Prof. Ricardo BastosMétodo TEF-MED
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UEM · 2023.2

Universidade Estadual de Maringá

Vestibular de Inverno 2023 · Caderno de Prova · Física Q47–Q50 · gabarito definitivo e resolução comentada Método TEF.

Q47
Termologia — Termodinâmica — Energia Interna, Entropia e Energia Livre

Assinale o que for correto.

01)Em um sistema gasoso, a energia interna está relacionada a diversos fatores, entre eles os movimentos de translação, de rotação e de vibração de suas moléculas, íons ou átomos.
02)Se um sistema recebe calor ($Q$) do meio ambiente e realiza trabalho ($W$) sobre esse meio, a variação da energia interna ($\Delta U$) desse sistema é igual a $Q-W$.
04)A entropia é uma medida da desordem de um sistema. O termo desordem está relacionado a uma distribuição mais homogênea da matéria e/ou da energia pelo sistema.
08)Quando a variação da energia livre de Gibbs de uma reação (que ocorre sob pressão e temperatura constantes) for exatamente igual a zero, significa que essa reação está em equilíbrio.
16)A entropia (do universo), resultante da soma da entropia do sistema e da entropia da vizinhança, diminui nos processos espontâneos.

Gabarito definitivo UEM:

15
Corretas: 01 + 02 + 04 + 08.
Resolução

01) Verdadeira. A energia interna de um sistema gasoso está associada às formas microscópicas de energia de suas partículas. Dependendo da constituição do gás, podem contribuir os movimentos de translação, rotação e vibração.

02) Verdadeira. Adotando $W$ como o trabalho realizado pelo sistema, a primeira lei da Termodinâmica é $\Delta U=Q-W$.

04) Verdadeira. A entropia está associada ao número de configurações microscópicas acessíveis ao sistema e, em uma descrição macroscópica, ao espalhamento da matéria e da energia.

08) Verdadeira. Para uma transformação a temperatura e pressão constantes, a condição de equilíbrio corresponde a $\Delta G=0$.

16) Falsa. Em um processo espontâneo, a entropia total do universo não diminui. Para um processo espontâneo irreversível, $\Delta S_{universo}>0$; no equilíbrio, $\Delta S_{universo}=0$.

Somatório: $01+02+04+08=15$.

Q48
Mecânica — Hidrostática — Pressão, Empuxo, Decantação e Centrifugação

No tratamento de água e esgoto há diversos processos físicos e químicos que ocorrem em grandes reservatórios. Geralmente o tratamento é composto pelas seguintes etapas: Coagulação e Floculação, Decantação, Filtração, Desinfecção e Fluoretação. Assinale o que for correto.

01)A pressão hidrostática em um ponto situado no interior de um líquido em equilíbrio no reservatório depende da razão entre a profundidade em que esse ponto se encontra e a densidade do fluido.
02)A Decantação é uma etapa que separa misturas heterogêneas, formadas por duas ou mais fases.
04)Todo sólido imerso em um líquido em equilíbrio recebe uma força vertical cuja intensidade é igual ao peso do líquido deslocado e cujo sentido é contrário ao da força gravitacional.
08)A etapa de Coagulação e Floculação consiste em reduzir os tamanhos de moléculas imersas na água para que sejam posteriormente retiradas por filtração.
16)A Centrifugação é um processo de Decantação acelerado, em que a força centrífuga é mais relevante do que a força da gravidade. Assim, quanto maior a velocidade angular da centrífuga mais rápida será a Decantação.

Gabarito definitivo UEM:

22
Corretas: 02 + 04 + 16.
Resolução

01) Falsa. Em um líquido em equilíbrio, a contribuição hidrostática é $\rho gh$. Portanto, a pressão cresce com o produto entre densidade $\rho$ e profundidade $h$, e não com a razão $h/\rho$.

02) Verdadeira. A decantação separa componentes de uma mistura heterogênea aproveitando diferenças de densidade e a ação do campo gravitacional.

04) Verdadeira. Pelo princípio de Arquimedes, o empuxo tem intensidade igual ao peso do líquido deslocado e, em um líquido em repouso, atua verticalmente para cima.

08) Falsa. A coagulação e a floculação promovem a agregação de partículas dispersas, formando flocos maiores. Não há redução do tamanho das moléculas.

16) Verdadeira. Na centrifugação, a rotação produz uma aceleração efetiva muito maior que a gravitacional. Como $a_c=\omega^2r$, o aumento de $\omega$ intensifica a separação e acelera a sedimentação.

Somatório: $02+04+16=22$.

Q49
Eletromagnetismo — Força sobre Cargas — Partícula Carregada em Campos Elétrico e Magnético

Uma partícula de massa $m=0{,}5\text{ g}$ e carga elétrica $q$ positiva cai verticalmente, a partir do repouso, sobre uma placa horizontal (plana). A altura inicial dessa partícula em relação à placa é igual a $\dfrac{125}{98}\text{ cm}$. No local do experimento, em que há um campo gravitacional $\vec g$, pode haver um campo elétrico $\vec E$ e/ou um campo magnético $\vec B$. Os módulos dos campos são, respectivamente, $g=980\text{ cm/s}^2$, $E$ e $B$ (constantes e dados no sistema CGS). Se $E=B=0$, a partícula atinge a placa e fica em contato com ela por $0{,}02\text{ s}$ durante a colisão. Considerando que essa colisão é elástica e desprezando a resistência do ar, assinale o que for correto.

01)Se $E=B=0$ e se o módulo da força $F$ exercida pela placa sobre a partícula durante a colisão for constante, então $F>2400\text{ dina}$.
02)Se $E=B=0$, então a energia cinética da partícula imediatamente após a colisão será igual a $625\text{ erg}$.
04)Se $B=0$ e se o campo $\vec E$ for perpendicular à placa e direcionado para cima, então o módulo da aceleração da partícula será nulo se $E=\dfrac{mg}{q}$.
08)Se $E=0$ e se o campo $\vec B$ for perpendicular à placa e direcionado para baixo, então o módulo da aceleração da partícula durante a queda será igual a $g+\dfrac{qvB}{m}$, em que $v$ é o módulo da velocidade da partícula.
16)Se $\vec E$ e $\vec B$ são campos cruzados, com $\vec E$ perpendicular à placa e $\vec B$ perpendicular a $\vec E$, então a trajetória da partícula será uma linha reta.

Gabarito definitivo UEM:

07
Corretas: 01 + 02 + 04.
Resolução

Sem campos elétrico e magnético, a velocidade imediatamente antes do choque vem de $v^2=2gh$:

$v^2=2\cdot980\cdot\dfrac{125}{98}=2500\Rightarrow v=50\text{ cm/s}$.

01) Verdadeira. Como a colisão é elástica, o módulo da velocidade depois do choque também é $50\text{ cm/s}$, com sentido invertido. A variação do momento linear tem módulo

$\Delta p=m\Delta v=0{,}5\cdot100=50\text{ g·cm/s}$.

Durante $0{,}02\text{ s}$, a força resultante média tem módulo $F_R=\Delta p/\Delta t=2500\text{ dina}$. Como $F_R=F-mg$ e $mg=0{,}5\cdot980=490\text{ dina}$, resulta $F=2990\text{ dina}>2400\text{ dina}$.

02) Verdadeira. A energia cinética imediatamente antes do choque é

$E_c=\dfrac{mv^2}{2}=\dfrac{0{,}5\cdot2500}{2}=625\text{ erg}$.

Como a colisão é elástica, esse mesmo valor é mantido imediatamente após a colisão.

04) Verdadeira. Com $\vec E$ para cima, a força elétrica $qE$ pode equilibrar o peso $mg$. Para aceleração nula, $qE=mg$, portanto $E=mg/q$.

08) Falsa. Durante a queda, a velocidade é vertical para baixo e o campo magnético também está vertical para baixo. Logo, $\vec v\parallel\vec B$ e $F_B=qvB\sin0^\circ=0$. A aceleração continua sendo apenas $g$.

16) Falsa. Campos cruzados não garantem, por si só, uma trajetória retilínea. Para isso, é necessário que as forças elétrica e magnética se anulem, o que exige orientação apropriada e uma velocidade específica tal que $qE=qvB$.

Somatório: $01+02+04=07$.

Q50
Ondulatória — Oscilações e Ondas — MHS, Pêndulos, Ondas Estacionárias, Refração e Interferência

Sobre fenômenos relacionados a oscilações e ondas, assinale o que for correto.

01)No movimento harmônico simples (MHS) de uma partícula, a aceleração depende da posição $x$ dessa partícula, de tal forma que, quanto mais distante da posição de equilíbrio ($x=0$), maior o módulo da aceleração.
02)Se a massa e o comprimento de quatro pêndulos simples são, respectivamente, $m$ e $l$ (pêndulo I), $m/2$ e $l/2$ (pêndulo II), $2m$ e $l$ (pêndulo III) e $4m$ e $2l$ (pêndulo IV), então as maiores frequências, no regime de pequenas oscilações, serão observadas nos pêndulos I e III.
04)A amplitude e a frequência de uma onda estacionária em uma corda esticada, presa em suas extremidades, são iguais à amplitude e à frequência da oscilação do ponto central da corda no modo de vibração fundamental.
08)Quando uma onda sonora produzida em um meio passa para outro meio em que sua velocidade é diferente, a frequência do som permanece a mesma, mas o comprimento de onda se modifica.
16)As diversas colorações observadas em películas de bolhas de sabão e em películas de óleo depositadas sobre água estão relacionadas às espessuras dessas películas e à interferência da luz refletida por elas.

Gabarito definitivo UEM:

29
Corretas: 01 + 04 + 08 + 16.
Resolução

01) Verdadeira. No MHS, $a=-\omega^2x$. Assim, o módulo $|a|=\omega^2|x|$ aumenta à medida que a partícula se afasta da posição de equilíbrio.

02) Falsa. Para pequenas oscilações, $T=2\pi\sqrt{l/g}$ e $f=1/T$. A massa não interfere. Como o pêndulo II tem comprimento $l/2$, ele possui a maior frequência entre os quatro.

04) Verdadeira. No modo fundamental de uma corda fixa nas duas extremidades, o ponto central é um ventre. Sua frequência é a frequência do modo estacionário e sua amplitude corresponde à amplitude máxima desse modo.

08) Verdadeira. Na passagem de uma onda sonora entre meios, a frequência é determinada pela fonte e permanece constante. Como $v=\lambda f$, uma mudança em $v$ produz mudança em $\lambda$.

16) Verdadeira. Em filmes finos, os raios refletidos nas duas interfaces podem interferir construtiva ou destrutivamente. A condição de interferência depende da espessura da película e do comprimento de onda, originando as colorações observadas.

Somatório: $01+04+08+16=29$.

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