirmativa b é falsa.

Para a afirmativa c:

\[I_{ref}=0{,}35\cdot1400\]
\[I_{ref}=490\,W/m^2\]

O cálculo é coerente com os dados históricos propostos.

A afirmativa d é verdadeira: o elevado calor específico da água permite armazenar e liberar energia com menores variações de temperatura, moderando a amplitude térmica.

A afirmativa e é verdadeira: a irradiação transporta energia por ondas eletromagnéticas, sem exigir transporte de matéria.

Os números climáticos do texto introdutório pertencem ao contexto da prova de 2009 e não são apresentados aqui como medições atuais.

Sequência: F – F – V – V – V.

Q34
Formação da imagem e acomodação visual

Uma equipe de investigadores em ciência de materiais das Universidades de Illinois e Northwestern desenvolveram o protótipo de uma máquina fotográfica com um campo de visão muito semelhante ao do olho humano. O protótipo tem aproximadamente o tamanho e forma de um olho, uma “retina” curva sensível à luz e representa mais um passo para criar uma retina artificial. As câmaras convencionais usam lentes curvas convergentes para focalizar imagens numa superfície plana em que a luz é captada por filme ou sensores digitais. Todavia, essa focalização distorce a imagem, sendo necessárias mais lentes para reduzir as distorções, o que aumenta o volume e o preço do dispositivo. Em comparação, a visão humana usa uma única lente convergente e não faz distorção porque focaliza as imagens numa superfície curva na parte de trás do olho.

A chave da invenção consistiu em vencer os obstáculos técnicos à colocação de fotodetectores de silicone (pixels) em superfícies curvas, em vez de planas, o que permitiu obter melhor nitidez de imagem e maior campo visual.

Com base no texto e em conhecimentos sobre o assunto, avalie as afirmativas a seguir.

Ilustração original da questão 34 — FEMPAR 2009
a. Uma curvatura irregular da córnea ou uma forma irregular do cristalino produzem imagens distorcidas e(ou) borradas na retina. Essa deficiência visual, denominada astigmatismo, pode ser corrigida por meio do uso de uma lente divergente.
b. A imagem formada na retina artificial tem as mesmas características da imagem formada na retina humana; é menor, virtual e invertida.
c. Acomodação é a adaptação do olho a variações de distância em relação ao objeto. Seu mecanismo é o seguinte: por ação reflexa, os raios de curvatura das faces do cristalino ficam menores, causando uma diminuição da distância focal, portanto um aumento de convergência.
d. O propósito do olho humano, no processo da visão, é formar uma imagem no fundo do olho (na retina). Pode-se considerar que os sensores digitais de uma máquina fotográfica realizam o mesmo papel da retina.
e. Na visão humana, a refração ocorre principalmente na córnea e, na máquina fotográfica, nas lentes. Tal fenômeno ocorre com freqüência.

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

F – F – V – V – V

Resolução

A afirmativa a é falsa: o astigmatismo requer correção com potências diferentes em meridianos distintos, geralmente por lentes cilíndricas ou tóricas; uma lente divergente esférica não descreve essa correção.

A imagem formada na retina é real, invertida e geralmente menor. Por classificá-la como virtual, b é falsa.

Ao focalizar um objeto mais próximo, o cristalino aumenta sua curvatura e diminui a distância focal.

\[D=\frac1f\]

A convergência aumenta. Esse é o sentido de c, considerada verdadeira; para objetos mais distantes ocorre o processo inverso.

O sensor capta a luz projetada pelas lentes, assim como a retina recebe a imagem formada pelo sistema óptico do olho. A analogia funcional torna d verdadeira.

A córnea responde pela maior parcela da refração no olho humano; nas câmeras, as lentes realizam a focalização. A afirmativa e é verdadeira. A introdução simplifica as aberrações do olho: uma retina curva não elimina todas as distorções ópticas.

Sequência: F – F – V – V – V.

Q35
Consumo doméstico e economia de energia

A Tarifa Social de Baixa Renda é estabelecida pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) e possibilita descontos no valor da fatura de energia elétrica aos consumidores que cumprem, cumulativamente, os seguintes requisitos:

• estar classificado como residencial, subclasse residencial baixa renda, atendimento monofásico; • ter consumo mensal inferior a 80 kWh/mês, ou consumo entre 80 e 220 kWh/mês (calculados com base na média móvel dos últimos 12 meses).

Em uma casa comum, alimentada com uma tensão de 110 V, são utilizadas quatro lâmpadas de 60 W, três lâmpadas de 100 W e um chuveiro elétrico de 5.400 W. Diariamente, e ao longo de um ano, em média, as lâmpadas de 60 W ficam ligadas por duas horas, as de 100 W ficam ligadas por quatro horas e o chuveiro fica ligado por meia hora.

Considere os dados e avalie as afirmativas.

Ilustração original da questão 35 — FEMPAR 2009
a. Para reduzir o consumo de energia dessa casa em 20%, é preciso diminuir o consumo diário médio em 876 Wh.
b. Apenas a substituição das lâmpadas de 100 W por fluorescentes modernas de 15 W, cuja intensidade de iluminação é semelhante, é insuficiente para reduzir o consumo diário médio de energia dessa casa em 20%.
c. Utilizando o chuveiro somente por meia hora todos os dias, ao longo de trinta dias, já é suficiente para ter um consumo mensal de energia superior a 80 kWh/mês.
d. A casa indicada no enunciado desta questão não entra no programa de tarifa social, porque a média do consumo mensal ultrapassa 220 kWh/mês.
e. Watt-hora (Wh) é a energia correspondente à potência (watts) fornecida em uma hora (1 Wh = 3.600 J).

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

V – F – V – F – V

Resolução

O consumo diário é:

\[E_{60}=4\cdot60\cdot2=480\,Wh\]
\[E_{100}=3\cdot100\cdot4=1200\,Wh\]
\[E_{chuveiro}=5400\cdot0{,}5=2700\,Wh\]
\[E_{total}=4380\,Wh\]

Uma redução de 20% corresponde a:

\[\Delta E=0{,}20\cdot4380=876\,Wh\]

A afirmativa a é verdadeira.

A troca das lâmpadas de 100 W pelas de 15 W economiza:

\[\Delta E=3(100-15)\cdot4=1020\,Wh\]

Isso supera 876 Wh, portanto b é falsa.

Em trinta dias, somente o chuveiro consome:

\[E=2{,}7\cdot30=81\,kWh\]

A afirmativa c é verdadeira.

O total mensal de trinta dias é:

\[E=4{,}38\cdot30=131{,}4\,kWh\]

O valor não supera 220 kWh; a justificativa de d é falsa. Os demais requisitos citados no texto não podem ser inferidos somente desse cálculo.

Finalmente:

\[1\,Wh=1\,W\cdot3600\,s=3600\,J\]

A afirmativa e é verdadeira. Os limites tarifários são dados históricos do enunciado, sem aplicação às regras atuais.

Sequência: V – F – V – F – V.

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