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

FEMPAR 2010

Faculdade Evangélica Mackenzie do Paraná

4 questões de Física · Verdadeiro ou falso

Q32
Empuxo e peso aparente de cilindros

Mergulhamos em água (densidade 1) dois corpos cilíndricos A e B – maciços, homogêneos e com as mesmas dimensões, mas o cilindro A tem densidade 5 e o B, densidade 10. Observe a figura.

Com base nos dados e no que se pode observar, avalie as afirmativas.

Ilustração original da questão 32 — FEMPAR 2010
a. No início da imersão, com metade do volume imerso, o empuxo sofrido por A é menor do que o empuxo sofrido por B.
b. Quando os dois corpos estiverem totalmente imersos e em profundidades diferentes, o empuxo no A é maior do que no B.
c. Quando os dois corpos estiverem totalmente imersos, o empuxo em cada um deles será menor que o peso.
d. Na imersão total dos dois corpos, o empuxo no B será maior do que no A, pois sua densidade é maior.
e. Quando os dois corpos estiverem totalmente imersos, o peso aparente do B será maior que o do A.

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

F – F – V – F – V

Resolução

O empuxo em água homogênea é:

\[E=\rho_{água}gV_{imerso}\]

Na situação de mesma fração imersa, os volumes deslocados são iguais e os empuxos também. A afirmativa a é falsa.

Na imersão total, a profundidade não altera o volume deslocado. Os empuxos continuam iguais, tornando b e d falsas.

Usando as densidades relativas dadas:

\[P_A=5\rho_{água}gV\]
\[P_B=10\rho_{água}gV\]
\[E=\rho_{água}gV\]

O empuxo é menor que o peso de cada cilindro. A afirmativa c é verdadeira.

O peso aparente é o peso menos o empuxo:

\[P_{ap,A}=4\rho_{água}gV\]
\[P_{ap,B}=9\rho_{água}gV\]

Logo, o peso aparente de B é maior, tornando e verdadeira.

Sequência: F – F – V – F – V.

Q33
Evaporação do suor e dilatação do tecido

Um novo tipo de roupa inteligente que se adapta a variações de temperatura para manter o usuário confortável foi desenvolvida por pesquisadores ingleses. A roupa utiliza a última palavra em microtecnologia para produzir um material que permite que o ar resfrie o usuário quando a temperatura está alta, e expulse o ar quando a temperatura cai. O tecido inteligente consiste de uma camada superior de pequenos picos de material que absorve o suor, cada um medindo apenas cinco micra de diâmetro. Quando a pessoa se aquece e começa a suar, os pequenos picos do material reagem com a umidade e o calor e se abrem automaticamente, permitindo que o ar exterior flua e resfrie a pessoa. Quando ela para de transpirar, os picos se fecham novamente, e o ar deixa de entrar.

Considerando o texto e conhecimentos sobre termologia, avalie as afirmativas.

Ilustração original da questão 33 — FEMPAR 2010
a. O processo que permite ao corpo ser resfriado pela absorção do suor no tecido é endotérmico, ou seja, retira calor do corpo da mesma forma que o gelo derrete sobre uma superfície.
b. O ar seco proveniente do exterior, além de reduzir a temperatura, é um excelente condutor térmico.
c. Se o corpo humano permite eliminar por 1 g de suor aproximadamente uma quantidade de energia de 0,6 kcal (quilocalorias), ao eliminarmos 10 g de suor perderemos a energia necessária para elevar em 60°C a temperatura de 100 g de água no estado líquido (calor específico da água = 1 cal/g°C).
d. O aumento de temperatura do corpo provoca a dilatação dos picos do tecido. Sendo o coeficiente de dilatação linear do tecido igual a 7 × 10⁻⁵ °C⁻¹, podemos concluir que, para um aumento de 0,07% no diâmetro do pico, é necessário uma variação de temperatura de 10°C.
e. Se aumentar a umidade do ar externo, a velocidade de evaporação do suor absorvido pelo tecido será maior.

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

V – F – V – V – F

Resolução

A afirmativa a foi marcada verdadeira na cópia, mas exige uma ressalva: o mecanismo de resfriamento é principalmente a evaporação do suor, que absorve energia. A simples absorção do líquido pelo tecido não é, por si só, uma mudança de fase equivalente à fusão do gelo.

A afirmativa b é falsa: o ar seco é mau condutor térmico; sua circulação pode facilitar as trocas por convecção e a evaporação.

Na afirmativa c:

\[Q=10\cdot0{,}6=6\,kcal\]
\[Q=6000\,cal\]

Para 100 g de água:

\[\Delta T=\frac{Q}{mc}\]
\[\Delta T=\frac{6000}{100\cdot1}=60\,^\circ C\]

A afirmativa c é verdadeira.

A dilatação relativa da afirmativa d é:

\[\frac{\Delta d}{d}=0{,}07\%=7\cdot10^{-4}\]
\[\frac{\Delta d}{d}=\alpha\Delta T\]
\[\Delta T=\frac{7\cdot10^{-4}}{7\cdot10^{-5}}=10\,^\circ C\]

A afirmativa d é verdadeira.

Maior umidade externa, mantidas as demais condições, dificulta a evaporação. A afirmativa e é falsa. A sequência preserva as marcações históricas, com a ressalva física explicitada no item a.

Sequência: V – F – V – V – F.

Q34
Ultrassom, eco e efeito Doppler

A ultrassonografia é uma técnica de imagem em tempo real. Ela não só mostra a posição instantânea das superfícies (órgãos e estruturas) refletoras, como também pode ser utilizada para acompanhar o movimento sanguíneo. Ondas acústicas com frequências acima de 20 kHz podem ser usadas, porém os aparatos médicos normalmente utilizam frequências próximas a 1 MHz. A técnica utilizada para determinar a posição de uma superfície é a medida do tempo entre a produção de um pulso e a detecção de seu eco, refletido pela superfície.

Imagens tridimensionais de feto normal com 7 meses de gestação. (Disponível em: <www.cdeclinica.com.br/imagens/exames/img_medi>)

Com base no texto e em conhecimentos de ondulatória, avalie as afirmativas.

Ilustração original da questão 34 — FEMPAR 2010
a. São considerados ultrassons frequências inferiores a 20.000 Hz.
b. Para uma mesma velocidade, quanto maior a frequência do ultrassom emitido maior será o comprimento de onda.
c. As imagens da foto são obtidas por meio de dois fenômenos físicos: refração, quando o ultrassom emitido externamente atravessa a barriga da gestante; reflexão, quando incide no feto.
d. Para um ultrassom de frequência 1 MHz e velocidade de 300 m/s o comprimento de onda será de 3 × 10⁻⁴ m.
e. Durante o movimento do feto, o aparelho de ultrassom vai detectar uma frequência de retorno diferente da emitida. Tal fenômeno é explicado fisicamente pelo efeito Doppler.

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

F – F – V – V – V

Resolução

A afirmativa a é falsa: ultrassons possuem frequência acima de 20 kHz.

Para velocidade constante:

\[\lambda=\frac{v}{f}\]

Aumentar a frequência reduz o comprimento de onda. A afirmativa b é falsa.

Na passagem entre tecidos pode haver refração; nas interfaces também ocorre reflexão que produz os ecos. Esse é o modelo de c, considerada verdadeira. A imagem tridimensional exige ainda processamento dos sinais.

Usando os valores propostos em d:

\[\lambda=\frac{300}{10^6}\]
\[\lambda=3\cdot10^{-4}\,m\]

A conta é verdadeira. A velocidade de 300 m/s não representa o valor típico de cerca de 1.540 m/s usado para tecidos moles.

O efeito Doppler permite detectar a componente radial da velocidade de estruturas ou do sangue. Esse é o sentido de e, marcada verdadeira; movimento estritamente transversal não garante mudança de frequência no modelo clássico de primeira ordem.

Sequência: F – F – V – V – V.

Q35
Recuperação de calor e potência do chuveiro

Uma empresa mineira desenvolveu um chuveiro que recicla o calor da água usada no banho – tecnologia que proporciona uma expressiva economia de até 50% de energia relativa ao uso de chuveiros aquecidos (elétricos, a gás, caldeira, aquecimento solar, etc.). Ao abrir o registro (de água fria), através de uma conexão instalada na parede, a água é desviada por mangueiras especiais e conduzida para baixo até a plataforma, entrando em um trocador de calor em forma de serpentina; depois, sobe novamente até a conexão e é aquecida pelo chuveiro. O processo de preaquecimento da água gera uma economia de 2.000 W no chuveiro elétrico.

FONTE: Rewatt

Considere o texto, as figuras e conhecimentos sobre o tema para avaliar as afirmativas a seguir.

Ilustração original da questão 35 — FEMPAR 2010
a. No chuveiro elétrico, a água é aquecida pela resistência, fenômeno físico denominado efeito Joule.
b. Quanto maior a potência do chuveiro maior será o aquecimento da água e menor será o consumo.
c. O chuveiro desenvolvido pela empresa reduz o consumo de energia elétrica por causa da troca de calor por radiação na serpentina.
d. De acordo com o texto, se o kWh custa R$ 0,40, podemos considerar uma economia de R$ 0,80 por hora no uso do chuveiro elétrico que utiliza esse dispositivo.
e. Após alguns segundos a água da caixa (fria) começa a entrar em contato com a água do banho (quente), de forma indireta, absorvendo a energia térmica da água por meio do trocador de calor. Chega ao chuveiro preaquecida e faz com que ele trabalhe com menor potência, aumentando a corrente elétrica na resistência.

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

V – F – F – V – F

Resolução

A afirmativa a é verdadeira: a corrente na resistência produz aquecimento por efeito Joule.

Para o mesmo tempo de uso:

\[E=Pt\]

Maior potência implica maior consumo de energia. A afirmativa b é falsa.

A água usada cede energia à água fria através da parede da serpentina, com condução na parede e convecção nos líquidos. A radiação não é o mecanismo descrito como responsável pela recuperação. A afirmativa c é falsa.

A redução de potência é:

\[\Delta P=2000\,W=2\,kW\]

Em uma hora:

\[\Delta E=2\cdot1=2\,kWh\]
\[\text{economia}=2\cdot0{,}40=0{,}80\,\text{real}\]

A afirmativa d é verdadeira.

Na tensão fixa da instalação:

\[I=\frac{P}{U}\]

Se o chuveiro opera com menor potência elétrica, a corrente diminui. A afirmativa e é falsa.

Sequência: V – F – F – V – F.

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