UP-MED 2015 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Universidade Positivo — Medicina
Vestibular UP 2015 · 12 questões de Física com gabarito e resolução comentada.
Dados da prova
Universidade Positivo — Medicina
Vestibular UP 2015
Física: questões 13 a 24
Gabarito da prova objetiva
Q13
Mecânica — Cinemática — Velocidade mínima para passar por um semáforo aberto
A sincronização dos semáforos é de grande importância para fazer fluir o trânsito em grandes cidades. Numa avenida reta, um carro passa por um semáforo quando o relógio marca $15\mathrm{h}10\mathrm{min}42\mathrm{s}$. Se o semáforo seguinte está a uma distância de $780\ \mathrm{m}$ e fechará às $15\mathrm{h}11\mathrm{min}34\mathrm{s}$, qual é a menor velocidade constante que permitirá que o carro passe pelo semáforo aberto? Considere o carro como uma partícula.
A)$44\ \mathrm{km/h}$.
B)$54\ \mathrm{km/h}$.
C)$60\ \mathrm{km/h}$.
D)$65\ \mathrm{km/h}$.
E)$70\ \mathrm{km/h}$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q13
B
Resolução
Intervalo: de $15\mathrm{h}10\mathrm{min}42\mathrm{s}$ a $15\mathrm{h}11\mathrm{min}34\mathrm{s}$ são $52\ \mathrm{s}$.
A menor velocidade que permite passar com o semáforo aberto é a que faz o carro chegar no último instante, em $52\ \mathrm{s}$:
Mecânica — Impulso e quantidade de movimento — Impulso da raquete sobre a bola de tênis
No saque, um tenista arremessa a bola verticalmente para cima e a acerta com a raquete quando ela atinge o ponto mais alto. Se logo após o impacto a bola adquiriu uma velocidade de $216\ \mathrm{km/h}$ e sua massa é de $57{,}0\ \mathrm{g}$, qual foi o impulso dado pela raquete à bola de tênis?
A)$0{,}40\ \mathrm{N\cdot s}$.
B)$3{,}42\ \mathrm{N\cdot s}$.
C)$16{,}0\ \mathrm{N\cdot s}$.
D)$32{,}0\ \mathrm{N\cdot s}$.
E)$52{,}4\ \mathrm{N\cdot s}$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q14
B
Resolução
No ponto mais alto, a bola está momentaneamente em repouso, e a velocidade inicial é nula. Em unidades do S.I.: $v=216/3{,}6=60\ \mathrm{m/s}$ e $m=0{,}057\ \mathrm{kg}$.
Mecânica — Trabalho e energia — Velocidade de um trenó ao final de uma rampa
Um viajante está em um trenó numa superfície horizontal deslocando-se a $4{,}00\ \mathrm{m/s}$ quando começa a descer uma rampa inclinada com um desnível de $21{,}25\ \mathrm{m}$ de altura. Despreze o atrito do trenó com o gelo, a resistência do ar e considere $g=10{,}0\ \mathrm{m/s^2}$. Qual é a velocidade do trenó no final da rampa?
Mecânica — Lançamento oblíquo — Altura máxima a partir do tempo de voo
O goleiro Neuer cobrou um tiro de meta chutando a bola num ângulo que permitia atingir a distância máxima, que neste caso foi de $80{,}0\ \mathrm{m}$. A bola executou uma trajetória parabólica e levou $4{,}00\ \mathrm{s}$ para atingir o solo. Desprezando a resistência do ar e considerando $g=10{,}0\ \mathrm{m/s^2}$, determine a altura máxima atingida pela bola.
A)$14{,}7\ \mathrm{m}$.
B)$16{,}2\ \mathrm{m}$.
C)$18{,}5\ \mathrm{m}$.
D)$20{,}0\ \mathrm{m}$.
E)$22{,}8\ \mathrm{m}$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q16
D
Resolução
O tempo de subida é metade do tempo de voo, $t_s=2{,}00\ \mathrm{s}$, e no ponto mais alto a velocidade vertical é nula:
Termologia — Calorimetria — Energia para vaporizar um copo de água
João derramou um copo com $200\ \mathrm{mL}$ de água sobre uma superfície de cimento num dia de sol. Após algum tempo, ele observou que a água tinha evaporado totalmente. Admita que a densidade da água é de $1{,}00\ \mathrm{g/mL}$ e o calor latente de vaporização da água é de $2260\ \mathrm{kJ/kg}$. Qual é a energia, em joules, necessária para transformar essa quantidade de água líquida em vapor?
A)$452$.
B)$226\,000\,000$.
C)$452\,000\,000$.
D)$459\,000$.
E)$226$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q17
ANULADA
Resolução
A massa de água é $m=200\ \mathrm{mL}\cdot1{,}00\ \mathrm{g/mL}=200\ \mathrm{g}=0{,}200\ \mathrm{kg}$. A energia para vaporizar toda a água é
Nota do autor: a questão foi anulada no gabarito. O valor correto, $452\,000\ \mathrm{J}$, não aparece entre as alternativas: as opções $452$ e $452\,000\,000$ diferem dele por fatores de mil.
Q18
Eletricidade — Circuitos — Resistência equivalente com a chave B ligada e desligada
Numa casa foram instaladas $4$ lâmpadas incandescentes conforme o circuito indicado na figura abaixo. As potências das lâmpadas L1, L3 e L4 são iguais a $60\ \mathrm{W}$ e L2 igual a $40\ \mathrm{W}$. A e B são interruptores. Determine a diferença entre resistência equivalente no circuito com o interruptor B ligado e desligado, em ohms.
A)$240$.
B)$216$.
C)$120$.
D)$48$.
E)$24$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q18
B
Resolução
Para cada lâmpada, $R=U^2/P$ com $U=120\ \mathrm{V}$: $R_1=R_3=R_4=\dfrac{14400}{60}=240\ \Omega$ e $R_2=\dfrac{14400}{40}=360\ \Omega$.
B desligado: L3 fica fora do circuito, e L1, L2 e L4 ficam em série: $R=240+360+240=840\ \Omega$.
B ligado: L2 fica em paralelo com L3: $R_{23}=\dfrac{360\cdot240}{360+240}=144\ \Omega$, e $R=240+144+240=624\ \Omega$.
$$\Delta R=840-624=216\ \Omega$$
Q19
Termologia — Calorimetria — Energia para aquecer a água em aquecedor a gás
Os aquecedores de água a gás são muito comuns em residências na região Sul do Brasil. Um dos tipos utilizados é o instantâneo ou de passagem, em que a água na temperatura ambiente entra no aquecedor por um cano e sai do outro lado na temperatura desejada, após passar pelos queimadores de gás. Considere um aquecedor cuja capacidade de vazão é de $20{,}0\ \mathrm{L/min}$, que a água está inicialmente numa temperatura ambiente de $17{,}0\ ^\circ\mathrm{C}$ e que a temperatura de saída da água foi ajustada para $42{,}0\ ^\circ\mathrm{C}$. Admita que a densidade da água é de $1{,}00\ \mathrm{kg/L}$ e seu calor específico é de $4{,}20\ \mathrm{kJ/kg.K}$. Qual é a energia, em joules, fornecida pela queima do gás para elevar a temperatura da água durante $15{,}0$ minutos?
A)$2{,}80\times10^{7}$.
B)$3{,}15\times10^{7}$.
C)$3{,}80\times10^{7}$.
D)$4{,}20\times10^{7}$.
E)$5{,}00\times10^{7}$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q19
B
Resolução
Volume em $15{,}0\ \mathrm{min}$: $20{,}0\cdot15{,}0=300\ \mathrm{L}$, ou seja, $m=300\ \mathrm{kg}$. A variação de temperatura é $\Delta\theta=42{,}0-17{,}0=25{,}0\ \mathrm{K}$.
Eletricidade — Eletrostática — Esfera pendurada em equilíbrio sob força de Coulomb
A figura abaixo mostra uma esfera carregada eletricamente pendurada no teto por um fio e outra esfera fixa numa haste rígida isolante fixa ao chão. As esferas possuem a mesma carga elétrica $Q$ e a mesma massa $m$ e estão em equilíbrio de forças. A reta $d$ que une os centros das esferas faz um ângulo reto com a direção do fio preso ao teto. Considere $k$ a constante de permissividade no vácuo da lei de Coulomb, $P=mg$ o peso da esfera, $g$ a aceleração da gravidade. Despreze a atração gravitacional entre as esferas. Qual das expressões abaixo expressa a separação $d$ entre os centros das esferas quando elas estão em equilíbrio de forças?
A)$Q\sqrt{T/(k\cos45^\circ)}$.
B)$Q\sqrt{k/(mg\cos45^\circ)}$.
C)$Q\sqrt{k\cos45^\circ/mg}$.
D)$Q\sqrt{k/T}$.
E)$kQ^2/mg$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q20
ANULADA
Resolução
O fio faz $45^\circ$ com a vertical e a reta $d$ é perpendicular ao fio, de modo que a força elétrica $F$, ao longo de $d$, é perpendicular à tração $T$. Decompondo o peso nessas duas direções, a componente do peso ao longo de $d$ equilibra a força elétrica e a componente ao longo do fio equilibra a tração:
Como $\mathrm{sen}\,45^\circ=\cos45^\circ$, e a lei de Coulomb dá $F=\dfrac{k\,Q^2}{d^2}$:
$$d=Q\sqrt{\frac{k}{m\,g\,\cos45^\circ}}$$
Nota do autor: a questão foi anulada no gabarito. O resultado acima, correspondente a uma das alternativas, é o que se obtém pela decomposição de forças. O enunciado chama $k$ de “constante de permissividade”, quando se trata da constante eletrostática da lei de Coulomb, o que provavelmente motivou a anulação.
Q21
Óptica — Refração — Desvio da luz ao passar de um meio de menor para outro de maior índice
Quando a luz encontra uma interface entre dois meios diferentes, pode sofrer mudança na direção de propagação, pelo fato de a luz se propagar com velocidades diferentes em meios diferentes. Supondo que o material a possui um índice de refração menor que o material b, qual das figuras abaixo representa esquematicamente a luz percorrendo os dois meios.
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q21
A
Resolução
Pela lei de Snell, $n_a\,\mathrm{sen}\,\theta_a=n_b\,\mathrm{sen}\,\theta_b$. Com $n_a
Isso descarta o raio que se afasta da normal e o que segue paralelo à interface, que corresponderiam a $n_a>n_b$. Descarta também o raio que não muda de direção, o que exigiria índices iguais, e o raio de incidência normal que sofre desvio, o que não ocorre.
Q22
Mecânica — Dinâmica — Força variável no tempo sobre um barco a vela
A energia eólica é uma fonte de energia limpa, que pode ser utilizada para mover barcos, moinhos, gerar energia elétrica etc. Suponha que a força gerada pelo vento em função do tempo sobre um barco é dada pela expressão $F=300-4t$, em que $F$ é dado em newtons e $t$ em segundos. O barco se movimenta somente ao longo da direção norte-sul, mesma direção do vento. Considere que a massa do barco + velejador é de $150\ \mathrm{kg}$. Nesse caso, avalie as seguintes afirmativas:
1. No instante $t=15\ \mathrm{s}$, a força do vento sobre o barco é de $240\ \mathrm{N}$.
2. No instante $t=25\ \mathrm{s}$, a aceleração sobre o barco é de $0{,}75\ \mathrm{m/s^2}$.
3. Se no instante $t=0\ \mathrm{s}$ o barco se movimentava na direção norte, mesma direção inicial da força, então no instante $t=100\ \mathrm{s}$, a direção da aceleração sobre o barco apontará para o sul.
2 (falsa). $F(25)=300-100=200\ \mathrm{N}$ e $a=\dfrac{F}{m}=\dfrac{200}{150}\approx1{,}33\ \mathrm{m/s^2}$, e não $0{,}75\ \mathrm{m/s^2}$.
3 (verdadeira). A força inicial aponta para o norte e é positiva. Em $t=100\ \mathrm{s}$, $F=300-400=-100\ \mathrm{N}$: o sinal negativo indica sentido oposto ao inicial, ou seja, para o sul, e a aceleração tem o mesmo sentido da força.
Q23
Hidrostática — Pressão — Altura da coluna de água para romper uma válvula
Em certos equipamentos que trabalham sob pressão, tais como panelas de pressão, caldeiras etc., é necessário um sensor de pressão ou válvula de segurança. Uma determinada válvula de segurança para encanamento se romperá ao atingir a pressão máxima, evitando danos ao equipamento ou ao encanamento. Um experimento foi montado para verificar se uma válvula funciona corretamente. Consiste em encher um encanamento com água até uma altura em que a válvula se romperá. Considere a densidade da água $10^3\ \mathrm{kg/m^3}$ e $g=10\ \mathrm{m/s^2}$. Determine a altura da coluna de água para romper a válvula de segurança se a máxima diferença de pressão entre o lado interno e externo que a válvula suporta é $0{,}2\times10^{6}\ \mathrm{Pa}$.
A)$6\ \mathrm{m}$.
B)$16\ \mathrm{m}$.
C)$20\ \mathrm{m}$.
D)$34\ \mathrm{m}$.
E)$40\ \mathrm{m}$.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q23
C
Resolução
A pressão atmosférica atua no topo da coluna e do lado externo da válvula, e a diferença de pressão entre o lado interno e o externo vem apenas da coluna de água:
Ondas — Ondulatória — Natureza das ondas, interferência e ecolocalização
Movimento ondulatório é a propagação de alguma propriedade pelo espaço, que pode ser uma perturbação do meio material, no caso do som, ou do campo eletromagnético, no caso da luz. Em relação às ondas, identifique as afirmativas a seguir como verdadeiras (V) ou falsas (F):
( ) A onda sonora é uma onda mecânica e transversal.
( ) As ondas luminosas podem se propagar num meio material.
( ) Duas ondas de mesma amplitude que se propagam em direções opostas, ao passarem pelo mesmo ponto, podem se cancelar totalmente, num certo instante.
( ) Se os morcegos utilizam a ecolocalização emitindo e detectando ondas de ultrassom entre $100\ \mathrm{kHz}$ e $200\ \mathrm{kHz}$, então o menor comprimento de onda que o morcego detecta está em torno de $3{,}4\times10^{-3}\ \mathrm{m}$. (Considere a velocidade do som igual a $340\ \mathrm{m/s}$)
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo.
A)F – V – V – F.
B)V – F – F – V.
C)V – F – V – F.
D)V – V – F – F.
E)F – V – V – V.
Gabarito — Vestibular UP 2015 — Q24
A
Resolução
1 (F). A onda sonora é mecânica, mas longitudinal.
2 (V). A luz se propaga em meios materiais transparentes, como o ar, a água e o vidro, além do vácuo.
3 (V). Ondas de mesma amplitude que se superpõem em oposição de fase se cancelam totalmente no instante e no ponto em que isso ocorre (interferência destrutiva).
4 (F). O menor comprimento de onda corresponde à maior frequência, $200\ \mathrm{kHz}$: $\lambda=\dfrac{v}{f}=\dfrac{340}{2\times10^{5}}=1{,}7\times10^{-3}\ \mathrm{m}$. O valor $3{,}4\times10^{-3}\ \mathrm{m}$ corresponde a $100\ \mathrm{kHz}$, que dá o maior comprimento de onda.
