UEL 2005 · CE — Questões de Física comentadas — Método TEF

Partindo do repouso, e utilizando sua potência máxima, uma locomotiva sai de uma estação puxando um trem de 580 toneladas. Somente após 5 minutos, o trem atinge sua velocidade máxima, 50 km/h. Na estação seguinte, mais vagões são agregados e, desta vez, o trem leva 8 minutos para atingir a mesma velocidade limite. Considerando que, em ambos os casos, o trem percorre trajetórias aproximadamente planas e que as forças de atrito são as mesmas nos dois casos, é correto afirmar que a massa total dos novos vagões é:

Um cão persegue uma lebre de forma que enquanto ele dá 3 saltos ela dá 7 saltos. Dois saltos do cão equivalem a cinco saltos da lebre. A perseguição inicia-se em um instante em que a lebre está a 25 saltos à frente do cão. Considerando-se que ambos deslocam-se em linha reta, é correto afirmar que o cão alcança a lebre após ele ter:

Em 21 de junho de 2004, a nave espacial SpaceShipOne realizou um fato memorável: foi o primeiro veículo espacial concebido pela iniciativa privada a entrar em órbita em torno da Terra, em uma altura pouco superior a 100 km. Durante o intervalo de tempo em que a nave alcançou sua máxima altitude, e com os motores praticamente desligados, seu piloto abriu um pacote de confeitos de chocolates para vê-los flutuar no interior da nave. Assinale a alternativa que apresenta corretamente a explicação da flutuação dos confeitos.

Observe a figura a seguir. Os eixos cartesianos representam dois sistemas de referência independentes e isolados. O sistema da esquerda apresenta uma partícula com massa $m_1$ em movimento retilíneo e de velocidade constante, com trajetória dada por $Y=b$; $x=x_0+vt$. O sistema da direita representa uma outra partícula com massa $m_2$, percorrendo uma trajetória elíptica sob ação do campo gravitacional gerado por uma massa $M\gg m_2$ estacionária em um dos focos.

Com base no texto, na figura e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar:

Um estudante resolve transportar, de um quarto para outro, os seus livros de estudo. Ele os organiza em duas pilhas de mesmo peso, amarrando-os da mesma maneira e com barbantes do mesmo carretel. No entanto, ao final, ele percebe que uma das amarrações está um pouco mais frouxa que a outra. Na figura a seguir representações das forças envolvidas nas duas amarrações são mostradas. Assim que o estudante pega as pilhas, pela extremidade superior da amarração, o barbante de uma das pilhas se rompe.

Com base no texto e nos conhecimentos de mecânica, é correto afirmar:

Sentado em um banco, de frente para a praia, um estudante observa um pequeno barco de pesca que se move lentamente no mar. Entre o seu banco e a praia, existe uma fileira de palmeiras que, aparentemente, foram plantadas na mesma época e, portanto, possuem aproximadamente o mesmo diâmetro. O estudante percebe que, quando a vista do barco é encoberta pelo tronco de uma palmeira, seu comprimento aparente corresponde exatamente ao diâmetro da árvore. Ele resolve então medir, para cada árvore, o tempo transcorrido entre o instante em que o barco começa a ser encoberto até o instante em que ele fica completamente encoberto, e verifica que para todas as palmeiras ele é praticamente o mesmo, 4 s. A seguir, olhando ao seu redor, o estudante verifica que, ancorados num porto próximo à praia, estão outros barcos iguais ao que ele observa no mar e resolve medir seu comprimento, obtendo 10 m. Finalmente, medindo a distância entre o ponto de observação e as palmeiras, bem como o diâmetro das árvores, ele obtém, respectivamente, 16 m e 25 cm. A partir destes dados, ele pôde calcular a distância entre o barco e a sua posição de observação, bem como a velocidade com que o barco se deslocava no mar. Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, os resultados encontrados pelo estudante.

O voo de um avião depende do acoplamento de vários fatores, dentre os quais se destaca o formato de suas asas, responsáveis por sua sustentação no ar. O projeto das asas é concebido de tal maneira que, em um mesmo intervalo de tempo, uma corrente de ar passando acima da asa tem que percorrer um caminho maior que uma corrente de ar que passa abaixo dela. Desde que a velocidade do avião seja adequada, isso permite que ele se mantenha no ar. Assinale a alternativa que identifica corretamente a razão para que isso aconteça.

Uma das grandes contribuições para a ciência do século XIX foi a introdução, por Sadi Carnot, em 1824, de uma lei para o rendimento das máquinas térmicas, que veio a se transformar na lei que conhecemos hoje como Segunda Lei da Termodinâmica. Na sua versão original, a afirmação de Carnot era: todas as máquinas térmicas reversíveis ideais, operando entre duas temperaturas, uma maior e outra menor, têm a mesma eficiência, e nenhuma máquina operando entre essas temperaturas pode ter eficiência maior do que uma máquina térmica reversível ideal. Com base no texto e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar:

Normalmente, os materiais dilatam-se com o aumento da temperatura, inclusive os líquidos. A água, contudo, apresenta um comportamento anômalo, sofre contração de seu volume quando sua temperatura aumenta no intervalo de $0\,{}^\circ\mathrm{C}$ a $4\,{}^\circ\mathrm{C}$, voltando a expandir-se para temperaturas maiores de $4\,{}^\circ\mathrm{C}$. Assim, o volume mínimo de uma certa quantidade de água ocorre à temperatura de $4\,{}^\circ\mathrm{C}$. A massa específica da água a $4\,{}^\circ\mathrm{C}$ é $\rho=1\ \mathrm{g/cm^3}$, a $0\,{}^\circ\mathrm{C}$ é $\rho=0{,}99985\ \mathrm{g/cm^3}$ e a $10\,{}^\circ\mathrm{C}$ é $\rho=0{,}9997\ \mathrm{g/cm^3}$. Devido a esta propriedade, nas regiões de clima frio, apenas as superfícies de lagos se congelam no inverno, formando uma capa protetora e isolante que conserva a água, sob ela, no estado líquido, a $4\,{}^\circ\mathrm{C}$, a grandes profundidades. Isto permite a sobrevivência da flora e da fauna destas regiões. Assinale a alternativa que explica corretamente o fato de somente a superfície dos lagos se congelar a temperaturas ambientes inferiores a $0\,{}^\circ\mathrm{C}$.

Nas condições usualmente encontradas no ambiente em que vivemos, a matéria assume três estados: sólido, líquido e gasoso. A água, por exemplo, pode ser encontrada em qualquer desses estados de acordo com a pressão e temperatura do ambiente. Nosso domínio sobre o ambiente decorre, entre outras coisas, do fato de que sabemos controlar as mudanças entre esses estados. De maneira geral, fusão é a transformação que leva uma substância do estado sólido para o estado líquido. Vaporização é a transformação que leva uma substância do estado líquido para o estado gasoso. Sublimação é a transformação que leva uma substância diretamente do estado sólido para o estado gasoso. O diagrama de fases reúne em um diagrama da pressão × temperatura, as curvas de fusão, de vaporização e de sublimação de uma dada substância, conforme a figura a seguir.

Com base no diagrama e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar:

“Trem magnético japonês bate seu próprio recorde de velocidade (da Agência Lusa). Um trem japonês que levita magneticamente, conhecido por "Maglev", bateu hoje o seu próprio recorde de velocidade ao atingir 560 km/h durante um teste de via. O comboio de cinco vagões MLX01, cujo recorde anterior de 552 km/h fora alcançado em abril de 1999 com 13 pessoas a bordo, alcançou sua nova marca sem levar passageiros. O trem japonês fica ligeiramente suspenso da via pela ação de magnetos, o que elimina a redução da velocidade causada pelo atrito com os trilhos”. (Disponível em folha.uol.com.br/folha/ciencia, acesso em 13 set. 2004.)

É possível deixar suspenso um corpo condutor criando uma força magnética contrária à força gravitacional que atua sobre ele. Para isso, o corpo deve estar imerso em um campo magnético e por ele deve passar uma corrente elétrica. Considerando um fio condutor retilíneo como uma linha horizontal nesta folha de papel que você lê, que deve ser considerada como estando posicionada com seu plano paralelo à superfície terrestre e à frente do leitor. Quais devem ser as orientações do campo magnético e da corrente elétrica, de modo que a força magnética resultante esteja na mesma direção e no sentido contrário à força gravitacional que atua sobre o fio? Ignore as ligações do fio com a fonte de corrente elétrica.

Um anel condutor de massa $M$ e um ímã com o dobro de sua massa, encontram-se frente a frente e em repouso, em uma superfície em que pode ser desprezado o atrito do movimento do ímã e do anel. A face do polo norte do ímã fica confrontando o plano do anel. Em um determinado instante, estabelece-se uma corrente no anel de tal forma que o seu sentido é anti-horário, visto por um observador posicionado além do polo sul do ímã sobre a reta que une o ímã e a espira.

Com base no texto, considere as afirmativas a seguir.
I. A força de repulsão sobre o ímã é de igual intensidade à força de repulsão sobre o anel.
II. A força de atração sobre o ímã é de igual intensidade à força de atração sobre o anel.
III. O módulo da aceleração do anel será o dobro do módulo da aceleração do ímã.
IV. O torque mecânico da espira cancela a energia magnética do ímã.

Estão corretas apenas as afirmativas:

A utilização de cabos eletrodinâmicos no espaço tem sido considerada como uma das alternativas para a geração da energia elétrica necessária em satélites e estações espaciais. Isso pode ser conseguido com a utilização de duas massas, separadas por um cabo metálico de alguns quilômetros. Os satélites devem se mover em uma órbita baixa, situada entre 200 e 2000 km da superfície terrestre. Nessa região, existe um campo magnético terrestre suficientemente forte para induzir corrente elétrica no cabo, a atmosfera é muito rarefeita e perdas por atrito são mínimas. Desconsiderando-se detalhes técnicos do processo, alguns elementos fundamentais a um projeto deste tipo podem ser visualizados na figura a seguir. Nesta, as duas massas ligadas por um fio vertical descrevem órbitas com mesma velocidade angular no plano equatorial. O vetor campo magnético terrestre e o vetor velocidade do fio, em um de seus pontos, estão representados.

Com base na figura e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar que estabelecer-se-á uma corrente para:

O físico alemão Georg Simon Ohm (1787-1854) constatou que a intensidade da corrente elétrica $i$ que percorre um fio condutor é diretamente proporcional à ddp $V$ que a ocasionou, ou seja, $V=Ri$, onde esta constante de proporcionalidade $R$ é chamada resistência elétrica do condutor. Entretanto, para vários condutores, a resistência varia com a temperatura, como em uma lâmpada de filamento, ou em um gás ionizado. Esses condutores são ditos não-lineares ou não-ôhmicos. Embora a razão entre a ddp e a intensidade da corrente não seja constante para os condutores não-lineares, usa-se, assim mesmo, o termo resistência para essa razão. Para estes materiais, a variação da resistência com a temperatura, dentro de uma larga faixa de temperaturas, é dada por $R=R_0[1+\alpha(T-T_0)]$, onde $R$ é a resistência à temperatura $T$, $R_0$ a resistência à temperatura $T_0$, e $\alpha$ o coeficiente de variação térmica da resistência.

Uma lâmpada de filamento é constituída de um bulbo de vidro, no interior do qual existe vácuo ou gás inerte, e de um fio fino, quase sempre de tungstênio, que se aquece ao ser percorrido por uma corrente elétrica. A lâmpada de uma lanterna alimentada por uma bateria de 3 V tem um filamento de tungstênio ($\alpha=4{,}5\times10^{-3}\ {}^\circ\mathrm{C}^{-1}$), cuja resistência à temperatura ambiente ($20\,{}^\circ\mathrm{C}$) é de $1{,}0\ \Omega$. Se, quando acesa, a corrente for de 0,3 A, a temperatura do filamento será:

Uma alternativa para reduzir o consumo de energia elétrica, sem prejudicar o conforto do consumidor, é a troca de lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes. Isto se deve ao fato de que as lâmpadas fluorescentes são chamadas também de lâmpadas frias, emitindo luz com comprimentos de onda específicos na região espectral da luz visível, enquanto que as lâmpadas incandescentes emitem um espectro largo e contínuo, que atinge comprimentos de onda bem acima dos da luz visível. Considerando o exposto, é correto afirmar que as lâmpadas incandescentes consomem mais energia produzindo a mesma quantidade de luz visível que uma fluorescente porque emitem:

No século XIX, o trabalho dos fisiologistas Ernst e Gustav Fechner levou à quantificação da relação entre as sensações percebidas pelos sentidos humanos e as intensidades dos estímulos físicos que as produziram. Eles afirmaram que não existe uma relação linear entre elas, mas logarítmica; o aumento da sensação $S$, produzido por um aumento de um estímulo $I$, é proporcional ao logaritmo do estímulo, isto é, $S-S_0=K\log_{10}\!\left(\dfrac{I}{I_0}\right)$, onde $S_0$ é a intensidade auditiva adotada como referência, $I_0$ é a intensidade física adotada como referência associada a $S_0$ e $K$ é uma constante de proporcionalidade. Quando aplicada à intensidade auditiva, ou sonoridade, a unidade de intensidade auditiva $S$ recebeu o nome de bel (1 decibel = 0,1 bel), em homenagem a Alexander Graham Bell, inventor do telefone, situação em que foi assumido que $K=1$. Com base nesta relação, é correto afirmar que se um som é 1000 vezes mais intenso que a intensidade $I_0$ do menor estímulo perceptível, a diferença de intensidade auditiva destes sons corresponde a:

Alguns semicondutores emissores de luz, mais conhecidos como LEDs, estão sendo introduzidos na sinalização de trânsito das principais cidades do mundo. Isto se deve ao tempo de vida muito maior e ao baixo consumo de energia elétrica dos LEDs em comparação com as lâmpadas incandescentes, que têm sido utilizadas para esse fim. A luz emitida por um semicondutor é proveniente de um processo físico, onde um elétron excitado para a banda de condução do semicondutor decai para a banda de valência, emitindo um fóton de energia $E=h\nu$. Nesta relação, $h$ é a constante de Planck, $\nu$ é a frequência da luz emitida ($\nu=c/\lambda$, onde $c$ é a velocidade da luz e $\lambda$ o seu comprimento de onda), e $E$ equivale à diferença em energia entre o fundo da banda de condução e o topo da banda de valência, conhecida como energia de “gap” do semicondutor. Com base nessas informações e no conhecimento sobre o espectro eletromagnético, é correto afirmar:

As fibras ópticas são largamente utilizadas nas telecomunicações para a transmissão de dados. Nesses materiais, os sinais são transmitidos de um ponto ao outro por meio de feixes de luz que se propagam no interior da fibra, acompanhando sua curvatura. A razão pela qual a luz pode seguir uma trajetória não retilínea na fibra óptica é consequência do fenômeno que ocorre quando da passagem de um raio de luz de um meio, de índice de refração maior, para outro meio, de índice de refração menor. Com base no texto e nos conhecimentos sobre o tema, assinale a alternativa que apresenta os conceitos ópticos necessários para o entendimento da propagação “não retilínea” da luz em fibras ópticas.

A figura a seguir representa um plano, feito de material dielétrico, cuja superfície é uniformemente eletrizada com uma densidade superficial de carga $\sigma$. Sobre um segmento retilíneo de material dielétrico, que atravessa o plano em um orifício, e em direção perpendicular a este, pode deslizar um pequeno cilindro metálico cujo raio é menor que o raio do orifício. O dispositivo metálico, com carga total nula, tem seu centro colocado a uma distância $h$ do plano, e é abandonado com velocidade inicial nula. A distância $h$ é muito menor que as dimensões do plano, que tem coordenada $z=0$. Desprezando-se quaisquer outras forças sobre o metal, que não as originárias da distribuição de cargas, é correto afirmar:

A figura a seguir apresenta quatro distribuições de cargas simetricamente distribuídas sobre uma circunferência de raio $a$ com centro em $O$. A carga total em cada distribuição é positiva e igual a $Q$. O segmento $OP$ é perpendicular ao plano do círculo, e tem altura $h$. Na distribuição c, a carga $Q$ está distribuída em $N$ cargas iguais e o ângulo $\beta$ é dado por $\beta=2\pi/N$, somente algumas cargas estão representadas neste caso. No diagrama d, a carga $Q$ está uniformemente distribuída na forma de um anel, que pode ser compreendido como a configuração c com $N$ tendendo a infinito. No diagrama a, está representado no ponto $P$ o vetor campo elétrico $\vec E$ neste ponto, devido à carga da esquerda, assim como suas componentes, paralela, $E_{\parallel}$, e perpendicular, $E_{\perp}$, ao plano do círculo. Considere o Sistema de Unidades Internacional.

Dados: $|E_\parallel|=|\vec E|\operatorname{sen}\theta$ e $|E_\perp|=|\vec E|\cos\theta$.

Com base na figura e nos conhecimentos sobre eletricidade, considere as afirmativas a seguir.
I. No diagrama a, o campo elétrico em $P$, devido às duas cargas, tem módulo $\dfrac{Qh}{4\pi\varepsilon_0(h^2+a^2)^{3/2}}$ e é perpendicular ao plano do círculo.
II. Nos diagramas b e c, as componentes de $\vec E$ em $P$, devido às distribuições de cargas, paralelas ao plano do círculo, são diferentes de zero.
III. Para todas as configurações, a componente de $\vec E$ em $P$, paralelas ao plano do círculo, devido às distribuições de carga, são nulas.
IV. Com exceção da distribuição em forma de anel, todas as distribuições produzem em $P$ um campo resultante, cujo módulo é $\dfrac{Qh}{4\pi\varepsilon_0(h^2+a^2)^{3/2}}$ e que é perpendicular ao plano do círculo.

Estão corretas apenas as afirmativas: