Provas Anteriores | UEPG PSS 1 2025

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Mecânica — Dinâmica — Leis de Newton

Dinâmica

Isaac Newton publicou as leis formuladas por ele em sua obra, comumente chamada de “Principia”, em 1687. Em relação às leis de Newton, assinale o que for correto.

01)

De acordo com a Lei de Ação e Reação, para toda ação existe uma reação que tem o mesmo módulo, a mesma direção, mas sentido oposto.

02)

A interação gravitacional entre a Terra e a Lua é um exemplo de ação e reação.

04)

Se dois objetos de massas diferentes têm a mesma aceleração (diferente de zero), podemos concluir que as forças externas aplicadas a eles são iguais.

08)

De acordo com a Lei da Inércia, um corpo permanece em repouso na presença de forças externas constantes e diferentes de zero.

Alternativas corretas: 01 + 02. Somatório: 03.

Resolução

01) Verdadeira. A 3ª Lei de Newton (ação e reação) afirma que para toda ação existe uma reação de mesmo módulo, mesma direção e sentido oposto.

02) Verdadeira. A atração gravitacional Terra–Lua é um par ação–reação: a Terra atrai a Lua com a mesma força com que a Lua atrai a Terra.

04) Falsa. Pela 2ª Lei de Newton, $F = ma$. Com a mesma aceleração e massas diferentes, as forças são diferentes.

08) Falsa. A Lei da Inércia afirma que um corpo permanece em repouso (ou MRU) quando a resultante das forças é nula, não quando existem forças constantes e não nulas.

Somatório: 01 + 02 = 03.

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Mecânica — Dinâmica — Lei de Hooke

Lei de Hooke • Energia potencial elástica

Uma mola ideal está pendurada verticalmente, com uma de suas extremidades fixa e a outra livre. Nessa configuração, o comprimento da mola é de 5 cm. Quando uma força externa vertical e dirigida para baixo é aplicada na extremidade livre da mola, seu comprimento se estende para 7 cm. Sabendo que a constante elástica da mola é de 20 N/m, assinale o que for correto.

01)

O módulo da força externa aplicada é de 0,4 N.

02)

A força elástica é um exemplo de força conservativa.

04)

O trabalho realizado pela força externa para esticar a mola foi de 4 mJ.

08)

A energia potencial elástica da mola é uma grandeza sempre positiva.

Alternativas corretas: 01 + 02 + 04 + 08. Somatório: 15.

Resolução

Dados: $k = 20\,\text{N/m}$; deformação $x = 7 - 5 = 2\,\text{cm} = 0{,}02\,\text{m}$.

01) Verdadeira. $F = kx = 20 \times 0{,}02 = 0{,}4\,\text{N}$.

02) Verdadeira. A força elástica (mola de Hooke) é conservativa: o trabalho realizado depende apenas dos pontos inicial e final.

04) Verdadeira. $\tau = \frac{1}{2}kx^2 = \frac{1}{2} \times 20 \times (0{,}02)^2 = 4\,\text{mJ}$.

08) Verdadeira. $E_p = \frac{1}{2}kx^2 \geq 0$ sempre (nula apenas quando $x = 0$).

Somatório: 01 + 02 + 04 + 08 = 15.

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Mecânica — Quantidade de Movimento — Teorema do impulso

Mecânica

Um bloco de massa 2 kg desliza sobre um plano horizontal sem atrito com velocidade inicial de 2 m/s no sentido positivo do eixo x. Em certo instante, uma força constante de 10 N, também no sentido positivo do eixo x, é aplicada ao bloco durante 0,1 s. Desprezando efeitos dissipativos, assinale o que for correto.

01)

O impulso é uma grandeza escalar.

02)

A energia cinética inicial do bloco é de 4 J.

04)

A velocidade final do bloco é de 2,5 m/s.

08)

Nessa situação, a quantidade de movimento foi conservada.

Alternativas corretas: 02 + 04. Somatório: 06.

Resolução

Dados: $m = 2\,\text{kg}$, $v_0 = 2\,\text{m/s}$, $F = 10\,\text{N}$, $\Delta t = 0{,}1\,\text{s}$, sem atrito.

01) Falsa. O impulso $\vec{J} = \vec{F}\,\Delta t$ é uma grandeza vetorial.

02) Verdadeira. $E_c = \frac{1}{2}mv_0^2 = \frac{1}{2} \times 2 \times 4 = 4\,\text{J}$.

04) Verdadeira. Impulso $= F\Delta t = 10 \times 0{,}1 = 1\,\text{N·s}$. $v_f = v_0 + \frac{F\Delta t}{m} = 2 + \frac{1}{2} = 2{,}5\,\text{m/s}$.

08) Falsa. Há força externa resultante não nula atuando no bloco; logo, a quantidade de movimento não é conservada (ela aumenta em $1\,\text{kg·m/s}$).

Somatório: 02 + 04 = 06.

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Termologia — Calorimetria — Termometria e calorimetria

Termologia

A termometria está relacionada ao estudo e à medição da temperatura, sendo essencial para a compreensão e para o controle de processos térmicos. Já a calorimetria estuda as trocas de calor envolvidas nesses processos. Em relação à termometria e à calorimetria, assinale o que for correto.

01)

O funcionamento do termômetro de mercúrio se baseia na dilatação térmica do mercúrio, que é um metal que se apresenta na fase líquida à temperatura ambiente. A sua utilização se baseia na expansão ou na contração do mercúrio em função de uma variação de temperatura.

02)

Uma barra metálica tem 50 cm de comprimento, a uma temperatura de 10 °C; e um comprimento de 1,2 m quando sua temperatura é aumentada para 90 °C. Podemos concluir, então, que o coeficiente de dilatação linear da barra é $8{,}75 \times 10^{-3}\,^\circ\mathrm{C}^{-1}$.

04)

A temperatura absoluta de um gás ideal é proporcional à energia cinética média por molécula que o constitui.

08)

A temperatura de um gás ideal, quando medida com um termômetro graduado na escala Fahrenheit, registra −40 °F. Nas mesmas condições, se a temperatura desse mesmo gás for medida com um termômetro graduado na escala Celsius, o valor registrado será de −40 °C.

Alternativas corretas: 01 + 04 + 08. Somatório: 13.

Resolução

01) Verdadeira. O termômetro de mercúrio baseia-se na dilatação térmica: o mercúrio é um metal líquido à temperatura ambiente e se expande/contrai com a temperatura.

02) Falsa. $\alpha = \frac{\Delta L}{L_0 \Delta T} = \frac{1{,}2 - 0{,}5}{0{,}5 \times 80} = \frac{0{,}7}{40} = 1{,}75 \times 10^{-2}\,°\text{C}^{-1}$, não $8{,}75 \times 10^{-3}$.

04) Verdadeira. Para um gás ideal $E_{cm} = \frac{3}{2}k_BT$, de modo que a temperatura absoluta é diretamente proporcional à energia cinética média por molécula.

08) Verdadeira. $C = \frac{5}{9}(F - 32)$: para $F = -40$, $C = \frac{5}{9}(-72) = -40\,°\text{C}$. Confirmado: $-40\,°\text{F} = -40\,°\text{C}$.

Somatório: 01 + 04 + 08 = 13.

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Termologia — Termodinâmica — Transformações gasosas e ciclo de Carnot

Gases ideais • Transformações • Carnot

A termodinâmica é a ciência que estuda as relações entre calor, trabalho e energia. Ela é fundamental para a compreensão do comportamento dos gases ideais e para o funcionamento de máquinas térmicas. Em relação à termodinâmica, assinale o que for correto.

Dado: Constante universal dos gases perfeitos
$R = 8{,}31\,\mathrm{J/(mol\,K)}$

01)

Um mol de um gás ideal é aquecido isocoricamente. Nesse processo, a temperatura do gás varia de 150 K para 300 K e sua pressão varia de 600 N/m² para 1200 N/m². Então, podemos afirmar que, nesse processo, o trabalho realizado pelo gás é de 1246,5 J.

02)

Numa transformação isotérmica, a variação da energia interna de um gás ideal é nula.

04)

De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, não é possível fornecer calor para um corpo sem que ocorra variação de temperatura.

08)

O rendimento de uma máquina térmica operando em um ciclo de Carnot, com fontes térmicas a 147 °C e 27 °C, é inferior a 30%.

Alternativas corretas: 02 + 08. Somatório: 10.

Resolução

Dado: $R = 8{,}31\,\text{J/(mol·K)}$.

01) Falsa. Processo isocórico (volume constante): $W = P\Delta V = 0$. O trabalho realizado pelo gás é nulo, não 1246,5 J.

02) Verdadeira. Numa transformação isotérmica ($\Delta T = 0$), a energia interna do gás ideal não varia: $\Delta U = nC_v\Delta T = 0$.

04) Falsa. A 2ª Lei diz que é possível fornecer calor sem variação de temperatura (ex.: mudanças de fase a pressão constante).

08) Verdadeira. $\eta_{Carnot} = 1 - \frac{T_c}{T_h} = 1 - \frac{300}{420} \approx 28{,}6\% < 30\%$.

Somatório: 02 + 08 = 10.

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Termologia — Calorimetria — Calor latente e equilíbrio térmico

Equilíbrio térmico

Um recipiente termicamente isolado contém 15 g de gelo a 0 °C. Um bloco de cobre, com massa de 100 g e temperatura inicial de 80 °C, é colocado no interior do recipiente, em contato térmico com o gelo. Considerando que a troca de calor ocorre apenas entre o gelo e o bloco, assinale o que for correto.

Dados: Calor latente de fusão do gelo = $80\,\mathrm{cal/g}$
Calor específico do cobre = $0{,}09\,\mathrm{cal/(g\,^\circ C)}$

01)

Sob a condição de equilíbrio térmico, a quantidade de gelo derretido é de nove gramas.

02)

O processo de derretimento do gelo em contato com o bloco é chamado de sublimação.

04)

A temperatura de equilíbrio é de 0 °C.

08)

A capacidade térmica do bloco de cobre é de $8000\,\mathrm{cal/^\circ C}$.

Alternativas corretas: 01 + 04. Somatório: 05.

Resolução

Dados: 15 g de gelo a 0 °C; 100 g de cobre a 80 °C; $L_{fusão} = 80\,\text{cal/g}$; $c_{Cu} = 0{,}09\,\text{cal/(g·°C)}$.

Calor cedido pelo cobre ao resfriar até 0 °C: $Q_{Cu} = 100 \times 0{,}09 \times 80 = 720\,\text{cal}$.

Calor para fundir todo o gelo: $Q_{fusão} = 15 \times 80 = 1200\,\text{cal}$. Como $720 < 1200$, o gelo não funde completamente.

01) Verdadeira. Massa de gelo derretida: $m = \frac{720}{80} = 9\,\text{g}$.

02) Falsa. O derretimento do gelo é fusão, não sublimação (sublimação é sólido → gás).

04) Verdadeira. Como ainda há gelo em equilíbrio com água, a temperatura de equilíbrio é 0 °C.

08) Falsa. $C_{Cu} = m \cdot c = 100 \times 0{,}09 = 9\,\text{cal/°C}$, não 8000 cal/°C.

Somatório: 01 + 04 = 05.

UEPG PSS 1 2025 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova

Mecânica — Dinâmica — Leis de Newton

Mecânica — Dinâmica — Lei de Hooke

Mecânica — Quantidade de Movimento — Teorema do impulso

Termologia — Calorimetria — Termometria e calorimetria

Termologia — Termodinâmica — Transformações gasosas e ciclo de Carnot

Termologia — Calorimetria — Calor latente e equilíbrio térmico