Prova de Conhecimentos — 30/05/2021 — Tipo 1 · Gabarito oficial.
Q08
Mecânica — Lançamento Horizontal e Conservação de Energia
Durante a pandemia da Covid-19, cientistas têm apresentado estudos confiáveis sobre as condutas seguras que podem evitar a transmissão do novo coronavírus. O uso obrigatório de máscaras em áreas de convivência pública é uma das medidas eficazes e validadas pela ciência. Porém, o espaçamento entre os indivíduos é a fronteira mais segura para evitar o possível contágio. Tais recomendações são baseadas em resultados experimentais do alcance de fluidos corporais na forma de gotículas expelidas pela boca e pelo nariz de uma pessoa, conforme a figura a seguir.
Figura: alcance de gotículas expelidas pela boca/nariz de uma pessoa em pé (altura ≈1,65 m), com trajetórias horizontais para diferentes tipos de expulsão (respiração, tosse, espirro), cada uma com velocidade inicial diferente (imagem a inserir).
Com base nos conhecimentos sobre mecânica e conservação de energia e considerando que, na figura, as gotículas saem pela boca e pelo nariz (despreze a diferença de altura entre a boca e o nariz) com velocidade constante, a aceleração da gravidade no local é $g=9{,}8\text{ m/s}^2$ e a resistência do ar é desprezada, assinale a alternativa correta.
A)Uma gotícula lançada durante a tosse e outra durante o espirro, simultaneamente, atingem o chão ao mesmo tempo.
B)A energia potencial gravitacional de uma gotícula expelida durante o espirro é maior que a de uma gotícula expelida durante a tosse.
C)A energia potencial gravitacional de uma gotícula expelida durante a exalação é menor que a de uma gotícula expelida durante a tosse.
D)Uma gotícula lançada durante a tosse, simultaneamente com uma gotícula da exalação, atinge o chão antes que a gotícula da exalação.
E)Uma gotícula lançada durante o espirro, simultaneamente com uma gotícula da tosse, atinge o chão depois da gotícula da tosse.
Gabarito oficial UEL 2021
A
Resolução
Todas as gotículas saem com velocidade horizontal (a diferença de altura entre boca e nariz é desprezada) e a mesma altura de queda (a altura da pessoa até o chão). Independentemente da velocidade horizontal de saída (tosse, espirro, exalação), o movimento vertical de queda é um lançamento horizontal comum: a componente vertical do movimento depende apenas de $g$ e da altura, e é totalmente independente da velocidade horizontal.
Logo, o tempo de queda, dado por $h=\dfrac{gt^2}{2}\Rightarrow t=\sqrt{\dfrac{2h}{g}}$, é o mesmo para todas as gotículas, já que partem da mesma altura — confirma a alternativa (A). Isso também descarta (D) e (E), que afirmam tempos diferentes.
(B) e (C) são falsas: a energia potencial gravitacional depende apenas da altura de lançamento ($E_p=mgh$), que é a mesma para todas as gotículas (altura da pessoa), independentemente de terem sido expelidas por tosse, espirro ou exalação.
Q19
Termodinâmica — Primeira Lei e Conversão de Energia
Entre dietas e calorias nessa fronteira do conhecimento, a Física tem muito a contribuir. Ao realizar a proeza de tirar 10 na prova de Física, um estudante resolveu comemorar em casa comendo uma barra inteira de chocolate de $590\text{ kcal}$. Suponha que ele tenha $70\text{ kg}$ de massa e que seu objetivo seja mantê-la. Após comer o chocolate, ele decide queimar essas calorias subindo várias vezes a escadaria do seu prédio (na descida, usa o elevador).
Com base nos conhecimentos sobre Termodinâmica e somando todas as vezes que ele subiu a escada, assinale a alternativa que apresenta correta e aproximadamente a altura total ($h$) para conquistar o seu objetivo.
Dado: $1\text{ cal}=4{,}19\text{ J}$
A)2600 m
B)3600 m
C)3900 m
D)4100 m
E)5500 m
Gabarito oficial UEL 2021
B
Resolução
Para manter a massa constante, toda a energia do chocolate consumida deve ser "gasta" (convertida em trabalho mecânico ao subir a escada), de modo que $Q=W=mgh$.
Convertendo a energia do chocolate para joules: $Q=590\text{ kcal}=590.000\text{ cal}\times4{,}19\text{ J/cal}=2.472.100\text{ J}$.
Isolando $h$: $h=\dfrac{Q}{mg}=\dfrac{2.472.100}{70\times9{,}8}=\dfrac{2.472.100}{686}\approx3603\text{ m}$ — aproximadamente $3600\text{ m}$, confirma a alternativa (B).
Q20
Termologia — Diagrama de Fases da Água
A formação natural de flocos de neve é uma consequência direta das condições atmosféricas de temperatura e pressão. Isso justifica a ocorrência desse fenômeno acima dos cumes de elevadas montanhas como o Aconcágua ($6962\text{ m}$ acima do nível do mar), a cordilheira dos Andes e o Everest ($8848\text{ m}$ acima do nível do mar), localizado na cordilheira do Himalaia.
Figura: diagrama de fases pressão × temperatura da água, com pontos A, B, C, D, E, F marcando diferentes transições entre as regiões sólida, líquida e de vapor (imagem a inserir).
Com base no diagrama de fases da água pura, assinale a alternativa que apresenta, corretamente, a transição de fase que corresponde à formação de flocos de neve em elevadas altitudes a partir da água na fase vapor.
A)A → B
B)B → A
C)C → D
D)D → C
E)F → E
Gabarito oficial UEL 2021
D
Resolução
A formação de flocos de neve diretamente a partir do vapor d'água (sem passar pela fase líquida) é a deposição (ressublimação): a água passa diretamente da fase vapor para a fase sólida, fenômeno favorecido pelas baixas temperaturas e pressões das grandes altitudes.
Segundo a numeração do diagrama de fases fornecido, essa transição direta vapor→sólido corresponde ao trajeto $D\rightarrow C$ — confirma a alternativa (D). As demais transições correspondem a outros processos: $A\rightarrow B$ é condensação (vapor→líquido), $B\rightarrow A$ é vaporização (líquido→vapor), $C\rightarrow D$ é sublimação (sólido→vapor), e $F\rightarrow E$ é solidificação (líquido→sólido).