UEL 2004 · CE — Questões de Física comentadas — Método TEF

É comum haver uma enorme distância entre as usinas hidroelétricas e os principais centros consumidores de energia. A usina de Itaipu, por exemplo, está a milhares de quilômetros de algumas das grandes cidades brasileiras. Como a resistência elétrica é proporcional ao comprimento do condutor, uma indesejável e inevitável perda acumulada de energia é observada. Se a usina produz uma tensão $V$ na saída de seus geradores e até chegar ao centro de consumo a linha de transmissão tem uma resistência acumulada $R$, qual é a potência bruta ($P_b$) na usina e a potência efetiva ($P_e$) no final da linha de transmissão, se a corrente que passa pela linha é $I$?

Num chuveiro elétrico há, de modo geral, dois resistores internos iguais que podem ser usados isoladamente, em série ou em paralelo, resultando em diferentes níveis de aquecimento. Além disso, a potência dissipada num resistor é diretamente proporcional ao quadrado da tensão elétrica aplicada e inversamente proporcional à sua resistência. Considerando que a tensão elétrica a que está submetido o chuveiro não pode ser variada, é correto afirmar:

Segundo as leis da Mecânica Clássica, a observação de mudança no estado de movimento de um corpo implica, necessariamente, na existência de interações desse corpo com seu ambiente. Diz-se, genericamente, que tais interações definem campos de forças cuja natureza é determinada pelas características do ambiente onde o corpo está. Por exemplo, um campo gravitacional produz a aceleração da gravidade. No entanto, a existência de campos de força na região onde se encontra uma partícula não implica, necessariamente, na observação de acelerações. Com base nessas afirmações e nos conhecimentos sobre campos elétricos e magnéticos, analise a situação em que uma carga elétrica atravessa uma certa região do espaço com uma velocidade constante $v$ sem sofrer deflexão. Sobre esse fenômeno é correto afirmar:

Vários aparelhos de uso frequente em biologia, física e medicina têm o mesmo princípio de funcionamento utilizado num tubo de raios catódicos, ainda usado na maioria dos televisores. Essencialmente, eles dependem da obtenção de feixes de partículas iônicas com velocidade precisa. Na figura a seguir está representado um dispositivo exibindo a essência desses equipamentos. Uma fonte gera íons com várias velocidades. Uma primeira abertura permite a saída de um fino feixe que penetra numa região que contém um campo elétrico $E$ (gerado pelas placas $P_1$ e $P_2$) e um campo magnético $B$ (representado por XXXXXX na figura), ambos uniformes e perpendiculares entre si.

Somente íons com a velocidade desejada $v$ passam pela segunda abertura. Portanto, variando as intensidades $E$ e $B$ dos campos elétrico e magnético, respectivamente, pode-se selecionar as velocidades do feixe de íons através da segunda abertura. Se as duas aberturas encontram-se alinhadas, qual é a velocidade dos íons que passam pela segunda abertura?

Em telefones celulares são utilizadas, com frequência, baterias de níquel–metal hidreto onde são encontrados os seguintes dados técnicos: 4,8 V, 1200 mAh. Eles nos dão, respectivamente, a voltagem de operação da bateria e sua capacidade de carga. Considerando que tais baterias são compostas de 4 pilhas de 1,2 V cada, pode-se afirmar:

Popularmente conhecido como “lombada eletrônica”, o redutor eletrônico de velocidade é um sistema de controle de fluxo de tráfego que reúne equipamentos de captação e processamento de dados. Dois sensores são instalados na pista no sentido do fluxo, a uma distância de 4 m um do outro. Ao cruzar cada um deles, o veículo é detectado; um microprocessador recebe dois sinais elétricos consecutivos e, a partir do intervalo de tempo entre eles, calcula a velocidade média do veículo com alta precisão. Considerando que o limite máximo de velocidade permitida para o veículo é de 40 km/h, qual é o menor intervalo de tempo que o veículo deve levar para percorrer a distância entre os dois sensores, permanecendo na velocidade permitida?

Um dos dispositivos utilizados como detector de veículos nas “lombadas eletrônicas” é conhecido como laço indutivo. Quando um veículo em movimento passa por um laço indutivo, a plataforma metálica inferior do veículo (chassi) interage com um campo magnético preexistente no local, induzindo uma corrente elétrica num circuito ligado ao processador de dados. O sistema laço indutivo e a plataforma metálica em movimento geram um sinal eletromagnético obedecendo à lei de Faraday, que pode ser enunciada da seguinte maneira:

Segundo a teoria clássica, a luz é formada por ondas eletromagnéticas cuja velocidade, uma das constantes fundamentais da natureza, não depende do estado de movimento da fonte ou do observador. No entanto, o valor da velocidade da luz depende do meio material no qual se propaga, o que acarreta mudança na direção dos raios de luz quando da passagem de um meio para outro. É esse o princípio físico usado na construção de lentes ópticas. O diagrama a seguir representa uma frente de onda luminosa atravessando a superfície de separação de dois meios, denominados de 1 e 2. Se $v$ é a velocidade da luz no meio, $f$ sua frequência e $\lambda$ seu comprimento, é correto afirmar:

Algumas lentes de óculos possuem películas chamadas de antirreflexo. A finalidade dessa película é suprimir a reflexão da luz. Para entender esse processo pode-se usar a teoria ondulatória da luz e supor que a luz incidente sobre essas lentes é monocromática, com comprimento de onda $\lambda$. Parte dessa luz é refletida na superfície da película e outra parte refratada. A luz refratada caminha dentro da película e é refletida ao incidir sobre a superfície de separação película/lente. Essa luz refletida emergirá da película ao atingir a superfície película/ar, como está mostrado na figura a seguir.

Sobre a luz refletida, é correto afirmar:

A fotografia é um processo óptico de registro de imagens geradas em uma câmara escura. Uma maneira de registrar as imagens geradas dessa forma está baseada no fato de que a presença de luz pode induzir algumas reações químicas. Por exemplo, usando o fato de que sais de prata decompõem-se na presença de luz, são introduzidas películas desse material numa câmara escura. As regiões mais claras da imagem na câmara escura induzem uma maior decomposição dos sais de prata, gerando maiores depósitos localizados desses sais, que se tornam visíveis após um ulterior tratamento químico, chamado de revelação. Sobre esse processo, é correto afirmar:

O Brasil tem procurado desenvolver a tecnologia de lançamento de satélites artificiais. A base brasileira de lançamentos está situada em Alcântara, Maranhão, uma localização privilegiada. Considerando que o diâmetro equatorial da Terra é igual a 12.800 km e seu período de rotação é de 0,997 dias, a velocidade tangencial com que um satélite lançado de Alcântara deixa a base é:

Numa pista de teste de freios, um boneco é arremessado pela janela de um veículo com a velocidade de 72 km/h. Assinale, respectivamente, a energia cinética do boneco ao ser arremessado e a altura equivalente de uma queda livre que resulte da energia potencial de mesmo valor. Considere que o boneco tenha 10 kg e que a aceleração da gravidade seja $10\ \mathrm{m/s^2}$.

O universo está imerso em radiações eletromagnéticas, chamadas de radiação de fundo que, supõe-se, tenham sido geradas no Big Bang, nome dado ao evento que resultou na formação do universo, há cerca de 15 bilhões de anos. Por volta de cem mil anos depois do Big Bang, a temperatura do universo era de aproximadamente 100 mil kelvin, com a radiação de fundo mais intensa tendo comprimento de onda igual a 29 nm. Medidas atuais mostram que o comprimento de onda da radiação de fundo mais intensa tem o valor de 1,1 mm. Por outro lado, é sabido que, devido à sua temperatura, todo corpo emite radiações eletromagnéticas numa faixa contínua de comprimentos de onda. Em 1893, Wilhelm Wien mostrou que o comprimento de onda $\lambda$ da radiação mais intensa dentre as emitidas por um corpo à temperatura $T$, em kelvin (K), pode ser expresso como: $\lambda\cdot T=2\,898\ \mu\mathrm{m\cdot K}$.

Com base no texto, é correto afirmar:

Até o início do século XX, matéria e energia eram consideradas entidades distintas. A primeira caracterizaria uma das propriedades intrínsecas dos corpos e a segunda o estado dinâmico dos corpos em relação a um determinado meio. A partir dos trabalhos de A. Einstein, ficou claro que tal separação não deveria existir; matéria e energia poderiam transformar-se uma na outra. Essa nova visão dos conceitos de massa e energia celebrizou-se pela relação $E=mc^2$, onde $E$ é a energia, $m$ é a massa e $c$ é a velocidade da luz no vácuo (300.000 km/s). Assim, ao gerar energia, observa-se um equivalente desaparecimento de massa. Considere a queima de 1 litro de gasolina que gera a liberação de $5\times10^{7}$ joules de energia e indique a massa desaparecida (transformada em energia) nesse processo.

Em geral, a qualidade das máquinas térmicas pode ser avaliada através de dois parâmetros, potência e rendimento, que medem diferentes aspectos da capacidade de um motor transformar a energia de um combustível em trabalho. É muito difícil produzir motores em que esses parâmetros atinjam um ajuste ótimo simultaneamente; existe um equilíbrio delicado entre eles, pois, em geral, ao aumentarmos a potência, observa-se uma redução do rendimento e vice-versa. Assim, quando dizemos que a máquina A proporciona uma potência superior à da máquina B, mas o seu rendimento é menor, significa que estamos afirmando que a máquina A realiza:

Ao trafegar por uma estrada com uma velocidade de 120 km/h em um carro de passeio, de 750 kg, o condutor depara-se com uma placa advertindo que existe um radar na estrada e que a velocidade máxima permitida é de 80 km/h. Imediatamente freia o veículo e permanece com as rodas travadas até atingir a velocidade permitida. Considere que toda a energia cinética perdida pelo veículo seja convertida em calor, que a temperatura dos pneus, antes da freada, seja de $50\,{}^\circ\mathrm{C}$, que a massa de um pneu seja de 25 kg e que o seu calor específico seja de $506\ \mathrm{J/kg\,{}^\circ C}$. Ao término da freada, a temperatura do pneu aumentou para:

A tomografia foi inventada por Godfrey N. Hounsfield e Allan McLeod Cormack que, em 1956, desenvolveram o modelo matemático de como a projeção de múltiplos feixes de raios X sobre um corpo poderia levar à construção de uma imagem mais completa que a obtida pela técnica até então utilizada, que gerava uma imagem radiográfica a partir de único feixe. O tomógrafo, construído por Hounsfield, usa uma fonte de raios X que, girando em torno do paciente, produz um feixe colimado que, ao emergir do corpo, atinge sensores que convertem a radiação numa corrente elétrica. Essa corrente é proporcional à energia dos raios recebidos, sendo, então, analisada por um computador e convertida numa imagem detalhada do corpo. A radiação que atinge cada detector $I$ está relacionada com a radiação na fonte $I_0$, por uma relação da forma $I=I_0\,e^{-\mu x}$, onde $\mu$ é um número real positivo que caracteriza a densidade de matéria encontrada ao longo do caminho percorrido pelo feixe, sendo tanto maior quanto maior for essa densidade, e $x$ é a distância percorrida pelo feixe. A partir desta relação, é correto afirmar:

Para o estudo da relação entre pressão e volume dos gases, o ar pode ser aprisionado em uma seringa hipodérmica com a ponta vedada. Pesos de massas conhecidas são então colocados sobre o êmbolo da seringa e os correspondentes volumes do gás anotados. Com base nessas informações, aponte a única hipótese que é fisicamente consistente para descrever a relação entre pressão e volume do gás na seringa.

Cantores e cantoras líricas chegam a ter tal controle sobre sua qualidade musical que não é incomum encontrar entre eles quem consiga quebrar taças de cristal usando a voz. Esse fenômeno é ocasionado por um efeito conhecido como ressonância. Assinale a alternativa que apresenta uma característica física essencial da ressonância.

Corpos em vibração podem levar à produção de sons, sendo que sons musicais são distinguidos dos sons ordinários pela sua periodicidade. Assim, as notas musicais foram convencionadas como os sons que correspondem a certas frequências fixas de vibração. Para os músicos, o intervalo entre duas notas de frequências $f_1$ e $f_2$ é determinado pela razão entre elas, $f_2/f_1$ e, quando uma frequência é o dobro da outra, dizemos que os dois sons correspondem à mesma nota, estando a frequência maior uma oitava acima. Num instrumento de cordas, a frequência das notas musicais produzidas é determinada pelas características materiais da corda, pelo seu comprimento de vibração e pela tensão a que está submetida. Considere as afirmativas a seguir.

I. Quando, através da mudança da posição do dedo, diminuirmos o comprimento de uma mesma corda de violão pela metade, haverá uma consequente diminuição da frequência de vibração do som resultante, acarretando um som de uma oitava abaixo.
II. Mesmo possuindo cordas com comprimentos diferentes, violão e cavaquinho podem produzir sons de frequências diferentes que, ainda assim, corresponderão à mesma nota musical.
III. A mesma nota musical será produzida quando, através da mudança da posição do dedo, quadruplicarmos o comprimento da mesma corda de um violão.
IV. Se fizermos com que duas cordas, uma num violão e outra num cavaquinho, assumam o mesmo comprimento de vibração elas produzirão, necessariamente, a mesma nota musical.
V. Quando, através de um toque com o dedo, dobramos o comprimento de vibração de uma corda de violão, estamos produzindo a mesma nota musical, mas uma oitava abaixo.

Estão corretas apenas as afirmativas: