Provas Anteriores | UEL 2016 | Prof. Ricardo Bastos

Termodinâmica — Segunda lei — Sentido espontâneo do calor e máquinas térmicas

Considerando a afirmação presente no texto I “a tendência das coisas de se desordenarem espontaneamente é uma característica fundamental da natureza”, e com base nos conhecimentos sobre as leis da termodinâmica, assinale a alternativa correta.

A)Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, ocorre a transferência espontânea de calor do corpo mais quente para o mais frio.

B)O calor, gerado por um motor a explosão, pode ser convertido de maneira espontânea e integralmente em energia mecânica, elétrica, química ou nuclear.

C)O nitrogênio e o hélio misturados e contidos em um recipiente se separam de modo espontâneo após o equilíbrio térmico do sistema.

D)Uma máquina térmica perfeita opera, na prática, em ciclos, converte o calor integralmente em trabalho e é capaz de funcionar como um moto-perpétuo.

E)As moléculas de tinta que tingem uma porção de água de maneira homogênea tendem a se agrupar espontaneamente e com isso restaurar a gota de tinta original.

Gabarito

Resolução

A segunda lei da termodinâmica diz que os processos espontâneos aumentam a entropia (desordem) do universo. O calor flui espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio, até o equilíbrio térmico, e o contrário exigiria trabalho externo.

As outras afirmações descrevem processos que diminuiriam a desordem: converter calor integralmente em trabalho (nenhuma máquina térmica faz isso, e uma “máquina perfeita” violaria a segunda lei), separar gases misturados ou fazer a tinta dispersa voltar a formar a gota. Nenhum deles ocorre de modo espontâneo.

Q17

Física Nuclear — Radioatividade — Decaimentos, fissão e fusão

O desastre de Chernobyl ocorreu em 1986, lançando grandes quantidades de partículas radioativas na atmosfera. Usinas nucleares utilizam elementos radioativos com a finalidade de produzir energia elétrica a partir de reações nucleares.

Com base nos conhecimentos sobre os conceitos de radioatividade, assinale a alternativa correta.

A)A desintegração do átomo de $^{210}_{83}\mathrm{Bi}$ em $^{210}_{84}\mathrm{Po}$ ocorre após a emissão de uma onda eletromagnética gama.

B)A desintegração do átomo $^{235}_{92}\mathrm{U}$ em $^{231}_{90}\mathrm{Th}$ ocorre após a emissão de uma partícula beta.

C)A fusão nuclear requer uma pequena quantidade de energia para promover a separação dos átomos.

D)A fusão nuclear afeta os núcleos atômicos, liberando menos energia que uma reação química.

E)A fissão nuclear do átomo de $^{235}_{92}\mathrm{U}$ ocorre quando ele é bombardeado por nêutrons.

Gabarito

Resolução

A radiação gama não tem massa nem carga e não altera $Z$ nem $A$. Na passagem $^{210}_{83}\mathrm{Bi}\to{}^{210}_{84}\mathrm{Po}$, $Z$ aumenta de 1 e $A$ não muda, o que caracteriza emissão beta (e não gama).

Em $^{235}_{92}\mathrm{U}\to{}^{231}_{90}\mathrm{Th}$, $A$ cai de 4 e $Z$ cai de 2: é emissão alfa, e não beta.

A fusão junta núcleos leves, formando um núcleo maior, e libera muito mais energia que as reações químicas, pois a energia nuclear é da ordem de milhões de vezes maior. A fissão do $^{235}$U ocorre quando o núcleo absorve um nêutron, divide-se em dois núcleos menores e libera grande quantidade de energia.

Q26

Trabalho e Energia — Energia potencial gravitacional — Sismógrafo vertical

É possível relacionar o caos de um desastre natural com o fenômeno de um terremoto. O sismógrafo vertical, representado na imagem a seguir, é um dos modelos utilizados para medir a intensidade dos tremores.

Esquema de um sismógrafo vertical, com cilindro rotativo, massa, mola e pivô sobre uma base com movimento vertical.

A massa que está na ponta da haste tem 100 g e o comprimento da haste, da ponta até o pivô de articulação, é de 20 cm. Durante um tremor, a haste se move para baixo e isso causa um deslocamento de $\dfrac{\pi}{6}$ rad entre a sua posição de equilíbrio e a nova posição.

Considerando que $\mathrm{sen}\left(\dfrac{\pi}{6}\right)=\dfrac12$, assinale a alternativa que apresenta, corretamente, a energia despendida no processo.

A)000,01 J

B)000,10 J

C)001,10 J

D)010,01 J

E)100,10 J

Gabarito

Resolução

A altura da queda da massa é $h=L\,\mathrm{sen}\,\dfrac{\pi}{6}=0{,}20\cdot\dfrac12=0{,}10$ m. A energia envolvida é a variação da energia potencial gravitacional:

$E_p=m\,g\,h=0{,}1\cdot10\cdot0{,}1=0{,}1\ \mathrm{J}$.

Q27

Ondulatória — Equação fundamental — Comprimento de onda de um tsunami

Em março de 2011, um terremoto no fundo do oceano, na costa nordeste do Japão, gerou um tremor de magnitude 8,9 na escala Richter, que foi o maior do país e o 7º maior registrado na história. Esse fenômeno gerou uma onda gigante conhecida como tsunami, que alcançou áreas da cidade japonesa de Sendai, na ilha de Honshu, a principal do arquipélago japonês.

Suponha que a tsunami se desloca com velocidade de 250 m/s e com período de oscilação de 10 min. Sabendo que na região do arquipélago a profundidade das águas é grande e que a amplitude da onda é de 1 m, de maneira que um navio parado nessa região praticamente não perceberia sua passagem, assinale a alternativa que apresenta, corretamente, o comprimento de onda associado a essa tsunami.

A)0250 m

B)1500 m

C)0150 km

D)1500 km

E)2500 km

Gabarito

Resolução

Da equação fundamental da ondulatória, $v=\lambda f$, e com $f=\dfrac1T$, vem $\lambda=v\,T$.

Com $T=10$ min $=600$ s: $\lambda=250\cdot600=150\,000$ m $=150$ km.

Q28

Eletrostática — Campo elétrico e descargas — Física dos raios

Leia o texto a seguir.

Um raio é uma descarga elétrica na atmosfera. Geralmente, ele começa com pequenas descargas elétricas dentro da nuvem, que liberam os elétrons para iniciar o caminho de descida em direção ao solo. A primeira conexão com a terra é rápida e pouco luminosa para ser vista a olho nu. Quando essa descarga, conhecida como “líder escalonado”, encontra-se a algumas dezenas de metros do solo, parte em direção a ela outra descarga com cargas opostas, chamada de “descarga conectante”. Forma-se então o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. É neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande quantidade de luz e som. (Adaptado de: SABA, M. M. F. A Física das Tempestades e dos Raios. Física na Escola. v.2. n.1. 2001.)

Com base no texto e nos conhecimentos sobre eletrostática, atribua V (verdadeiro) ou F (falso) às afirmativas a seguir.

( ) A maioria das descargas elétricas atmosféricas ocorre quando o campo elétrico gerado pela diferença de cargas positivas e negativas é próximo de zero.
( ) A corrente elétrica gerada pelo raio produz um rápido aquecimento do ar, e sua inevitável expansão produz o som conhecido como trovão.
( ) A corrente elétrica gerada a partir de um raio pode ser armazenada e utilizada, posteriormente, para ligar o equivalente a 1000 lâmpadas de 100 watts.
( ) Para saber a distância aproximada em que um raio caiu, é preciso contar os segundos entre a observação do clarão e o som do trovão. Ao dividir o valor por 3, obtém-se a distância em quilômetros.
( ) A energia envolvida em um raio produz luz visível, som, raios X e ondas eletromagnéticas com frequência na faixa de AM.

Assinale a alternativa que contém, de cima para baixo, a sequência correta.

A)V, V, F, F, V.

B)V, F, V, V, F.

C)V, F, F, F, V.

D)F, V, F, V, V.

E)F, F, V, V, F.

Gabarito

Resolução

1ª (F): a descarga só ocorre quando o campo elétrico se aproxima da rigidez dielétrica do ar, cerca de $3\times10^{6}$ V/m, e não quando é próximo de zero.

2ª (V): a corrente aquece rapidamente o ar, que se expande de forma explosiva e gera a onda sonora, o trovão.

3ª (F): corrente elétrica não se armazena; o raio é uma descarga rápida e de curtíssima duração.

4ª (V): a luz chega praticamente de imediato, e o som viaja a cerca de 340 m/s. Com $d=v\,t\approx340\,t$ metros, ou seja, $d\approx t/3$ em quilômetros, com $t$ em segundos.

5ª (V): o raio emite luz visível, som, raios X e ondas de rádio, inclusive na faixa AM.

Q30

Cinemática — Movimento circular uniforme — Grandezas angulares e lineares em um tornado

Supondo que um tornado tenha movimento circular uniforme e que seu raio aumente gradativamente com a altura, assinale a alternativa que apresenta, corretamente, o comportamento da grandeza física relacionada a eventuais objetos localizados em pontos da superfície externa do tornado.

A)A velocidade angular desses objetos é maior nos pontos mais altos do tornado.

B)A velocidade angular desses objetos é a mesma em qualquer altura do tornado.

C)A velocidade linear desses objetos tem sentido e direção constante em qualquer altura do tornado.

D)A aceleração centrípeta desses objetos tem o mesmo sentido e direção da velocidade linear.

E)A aceleração centrípeta desses objetos é a mesma em qualquer altura do tornado.

Gabarito

Resolução

Se o tornado gira como um corpo rígido, todos os pontos completam uma volta no mesmo tempo, e a velocidade angular $\omega$ é a mesma em qualquer altura.

Já a velocidade linear $v=\omega\,r$ e a aceleração centrípeta $a_c=\omega^2 r$ crescem com o raio, ou seja, com a altura. A velocidade linear muda de direção a cada instante no movimento circular, e a aceleração centrípeta é sempre perpendicular a ela.

Q45

Estática — Equilíbrio de forças — Macaco mecânico entre duas paredes

Observe a imagem da instalação Samson, de Chris Burden (técnica mista, 1985): um macaco mecânico, conectado a uma catraca, pressiona duas grandes vigas apoiadas contra as paredes da galeria.

Fotografia da instalação Samson, de Chris Burden, com um macaco mecânico e uma viga de madeira pressionando a parede.

Considerando que o conjunto, composto pelo macaco mecânico e as duas vigas, tenha uma massa igual a 100 toneladas, que o atrito estático entre cada viga e a parede seja $\mu_e=0{,}8$ e que a aceleração da gravidade seja $g=10$ m/s², assinale a alternativa que apresenta, corretamente, o valor da força de contato entre cada viga e a respectiva parede do prédio.

A)000.625 N

B)008.000 N

C)062.500 N

D)625.000 N

E)800.000 N

Gabarito

Resolução

O conjunto está em equilíbrio e é sustentado apenas pelo atrito nas duas paredes, de modo que $P=2\,f_{at}$. Com a normal $N$ de cada parede, $f_{at}=\mu_e N$ e então:

$m\,g=2\,\mu_e\,N\ \Rightarrow\ 100\,000\cdot10=2\cdot0{,}8\cdot N\ \Rightarrow\ N=\dfrac{10^{6}}{1{,}6}=625\,000\ \mathrm{N}$.

A força de contato pedida é a normal, que é a reação da parede à força aplicada pelo macaco.