PAS UEM 2025 · 1ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Estadual de Maringá · Processo de Avaliação Seriada

Questões de Física — Q36, Q37, Q39 · gabarito definitivo e resolução comentada Método TEF.

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Mecânica — Trabalho e energia — Rampas, atrito e mola

Uma partícula de massa $m$ é liberada em repouso do topo de uma rampa sem atrito, a uma altura $h_1$ em relação ao solo. Após descer a rampa, atingindo o nível do solo, essa partícula adentra uma região rugosa plana de comprimento $d$, cujo coeficiente de atrito cinético é $\mu$. Ao final da região rugosa, a partícula sobe outra rampa sem atrito até alcançar um platô sem atrito de altura $h_2<h_1$. Por fim, ao final desse platô, também sem atrito, ela comprime uma mola de constante elástica $k$. Considerando que $g$ representa a aceleração da gravidade, assinale o que for correto.

01)O comprimento de compressão da mola não é modificado ao dobrar ambas as alturas $h_1$ e $h_2$.
02)A energia potencial elástica armazenada na mola imediatamente após ela parar é $mg(h_1-h_2)$.
04)Imediatamente após percorrer a região rugosa, a velocidade da partícula é $v=\sqrt{2g(h_1-\mu d)}$.
08)Para que a partícula pare antes de começar a comprimir a mola, a diferença entre as alturas das rampas $h_1-h_2$ deve ser menor ou igual a $\mu d$.
16)Aumentar a distância $d$ não altera o comprimento de compressão da mola.

Gabarito definitivo · PAS UEM 2025 · 1ª etapa

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Resolução

A energia inicial é gravitacional. No trecho rugoso horizontal, a normal vale $mg$ e o trabalho do atrito cinético é:

\[W_{at}=-\mu mgd\]

Ao sair desse trecho, no nível do solo:

\[\frac{mv^2}{2}=mgh_1-\mu mgd\]

\[v=\sqrt{2g(h_1-\mu d)}\]

A expressão pressupõe que a partícula consiga atravessar a região rugosa. Na altura da mola, o balanço até a compressão máxima fornece:

\[mgh_1-\mu mgd=mgh_2+\frac{kx_{\max}^2}{2}\]

\[\frac{kx_{\max}^2}{2}=mg(h_1-h_2-\mu d)\]

\[x_{\max}=\sqrt{\frac{2mg}{k}(h_1-h_2-\mu d)}\]

A compressão positiva exige que a expressão entre parênteses seja positiva.

01) Incorreta. Dobrar as duas alturas dobra sua diferença, alterando a energia disponível e a compressão; a parcela de perda por atrito não é duplicada.

02) Incorreta. A energia elástica máxima precisa descontar a energia dissipada no trecho rugoso.

04) Correta. A velocidade imediatamente após a região rugosa é a obtida no primeiro balanço energético.

08) Correta. Se $h_1-h_2\leq\mu d$, não sobra energia para comprimir a mola. No limite de igualdade, a partícula chega à altura do platô com velocidade nula; para uma diferença menor, para antes.

16) Incorreta. Aumentar $d$ aumenta a dissipação e reduz a compressão, podendo impedir que a partícula alcance a mola.

Soma das proposições corretas: 04 + 08 = 12.

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Mecânica — Cinemática — Lançamento horizontal

Um objeto de massa $m$ é lançado horizontalmente de uma altura $h$ (em relação ao solo) com uma velocidade inicial $v_0$. A aceleração gravitacional no local do experimento é $g$ (em módulo). O tempo total de queda e o alcance horizontal do objeto são, respectivamente, $t_q$ e $A$. Despreze os efeitos da resistência do ar. Sobre esse experimento, assinale o que for correto.

01)O tempo $t_q$ é proporcional a $v_0$.
02)O alcance $A$ é proporcional a $v_0$ e $\sqrt{h}$.
04)A velocidade do objeto (em módulo) ao atingir o solo é igual a $v_0+\sqrt{2gh}$.
08)A trajetória do objeto, vista de um ponto fixo no solo, é um arco de círculo.
16)A componente horizontal do vetor momento linear do objeto permanece constante e igual a $mv_0$ durante o movimento.

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Resolução

Tomando o eixo vertical positivo para baixo e a origem no ponto de lançamento:

\[x=v_0t\]

\[y=\frac{gt^2}{2}\]

A condição de chegada ao solo é $y=h$:

\[t_q=\sqrt{\frac{2h}{g}}\]

\[A=v_0\sqrt{\frac{2h}{g}}\]

As componentes da velocidade de impacto são perpendiculares:

\[v_x=v_0\]

\[v_y=gt_q=\sqrt{2gh}\]

\[v=\sqrt{v_0^2+2gh}\]

Eliminando o tempo da trajetória, para $v_0\neq0$:

\[y=\frac{g}{2v_0^2}x^2\]

01) Incorreta. O tempo de queda independe da velocidade inicial horizontal.

02) Correta. Para $g$ fixo, o alcance é proporcional a $v_0$ e à raiz quadrada de $h$.

04) Incorreta. A rapidez resulta da soma dos quadrados das componentes, seguida da raiz quadrada.

08) Incorreta. A trajetória é parabólica no referencial fixo ao solo, não circular.

16) Correta. Não há força horizontal, portanto $p_x=mv_0$ permanece constante.

Soma das proposições corretas: 02 + 16 = 18.

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Física moderna — Modelos atômicos — Evidências e evolução

Sobre a estrutura dos átomos, assinale o que for correto.

01)Após Thomson sugerir seu modelo atômico, os cientistas descobriram o elétron.
02)O modelo atômico de Dalton se assemelhava ao modelo dos gregos antigos Demócrito e Leucipo.
04)O fenômeno da radioatividade mostrou que o átomo era bem mais complexo do que o sugerido pelo modelo de Dalton.
08)Rutherford fez um experimento que demonstrou que os átomos deveriam se assemelhar ao Sistema Solar.
16)No modelo atômico de Bohr, a emissão de luz ocorre porque os elétrons executam órbitas espirais até caírem no núcleo, liberando energia.

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Resolução

01) Incorreta. A identificação do elétron antecede o modelo de Thomson e é um de seus fundamentos: a carga negativa já faz parte da estrutura proposta.

02) Correta. Na comparação escolar, Dalton e o atomismo de Demócrito e Leucipo compartilham a ideia de constituintes últimos da matéria. Isso não os torna teorias equivalentes: Dalton desenvolveu uma teoria ligada a evidências químicas.

04) Correta. A radioatividade revelou transformações e emissões incompatíveis com o átomo inteiramente indivisível e sem estrutura interna da representação de Dalton.

08) Correta. O gabarito aceita a analogia planetária associada ao modelo nuclear de Rutherford. O espalhamento de partículas alfa sustentou a existência de um núcleo pequeno, denso e positivo, com grande parte do volume atômico vazia; não foi uma observação direta de órbitas eletrônicas.

16) Incorreta. No modelo de Bohr, o elétron não perde continuamente energia em uma órbita estacionária nem espirala até o núcleo. A emissão ocorre numa transição entre níveis permitidos:

\[E_{\gamma}=hf=E_i-E_f\]

Para emissão, $E_i>E_f$.

Soma das proposições corretas: 02 + 04 + 08 = 14.

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