UEL 2003 · CE — Questões de Física comentadas — Método TEF

Observe a figura e responda às questões de números 1 a 7.

(Revista Veja, n. 1773, 16 out. 2002.)

Se o satélite americano for estacionário, isto é, se seu período de rotação for igual a 24 horas (86 400 s), qual é a sua altitude?

Dados: $G=6{,}7\times10^{-11}\ \mathrm{N\,m^2/kg^2}$; massa da Terra: $M_T=6{,}0\times10^{24}$ kg; raio da Terra: $r_T=6{,}38\times10^{6}$ m

Qual é a energia mecânica total do satélite americano, de massa $m$, cuja órbita circular em torno da Terra tem raio $r$? Considere a massa da Terra igual a $M$.

(Revista Veja, n. 1773, 16 out. 2002.)

Considere as afirmativas sobre características e fenômenos físicos relacionados ao antimíssil Arrow.

1. O antimíssil Arrow voa a uma velocidade de Mach 9, o que significa que a sua velocidade é de 9 vezes a velocidade do som no ar.
2. O antimíssil Arrow voa a uma velocidade de Mach 9, o que significa que a sua velocidade é de 9 vezes a velocidade da luz no ar.
3. A onda de choque gerada pelo antimíssil Arrow produz um efeito luminoso chamado de explosão sônica óptica.
4. A onda de choque gerada pelo antimíssil Arrow produz um efeito sonoro chamado de explosão sônica.

São corretas apenas as afirmativas:

Os mísseis Scud, de origem russa, foram modernizados por engenheiros iraquianos, que aumentaram seu alcance. Os resultados foram o Al-Hussein, com 650 km de alcance e o Al-Abbas, com 900 km de alcance. O tempo de vôo deste último míssil entre o Iraque e Israel é de apenas seis a sete minutos. Sobre o movimento de qualquer desses mísseis, após um lançamento bem-sucedido, é correto afirmar:

Durante o lançamento de um míssil (Scud ou Arrow), há uma queima de combustível para que os gases, provenientes dessa queima, sejam ejetados para fora do míssil, provocando uma variação da velocidade. A variação da velocidade do míssil $\Delta\vec v$, devido exclusivamente à queima do combustível, depende da massa inicial $m_i$; da massa final $m_f$, que atinge após a queima do combustível; e de $\vec v_e$, a velocidade de ejeção dos gases em relação ao foguete, dada pela relação: $\Delta\vec v=-\vec v_e\ln\left(\dfrac{m_i}{m_f}\right)$.

Sobre o lançamento desses mísseis, considere as seguintes afirmativas:

1. A relação de massas, representada pelo quociente $\dfrac{m_i}{m_f}$, cresce exponencialmente à medida que se procura aumentar a velocidade final atingida pelo míssil.
2. A velocidade final atingida pelo míssil é muito inferior à que resultaria da relação $\vec v_f-\vec v_i=-\vec v_e\ln\left(\dfrac{m_i}{m_f}\right)$, pois não estão sendo consideradas as forças externas, tais como a resistência do ar e a força-peso gravitacional.
3. Durante o lançamento do míssil, o momento linear do míssil se conserva.
4. As leis de Newton não se aplicam ao movimento de um míssil, pois trata-se de um sistema de massa variável.

São corretas apenas as afirmativas:

(Revista Veja, n. 1773, 16 out. 2002.)

O radar (Radio Detection and Ranging) é empregado de várias formas. Ora está presente, por exemplo, em complexas redes de defesa aérea, destinado ao controle de disparo de armas, ora é usado como altímetro. Seu princípio de funcionamento baseia-se na emissão de ondas eletromagnéticas, na reflexão pelo objeto a ser detectado e na posterior recepção da onda emitida. Sobre o radar no solo, mostrado na figura, é correto afirmar:

(Revista Veja, n. 1773, 16 out. 2002.)

Um observador em repouso no solo ouve o som emitido pelo avião enviado para atacar o Iraque (conforme sugere a figura) e, ao olhar para cima, vê o avião segundo um ângulo com a vertical de $35^\circ$. Se o som ouvido foi emitido pelo avião quando este se encontrava na linha vertical perpendicular ao observador, e a temperatura na região é de $20\,{}^\circ\mathrm{C}$, qual é a velocidade do avião?

Dados: $\operatorname{sen}35^\circ=0{,}57$; $\cos35^\circ=0{,}82$; $\operatorname{tg}35^\circ=0{,}70$; velocidade do som no ar a $20\,{}^\circ\mathrm{C}$: $v_s=340$ m/s

A luz emitida pelo vapor incandescente de um elemento químico pode ser separada em raias de diferentes cores, com o uso de um prisma de cristal, revelando uma série de linhas que caracterizam a substância. Quando observamos o céu a olho nu, a nossa galáxia, Via Láctea, é apenas um borrão. Se utilizarmos um binóculo comum, observamos que esse borrão é constituído por milhões de pontos de luz separados. Se utilizarmos instrumentos cada vez mais potentes, observaremos que as galáxias apresentam uma grande variedade de cores e luminosidades. Por exemplo: as galáxias elípticas são vermelhas, e as galáxias espirais são azuis. Sobre o assunto, assinale a alternativa correta:

Há 101 anos, Marconi fez a primeira transmissão telegráfica através do Atlântico. Leia o texto sobre o assunto.

“A leitura de um artigo que sugeria o uso de ondas eletromagnéticas para transmitir sinais telegráficos motivou o jovem Guglielmo Marconi (1874-1937) a pôr em prática essa proposta revolucionária. Tais ondas haviam sido previstas pelo físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879), e sua existência foi comprovada experimentalmente pelo físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894). Com visão de longo alcance, inventividade e determinação, Marconi construiu e aperfeiçoou equipamentos que lhe permitiram demonstrar a realidade da transmissão sem fio a distâncias cada vez maiores, culminando, em 1901, com a primeira transmissão telegráfica através do Atlântico.” (Ciência Hoje, vol. 28, n. 68.)

Sobre as telecomunicações, é correto afirmar:

O tubo de imagem dos aparelhos de televisão possui um filamento que libera elétrons por efeito termiônico. Esses elétrons são acelerados por campos elétricos em direção à parte interna da tela, formando um feixe de elétrons que atravessa uma região de campo magnético e que é defletido nas direções horizontal e vertical, proporcionando a varredura da tela. No Brasil, a tela de TV é composta por 525 linhas por quadro, e a velocidade de varredura do feixe eletrônico é de 30 quadros por segundo. Sobre a deflexão do feixe, é correto afirmar:

A tela da televisão é recoberta por um material que emite luz quando os elétrons do feixe incidem sobre ela. O feixe de elétrons varre a tela linha por linha, da esquerda para a direita e de cima para baixo, formando assim a imagem da cena transmitida. Sobre a formação da imagem na tela fotoluminescente, é correto afirmar:

A câmara de TV é o dispositivo responsável pela captação da imagem e pela transformação desta em corrente elétrica. A imagem é formada num mosaico constituído por grânulos de césio, que se carregam positivamente quando atingidos pela luz. Separada desse mosaico por uma lâmina de mica, encontra-se uma placa constituída por um material condutor de eletricidade denominada placa de sinal. Nessa placa, forma-se uma réplica eletrostática da imagem, formada no mosaico, constituída de cargas negativas. Sobre a réplica da imagem eletrostática na placa de sinal, é correto afirmar:

Embalagens tipo “longa vida” (abertas, com a parte interna voltada para cima, embaixo das telhas) podem ser utilizadas como material isolante em telhados de amianto, que no verão atingem temperaturas de $70\,{}^\circ\mathrm{C}$. Sobre essa utilização do material, é correto afirmar:

A barragem principal da Usina Hidrelétrica de Itaipu é do tipo “gravidade aliviada”. Tem 612 m de comprimento, 196 m de altura máxima e sua base tem 273 m de largura. Sua estrutura está representada na figura.

Dados: densidade da água: $\rho=1\times10^{3}\ \mathrm{kg/m^3}$; pressão atmosférica: $p_{atm}=1{,}013\times10^{5}\ \mathrm{N/m^2}$; aceleração da gravidade: $g=9{,}8\ \mathrm{m/s^2}$

Sobre a pressão que a água exerce sobre a barragem, é correto afirmar:

A potência instalada da Usina Hidrelétrica de Itaipu é de 12.600 MW com 18 unidades geradoras de 700 MW. A tensão de saída do gerador é 18 kV e nos fios de alta tensão é 750 kV. Nos centros de consumo, a tensão doméstica encontra-se na faixa de 110 V/190 V ou 127 V/220 V e a tensão no consumo comercial/industrial varia de 110 V/220 V até 550 V. Diante de tais diferenças, considere as seguintes afirmativas:

1. A energia elétrica é transmitida da usina até os centros de consumo por fios condutores, e por isso parte dela é dissipada na forma de calor. A perda de energia é proporcional ao quadrado da intensidade da corrente elétrica.
2. Como a potência é proporcional à tensão e à corrente, uma mesma quantidade de energia pode ser transmitida aumentando-se a tensão.
3. As alterações na tensão são realizadas por transformadores constituídos basicamente por um único fio enrolado em dois núcleos de ferro.
4. A transformação da tensão é feita por indução eletromagnética tanto em circuitos de corrente contínua, como em circuitos de corrente alternada.

São corretas apenas as afirmativas:

A Usina Nuclear de Angra dos Reis – Angra II – está projetada para uma potência de 1309 MW. Apesar de sua complexidade tecnológica, é relativamente simples compreender o princípio de funcionamento de uma usina nuclear, pois ele é similar ao de uma usina térmica convencional. Sobre o assunto, considere as afirmativas apresentadas abaixo.

1. Na usina térmica, o calor gerado pela combustão do carvão, do óleo ou do gás vaporiza a água em uma caldeira. Esse vapor aciona uma turbina acoplada a um gerador e este produz eletricidade.
2. O processo de fusão nuclear utilizado em algumas usinas nucleares é semelhante ao processo da fissão nuclear. A diferença entre os dois está na elevada temperatura para fundir o átomo de Urânio-235.
3. Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do átomo do Urânio-235 por um nêutron no núcleo do reator.
4. Na usina nuclear, o calor é produzido pela reação em cadeia da fusão do átomo do Urânio-235 com um nêutron.

São corretas apenas as afirmativas:

O reator utilizado na Usina Nuclear de Angra dos Reis – Angra II – é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor). O sistema PWR é constituído de três circuitos: o primário, o secundário e o de água de refrigeração. No primeiro, a água é forçada a passar pelo núcleo do reator a pressões elevadas, 135 atm, e à temperatura de $320\,{}^\circ\mathrm{C}$. Devido à alta pressão, a água não entra em ebulição e, ao sair do núcleo do reator, passa por um segundo estágio, constituído por um sistema de troca de calor, onde se produz vapor de água que vai acionar a turbina que transfere movimento ao gerador de eletricidade. Na figura estão indicados os vários circuitos do sistema PWR.

Considerando as trocas de calor que ocorrem em uma usina nuclear como Angra II, é correto afirmar:

“Acidente anunciado” é o título de uma das chamadas da Revista Isto É de 23/10/2002. Não foi por falta de aviso que a Petrobrás não evitou o acidente com o navio-plataforma “Presidente Prudente de Morais”, mais conhecido por P-34, situado no campo de Barracuda-Caratinga, da Bacia de Campos. A plataforma P-34 vinha apresentando falhas na geração de energia desde maio, quando o Sindicato dos Petroleiros do Rio de Janeiro alertou a Petrobrás. A plataforma P-34 começou a adernar no domingo, dia 13/10/2002, atingindo uma inclinação de $32^\circ$ e parecia condenada. Numa operação de emergência, a Petrobrás reduziu gradativamente a inclinação para $5^\circ$, adicionando água no lado oposto ao que adernou, e a P-34 foi salva. Quando um navio aderna, a força de empuxo tem maior intensidade no lado submerso devido ao deslocamento de maior massa de água, provocando um torque que faz com que o navio retorne à posição de equilíbrio. Se a P-34 é um navio-plataforma, por que foi necessário adicionar água para reduzir a inclinação de submersão?

Crises energéticas como a que o Brasil viveu há poucos meses poderiam ser amenizadas se fosse possível construir os “motos perpétuos”, máquinas que trabalham sem utilizar energia externa. A máquina apresentada na figura é um exemplo hipotético de “moto perpétuo”. Sobre o funcionamento dessa máquina, é correto afirmar:

Uma constante da ficção científica é a existência de regiões na superfície da Terra em que a gravidade seria nula. Seriam regiões em que a gravidade seria bloqueada da mesma forma que uma gaiola metálica parece “bloquear” o campo elétrico, pois dentro dela não atuam forças elétricas. Pensando na diferença entre a origem da gravitação e as fontes do campo elétrico, o que seria necessário para se construir uma “gaiola de gravidade nula”?