UP-MED 2020 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Usain Bolt é o atual recordista mundial dos 100 metros rasos, com músculos capazes de gerar força combinada com velocidade. A maior potência média gerada pelos seus músculos foi de $25$ watts por kg. Supondo que a massa de Bolt seja de $90\ \mathrm{kg}$ e que ele está prestes a disputar uma corrida de $100\ \mathrm{m}$, é correto afirmar que, após dois segundos do início da corrida, a velocidade dele será de:

Um corpo de massa $4{,}0\ \mathrm{kg}$ parte do repouso e se movimenta com aceleração constante nos primeiros $2{,}0$ segundos do movimento, quando sofre uma desaceleração brusca e passa a se movimentar com velocidade constante. O movimento pode ser descrito pelo gráfico abaixo.

Com base nesse gráfico, considere as seguintes afirmativas:

1. A aceleração no início do movimento, ou seja, nos dois primeiros segundos, é de $2\ \mathrm{m/s^2}$.

2. No instante $t=1{,}5$ segundos, o momento linear do corpo é de $12\ \mathrm{kg\,m/s}$.

3. Entre os instantes $2{,}5$ e $3{,}0$ segundos, a velocidade do corpo é $1{,}5\ \mathrm{m/s}$.

4. Entre os instantes $2{,}5$ e $3{,}0$ segundos, o impulso sofrido pelo corpo é de $1{,}0\ \mathrm{N\,s}$.

Assinale a alternativa correta.

Acelerômetro é um dispositivo para medir a aceleração de um sistema. Um acelerômetro rudimentar consiste de uma massa $m$ pendurada em um fio preso ao teto de um vagão de trem. Admita que um observador que esteja parado em relação aos trilhos e consiga observar o acelerômetro. A partir da medida do ângulo de inclinação com a vertical, é possível determinar a aceleração que atua sobre o vagão. Suponha que o vagão se movimente horizontalmente, esteja acelerado para a direita e que o fio faz um ângulo $\theta$ em relação à vertical.

Levando em consideração os dados apresentados, e que a aceleração da gravidade é $g$, assinale a alternativa que corresponde ao módulo da aceleração horizontal sobre o vagão, percebido por esse observador.

Uma esfera de massa $m$ é solta de uma posição inicial $h_1$, em uma rampa de lançamento horizontal, conforme a figura abaixo. Após deixar a rampa, ela percorre, em movimento parabólico, uma distância horizontal de $30\ \mathrm{cm}$ e uma distância vertical $h_2$ de $25\ \mathrm{cm}$. Despreze as dimensões da esfera e a resistência do ar. Admita que o atrito entre a esfera e a rampa é desprezível e que a aceleração da gravidade é de $10\ \mathrm{m/s^2}$.

Considerando os dados apresentados, a altura $h_1$ equivale a:

Considere um elevador hidráulico conforme a figura abaixo, constituído de tubos cilíndricos. Deseja-se elevar lentamente o objeto de massa $M$ de uma altura $h_2$. A força $F_1$ aplicada do lado esquerdo é de $10$ newtons. A área de seção transversal maior $A_2$ é $25$ vezes o valor da área menor $A_1$. Admita que o êmbolo não possui atrito e que o fluido é incompressível. Considerando os dados apresentados, o trabalho realizado sobre o objeto de massa $M$ para levantá-lo de uma altura $h_2=50\ \mathrm{cm}$ é de:

Dois corpos celestes, isolados no espaço sideral, estão separados por uma distância de $1{,}5\times10^{8}\ \mathrm{km}$ e possuem massas $m_1=6\times10^{24}\ \mathrm{kg}$ e $m_2=9\times10^{22}\ \mathrm{kg}$, respectivamente. Ambos os corpos são carregados com carga elétrica positiva, $q_1$ e $q_2$. O corpo de massa $m_2$ possui carga $q_2=7\times10^{8}\ \mathrm{C}$. Considere a constante de gravitação universal igual a $7\times10^{-11}\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}$ e a constante eletrostática no vácuo igual a $9\times10^{9}\ \mathrm{N\,m^2\,C^{-2}}$. Com base nos dados apresentados, assinale a alternativa correta.

Num laboratório, deseja-se determinar o calor latente de fusão de um metal de origem desconhecida. Num primeiro experimento, uma barra de $100\ \mathrm{g}$ do metal é colocada num calorímetro e aquecida de $20\ ^\circ\mathrm{C}$ até $220\ ^\circ\mathrm{C}$, sendo fornecidos $14600\ \mathrm{J}$ de energia. A capacidade térmica do calorímetro é de $50\ \mathrm{J/^\circ C}$. Num segundo experimento, os mesmos $100\ \mathrm{g}$ do metal são aquecidos de $210\ ^\circ\mathrm{C}$ até $230\ ^\circ\mathrm{C}$, quando a peça de metal começa a derreter. Após fornecer $6140\ \mathrm{J}$ de calor e aguardar um tempo suficiente até atingir o equilíbrio térmico, verifica-se que $20\ \mathrm{g}$ do metal ainda estavam sem derreter. Considerando os dados apresentados, o calor latente de fusão desse metal é de:

Uma máquina térmica mais eficiente é aquela que converte mais calor em trabalho por ciclo realizado. O ciclo de Carnot estabelece um limite máximo de rendimento na conversão da energia térmica para essas máquinas, operando entre uma fonte quente e uma fonte fria de calor. Considere uma máquina térmica real operando entre duas fontes de calor com temperaturas de $100\ \mathrm{K}$ e $500\ \mathrm{K}$ e que essa máquina seja $10\%$ menos eficiente que a máquina ideal de Carnot. Se for retirada a quantidade de $8{,}00\times10^{4}\ \mathrm{J}$ da fonte quente, a quantidade de trabalho realizada por essa máquina real será de:

Espectrofotômetro é um equipamento capaz de medir a intensidade da luz (ou onda eletromagnética) absorvida ou transmitida por uma amostra em função do comprimento de onda. Em alguns desses equipamentos, um prisma óptico é usado para separar os comprimentos de onda da luz emitida por uma amostra. Nesse sentido, considere uma luz de determinado comprimento de onda azul propagando-se no ar e incidindo sobre um prisma feito de um cristal, conforme a figura abaixo. Admita que o índice de refração da luz no ar é igual a $1$.

Considerando que $\mathrm{sen}(\theta_1)\cong0{,}8$ e $\mathrm{sen}(\theta_4)\cong0{,}9$, o índice de refração do cristal para esse comprimento de onda é de aproximadamente:

Cientistas pretendem criar uma rede de internet wi-fi (sem fio) subaquática, em que as informações sejam transmitidas por ondas sonoras. Uma vantagem das ondas sonoras é que elas podem ser transmitidas em meio aquático, o que não acontece com as ondas de rádio. Nesse sentido, considere que a velocidade do som no ar seja de $330\ \mathrm{m/s}$ e na água seja quatro vezes maior. Se a frequência das ondas sonoras utilizadas para a transmissão de dados é de $500\ \mathrm{kHz}$, então o comprimento de onda dessas ondas na água, em metros, será de:

As ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez em 2015, num laboratório chamado LIGO, nos Estados Unidos. Esse laboratório usou um feixe de luz laser potente, de comprimento de onda muito curto, que passa por um divisor. Os feixes de luz separados, $L_1$ e $L_2$, percorrem direções perpendiculares de distâncias aproximadas de $4\ \mathrm{km}$ até atingirem os espelhos $E_1$ e $E_2$ e serem refletidos de volta, podendo chegar ao detector $D_1$. A calibração do aparelho é feita de tal forma que as distâncias $L_1$ e $L_2$ são ajustadas de maneira muito precisa, para que nenhuma luz seja observada no detector $D_1$. No entanto, quando uma onda gravitacional estiver passando pelo laboratório, por efeitos previstos na teoria da gravitação de Einstein, ela pode modificar levemente as distâncias $L_1$ e $L_2$ de maneiras diferentes, fazendo com que seja detectada alguma luz no detector $D_1$. Essa é a evidência de que a onda gravitacional passou por lá.

O fenômeno da ondulatória que explica que ora se tenha, ora não se tenha luz chegando ao detector $D_1$, dependendo das distâncias $L_1$ e $L_2$ percorridas pela luz do laser, é conhecido como:

Um grupo de estudantes de Física foi para uma rodovia testar, como aferidor de velocidades, um sonar cujo aparelho utiliza ondas sonoras em vez de ondas eletromagnéticas como no radar. Um motorista, dirigindo num trecho reto dessa rodovia, ao avistar um veículo em repouso com o equipamento de aferição da velocidade, freia imediatamente. Nesse mesmo instante, o sonar emite uma onda sonora de frequência $20{,}0\ \mathrm{kHz}$ em direção ao carro que se aproxima. A onda acústica leva $2$ segundos até atingir o veículo e ser refletida. A frequência que retorna ao sonar é de $21{,}5\ \mathrm{kHz}$. Considere que a velocidade da onda sonora é de $340\ \mathrm{m/s}$ e que não há vento. Admita que a frenagem se deu com aceleração constante e que o módulo da aceleração aplicada pelos freios ao veículo era de $4{,}0\ \mathrm{m/s^2}$. Com base nos dados apresentados, o módulo da velocidade do veículo, quando iniciou a frenagem, era de:

O efeito fotoelétrico presente nas células fotovoltaicas ocorre quando a placa metálica de um certo material é iluminada por uma luz de determinada frequência $f_0$ capaz de fazer com que elétrons sejam emitidos por essa placa e coletados num outro eletrodo, gerando uma corrente elétrica que se mantém enquanto a luz estiver iluminando a placa, mesmo que nenhuma diferença de potencial (ddp) seja aplicada entre os eletrodos. Os elétrons são emitidos com diferentes energias cinéticas. Uma forma de se medir a energia cinética máxima dos elétrons é fazer um circuito elétrico no qual a corrente elétrica possa ser variada em função da ddp aplicada entre os eletrodos. Ao se aplicar uma ddp que freia os elétrons, a corrente elétrica vai diminuindo até que, se for aplicada uma ddp limite de valor $V_0$, nenhuma corrente seja observada no circuito. Com base nessas informações e na figura abaixo, para uma luz de frequência $f_0$, se o potencial retardador limite que anula a corrente elétrica for $V_0=-4\ \mathrm{V}$, o menor trabalho realizado pelo campo elétrico sobre o elétron emitido de maior energia cinética será de:

Um campo magnético uniforme pode ser usado como analisador de energia de partículas carregadas eletricamente. Considere um feixe constituído de pósitrons, mas com diferentes velocidades, que incide perpendicularmente à direção de um campo magnético uniforme. Admita que a carga do pósitron é $+1{,}6\times10^{-19}\ \mathrm{C}$ e que sua massa é $9{,}0\times10^{-31}\ \mathrm{kg}$. Com base nas informações e na figura abaixo, considerando que as partículas executam trechos de trajetória circular e têm módulo da velocidade $v_1=1{,}0\times10^{5}\ \mathrm{m/s}$, a energia cinética da partícula que emerge com velocidade $v_2$ é de:

Na figura abaixo, é mostrado o circuito de um chuveiro de $4$ temperaturas que está instalado numa residência em que a diferença de potencial é de $220\ \mathrm{V}$. As posições $0$, $1$, $2$ e $3$ correspondem aos ajustes de temperatura desligado, morno, quente e mais quente, cujas potências elétricas são zero, $2200\ \mathrm{W}$, $4400\ \mathrm{W}$ e $6600\ \mathrm{W}$, respectivamente.

Com base nessa figura, considere as seguintes afirmativas:

1. Quando o chuveiro está ligado na posição 2, a resistência equivalente é $12\ \Omega$.

2. O valor da resistência $R_2$ é $11/3\ \Omega$.

3. Quando o chuveiro está ligado na posição 3, a corrente elétrica que passa pelo circuito é maior se comparada ao momento em que a chave esteja ligada nas posições 1 ou 2, e o seu valor é $30\ \mathrm{A}$.

4. Quando a chave está ligada na posição 1, a corrente elétrica que passa no resistor $R_3$ é de $10\ \mathrm{A}$.

Assinale a alternativa correta.