UEL 2010 · CG — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Estadual de Londrina

Física · 1ª fase (Conhecimentos Gerais, objetiva) · 15/11/2009 · Respostas e resoluções comentadas.

Q5
Termologia — Calorimetria — Calor sensível: Energia da bomba de Hiroshima aquecendo um lago

Segundo as unidades convencionais usadas na Física Nuclear, a energia liberada na bomba lançada sobre a cidade de Hiroshima foi de 15 kton.

Sabendo que 1 kton corresponde a $10^{12}$ calorias e considerando que toda a energia liberada pela bomba seja usada para aquecer a água do Lago Igapó I de Londrina, cujo volume é, aproximadamente, $5\times10^{8}$ litros, e que a temperatura inicial é de 25 °C, a temperatura final da água do lago será de

Dado: calor específico da água: $1\ \mathrm{cal/g\,^{\circ}C}$

A)30 °C
B)45 °C
C)55 °C
D)65 °C
E)95 °C

Gabarito

C
Resolução

Energia liberada: $Q=15\ \mathrm{kton}=15\cdot10^{12}\ \mathrm{cal}$. Massa de água: $5\cdot10^{8}\ \mathrm{L}\cdot1000\ \mathrm{g/L}=5\cdot10^{11}\ \mathrm{g}$.

$Q=mc\,\Delta T$ dá $\Delta T=\dfrac{15\cdot10^{12}}{5\cdot10^{11}\cdot1}=30\,^{\circ}\mathrm{C}$. A temperatura final é $25+30=55\,^{\circ}\mathrm{C}$ (alternativa C; o item A é só a variação).

Q15
Mecânica — Cinemática — Velocidade constante: Defasagem entre sinais de celular

Um indivíduo em Londrina telefona para um amigo em São Paulo utilizando um celular. Considere que entre Londrina e São Paulo há antenas retransmissoras nas posições indicadas por pequenos círculos na figura a seguir:

Gráfico d (km) por d (km) com dois trajetos de Londrina a São Paulo entre antenas retransmissoras (círculos): um em cinza escuro e outro em cinza claro, com setas indicando o sentido.

Dois sinais que percorrem os diferentes caminhos (cinza claro e cinza escuro) indicados pelas setas chegarão ao celular receptor (São Paulo) defasados no tempo.

Sabendo-se que a velocidade de propagação do sinal é da ordem da velocidade da luz, ou seja, $v\approx3\times10^{5}\ \mathrm{km/s}$, a defasagem dos sinais é

A)$\dfrac{8}{30}\times10^{-5}\ \mathrm{s}$
B)$\dfrac{2}{3}\times10^{-5}\ \mathrm{s}$
C)$\dfrac{8}{30}\times10^{-3}\ \mathrm{s}$
D)$\dfrac{2}{3}\times10^{-3}\ \mathrm{s}$
E)$\dfrac{32}{30}\times10^{-3}\ \mathrm{s}$

Gabarito

D
Resolução

Medindo os segmentos de cada caminho na malha do gráfico, o trajeto em cinza escuro soma $700\ \mathrm{km}$ e o em cinza claro soma $500\ \mathrm{km}$ (valores do comentário oficial).

Com $\Delta t=\dfrac{d}{v}$: $\Delta t_1=\dfrac{700}{3\cdot10^{5}}=\dfrac{7}{3}\cdot10^{-3}\ \mathrm{s}$ e $\Delta t_2=\dfrac{500}{3\cdot10^{5}}=\dfrac{5}{3}\cdot10^{-3}\ \mathrm{s}$.

Defasagem: $\Delta t_1-\Delta t_2=\dfrac{2}{3}\cdot10^{-3}\ \mathrm{s}$. Alternativa D.

Q16
Ondas — Conceitos básicos — Interferência: Radiação de duas antenas

A figura a seguir representa uma área coberta pela radiação eletromagnética emitida por duas antenas.

Frentes de onda semicirculares de duas antenas se sobrepondo; cristas em traço cheio, vales em traço pontilhado, e quatro pontos numerados 1, 2, 3 e 4.

Considerando que a radiação eletromagnética é uma onda e que, nesta questão, essa onda está representada pelos semicírculos, cujas cristas são os traços cheios e os vales os traços pontilhados, assinale a alternativa correta.

A)No ponto 1 a amplitude resultante é mínima.
B)No ponto 2 a amplitude resultante é máxima.
C)No ponto 3 a amplitude resultante é metade do que a do ponto 1.
D)No ponto 4 a amplitude resultante é nula.
E)No ponto 2 a amplitude resultante é o dobro do que a do ponto 3.

Gabarito

B
Resolução

Onde duas cristas (ou dois vales) se encontram, a interferência é construtiva e a amplitude é máxima; onde uma crista encontra um vale, é destrutiva e a amplitude se anula.

Nos pontos 1 e 2 há sobreposição de cristas com cristas e de vales com vales: amplitude máxima. No ponto 3, uma crista cai sobre um vale: amplitude nula. No ponto 4, os sinais estão defasados de $90^{\circ}$, e a amplitude resultante não é nula.

Portanto, só a alternativa B é verdadeira.

Q25
Eletricidade — Eletrostática — Energia cinética: Elétrons acelerados em tubo de raios X

A fonte de raios X apresentada na figura 2 está detalhada na figura a seguir:

Tubo de raios X sob vácuo: filamento A emite elétrons, acelerados para o eletrodo C por uma diferença de potencial ΔV; os raios X saem do eletrodo C.

No tubo, sob vácuo, elétrons são produzidos no filamento A e acelerados para o eletrodo C, devido à diferença de potencial $\Delta V$. Os elétrons acelerados colidem com o eletrodo transferindo-lhe sua energia e produzindo os raios X.

Sabendo que a energia cinética ($E_c$) adquirida pelos elétrons é igual a $E_c=e\Delta V$ e que sua massa ($m_e$), sua carga ($e$) e a diferença de potencial ($\Delta V$) à qual está submetida são $m_e\cong10^{-31}\ \mathrm{kg}$, $e\cong10^{-19}\ \mathrm{C}$ e $\Delta V\cong10^{4}\ \mathrm{V}$, a velocidade aproximada do elétron ao colidir com o eletrodo é:

A)$1{,}41\times10^{8}\ \mathrm{m/s}$
B)$3{,}60\times10^{8}\ \mathrm{m/s}$
C)$5{,}10\times10^{8}\ \mathrm{m/s}$
D)$1{,}00\times10^{16}\ \mathrm{m/s}$
E)$4{,}00\times10^{16}\ \mathrm{m/s}$

Gabarito

A
Resolução

Igualando as duas expressões da energia cinética: $\dfrac{1}{2}m_ev_e^2=e\Delta V$, e então $v_e=\sqrt{\dfrac{2e\Delta V}{m_e}}$.

Com os valores dados: $v_e=\sqrt{\dfrac{2\cdot10^{-19}\cdot10^{4}}{10^{-31}}}=\sqrt{2\cdot10^{16}}\approx1{,}41\cdot10^{8}\ \mathrm{m/s}$. Alternativa A.

Observação: as alternativas C, D e E superam a velocidade da luz ($3\cdot10^{8}\ \mathrm{m/s}$) e podem ser descartadas de imediato; o cálculo clássico usado pela banca é uma aproximação (nessas velocidades a relatividade já importa).

Q30
Termologia — Calorimetria — Mudanças de fase: Sublimação na liofilização

A liofilização é uma técnica de secagem de materiais sob condições de baixas temperatura e pressão. Nessas condições, a eliminação da água preserva a forma do material e suas estruturas termossensíveis. Ao longo do processo, a temperatura e a pressão são ajustadas de tal modo que a água seja retirada por sublimação. Dentre os materiais secados por liofilização destacam-se alguns tipos de vacinas que, uma vez liofilizadas, têm seu prazo de validade aumentado, podendo ser transportadas para regiões distantes com precárias condições técnicas de armazenagem.

O fenômeno físico da sublimação caracteriza-se pela transição do estado

A)sólido para o estado vapor.
B)vapor para o estado líquido.
C)sólido para o estado líquido.
D)líquido para o estado sólido.
E)líquido para o estado vapor.

Gabarito

A
Resolução

Sublimação é a passagem direta do estado sólido para o estado de vapor, sem passar pelo líquido: alternativa A.

As demais descrevem outras mudanças de fase: B é condensação (vapor → líquido), C é fusão (sólido → líquido), D é solidificação (líquido → sólido) e E é vaporização (líquido → vapor).

Q39
Termologia — Dilatação térmica — Dilatação linear: Trilhos de trem

As linhas férreas são construídas pela junção de segmentos de trilhos, longos e de pequena área transversal, postos em sequência, com um pequeno espaço entre eles.

Com base no enunciado e nos conhecimentos sobre termologia, considere as afirmativas a seguir:

I. Em dias frios, o espaço entre os segmentos de trilhos diminui.
II. Quanto maior o tamanho inicial dos segmentos de trilhos, menor sua dilatação linear com a elevação da temperatura.
III. Em dias quentes, a área da seção transversal do segmento de trilho aumenta.
IV. Microscopicamente, a dilatação do segmento de trilho deve-se à maior amplitude de vibração dos seus átomos.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas I e II são corretas.
B)Somente as afirmativas I e IV são corretas.
C)Somente as afirmativas III e IV são corretas.
D)Somente as afirmativas I, II e III são corretas.
E)Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

Gabarito

C
Resolução

I) Falsa. No frio os trilhos se contraem e o espaço entre eles aumenta.

II) Falsa. Em $\Delta L=L_0\alpha\Delta T$, a dilatação é proporcional ao comprimento inicial: segmento maior dilata mais.

III) Correta. Com o calor, todas as dimensões do trilho aumentam, inclusive a área da seção transversal.

IV) Correta. Em escala microscópica, a temperatura mais alta significa maior amplitude de vibração dos átomos, o que afasta as posições médias e dilata o sólido.

Q48
Óptica — Óptica da visão — Defeitos da visão: Lentes corretivas

A partir da descoberta das lentes, tornou-se possível corrigir deficiências de visão decorrentes da incapacidade do olho de focalizar as imagens sobre a retina.

Com base no enunciado e nos conhecimentos sobre o tema, considere as afirmativas a seguir:

I. Pessoas com hipermetropia têm globos oculares mais longos que o normal, o que impede a focalização correta de objetos mais próximos. Neste caso, os raios de luz convergem antes da retina.
II. Em casos de presbiopia, as imagens são formadas depois da retina, fazendo com que a pessoa afaste os objetos para vê-los melhor. Este problema é corrigido com lentes convergentes.
III. Nos últimos anos, houve significativa diminuição da espessura das lentes, para um mesmo grau de distúrbio de visão, devido à descoberta de novos materiais com alta transparência e alto índice de refração.
IV. O problema de astigmatismo, corrigido com lentes esferocilíndricas, é uma deficiência causada pela assimetria na curvatura da córnea, que ocasiona a projeção de imagens sem nitidez na retina.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas I e II são corretas.
B)Somente as afirmativas I e III são corretas.
C)Somente as afirmativas II e IV são corretas.
D)Somente as afirmativas I, III e IV são corretas.
E)Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

Gabarito

E
Resolução

I) Falsa. Na hipermetropia o globo ocular é mais curto e a imagem de objetos próximos se forma depois da retina (e não antes).

II) Correta. Na presbiopia (vista cansada) a imagem se forma depois da retina; a pessoa afasta o objeto, e a correção usa lentes convergentes.

III) Correta. Um material de índice de refração maior desvia mais a luz com menos curvatura, o que permite lentes mais finas para o mesmo grau.

IV) Correta. No astigmatismo a curvatura irregular da córnea impede uma imagem nítida; corrige-se com lentes esferocilíndricas.

Q52
Mecânica — Cinemática — Velocidade média: Caminhão e o ponto de fuga

Observe as figuras a seguir:

À esquerda, fotografia de uma estrada reta ladeada por árvores; à direita, esquema da perspectiva com o ponto de fuga no horizonte e o ângulo α entre as linhas que convergem a ele.

Figura 6: Ponto de fuga

Considere que você esteja assistindo a um filme no qual um caminhão percorre uma estrada, como a da foto, em direção ao ponto de fuga. Sabe-se que a traseira desse caminhão mede 2 m de largura. Fazendo uma análise quadro a quadro do filme, chega-se às seguintes conclusões:

– uma boa aproximação para o ângulo formado pelas linhas que partem dos extremos superiores da traseira do caminhão até o ponto de fuga (ângulo $\alpha$ na figura 6) é de $5{,}2^{\circ}$.
– após 1 segundo de movimento, o tamanho aparente da traseira do caminhão reduziu-se à metade.

Sabendo que $\operatorname{tg}(2{,}6^{\circ})\approx0{,}045$, a velocidade média do caminhão nesse intervalo de tempo é de aproximadamente

A)12 km/h
B)25 km/h
C)40 km/h
D)59 km/h
E)80 km/h

Gabarito

C
Resolução

No modelo da banca, a tangente de $\alpha/2$ é a razão entre a componente horizontal aparente da velocidade ($V_h$) e a velocidade efetiva na direção do ponto de fuga ($V$): $\operatorname{tg}\dfrac{\alpha}{2}=\dfrac{V_h}{V}$.

A traseira tem $2\ \mathrm{m}$, então cada extremo está a $1\ \mathrm{m}$ do eixo. Em $1\ \mathrm{s}$ o tamanho aparente cai à metade, e cada extremo se aproxima $0{,}5\ \mathrm{m}$ do eixo: $V_h=0{,}5\ \mathrm{m/s}$.

$V=\dfrac{V_h}{\operatorname{tg}(2{,}6^{\circ})}=\dfrac{0{,}5}{0{,}045}=\dfrac{100}{9}\ \mathrm{m/s}\approx11{,}1\ \mathrm{m/s}$, e então $V\approx11{,}1\cdot3{,}6=40\ \mathrm{km/h}$. Alternativa C.

Q54
Mecânica — Gravitação — Astronomia: Paralaxe e distância dos astros

O texto XIII refere-se à intenção de Galileu de provar que o Sol estava no centro do universo. Por meio desse texto, Galileu explica a Francisco Ingoli o que é a paralaxe.

Observe a figura a seguir:

A Terra com dois observadores, P e Q; de P, duas linhas de visada, uma ao centro da Terra e outra a um planeta, formam o ângulo α sobre o firmamento de estrelas.

Com base no texto XIII e na figura, analise as afirmativas a seguir:

I. Para um observador em P, a paralaxe da Lua é maior que a paralaxe de Júpiter.
II. Quanto mais próximo estiver um observador do lugar verdadeiro, maior a paralaxe do planeta observado.
III. A paralaxe do Sol é menor para um observador em Q do que para um observador em P.
IV. Para um observador em P, quanto maior o afastamento de um planeta em relação à Terra, menor será sua paralaxe.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas I e II são corretas.
B)Somente as afirmativas I e III são corretas.
C)Somente as afirmativas II e IV são corretas.
D)Somente as afirmativas I, III e IV são corretas.
E)Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

Gabarito

D
Resolução

A paralaxe é o ângulo entre a direção em que o astro é visto (lugar aparente) e a direção em que seria visto do centro da Terra (lugar verdadeiro). Quanto mais distante o astro, menor o ângulo.

I) Correta: a Lua está mais próxima que Júpiter e tem paralaxe maior. II) Falsa: quanto mais perto do lugar verdadeiro, menor a paralaxe. III) Correta: de Q, mais perto do centro da Terra, o ângulo é menor que de P. IV) Correta: mais afastado, menor a paralaxe.

Portanto, I, III e IV: alternativa D.

Q57
Física moderna — Física quântica — Dualidade onda-partícula: Natureza da luz

Isaac Newton acreditava que a luz era composta por partículas, enquanto seu contemporâneo Christiaan Huygens acreditava que a luz era uma onda. Essa controvérsia ressurgiu no início do século XX, quando concluiu-se que a luz não se tratava exclusivamente de um corpúsculo, tampouco de uma onda, mas ambas as características poderiam ser a ela atribuídas.

Com base nos conhecimentos sobre a natureza da luz e seu comportamento, considere as afirmativas:

I. As lâmpadas fluorescentes emitem fótons de luz branca de mesma frequência.
II. A luz, ao impressionar uma chapa fotográfica, transfere-lhe energia, revelando seu aspecto corpuscular.
III. As várias cores do espectro visível são resultantes de fótons de diferentes energias.
IV. A luz difrata ao atravessar uma fenda, revelando seu aspecto ondulatório.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas I e II são corretas.
B)Somente as afirmativas I e III são corretas.
C)Somente as afirmativas III e IV são corretas.
D)Somente as afirmativas I, II e IV são corretas.
E)Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

Gabarito

E
Resolução

I) Falsa. Não existem “fótons de luz branca”: a luz branca é a mistura de várias cores, isto é, de fótons de energias (frequências) diferentes.

II) Correta. A chapa fotográfica registra a absorção de fótons, pacotes de energia: aspecto corpuscular.

III) Correta. Cada cor corresponde a uma energia $E=hf$.

IV) Correta. A difração é um fenômeno ondulatório.

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