Acesse as questões de Física do Processo Seletivo Seriado 3 de 2022.
Dados da prova
Nesta prova, cada questão apresenta alternativas identificadas por 01, 02, 04 e 08. O valor assinalado no cartão de respostas corresponde à soma das alternativas consideradas corretas.
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Óptica — Lentes — Vergência e correção da miopia
Lentes convergentes • Miopia • Vergência
Denomina-se lente um meio transparente limitado por duas superfícies curvas ou por uma superfície curva e outra plana. As lentes podem ser esféricas, parabólicas ou cilíndricas. A respeito delas, assinale o que for correto.
01)
Mediante uma lente convergente, obtém-se uma imagem de altura quatro vezes maior do que o objeto real em questão. O objeto está localizado perpendicularmente ao eixo principal e a abscissa da imagem vale 20 cm. Diante disso, podemos afirmar que a imagem será invertida e que a distância focal da lente será igual a 4 cm.
02)
O olho míope tem o globo ocular alongado. Logo, a imagem se forma antes da retina. Esse defeito pode ser corrigido por meio do uso de lentes convergentes.
04)
Uma pessoa usa óculos de –2,5 graus. Isso significa que a distância focal de suas lentes vale – 40 cm.
08)
O comportamento óptico de uma lente depende apenas de seus elementos geométricos e do material que a constitui.
Alternativas corretas: 01 + 04. Somatório: 5.
Resolução
01) Verdadeira. Para uma imagem real invertida quatro vezes maior, o aumento linear é $A=-4=-\frac{p'}{p}$. Como $p'=20\,\mathrm{cm}$, resulta $p=5\,\mathrm{cm}$. Pela equação de Gauss, $\frac{1}{f}=\frac{1}{p}+\frac{1}{p'}=\frac{1}{5}+\frac{1}{20}=\frac{1}{4}$, portanto $f=4\,\mathrm{cm}$.
02) Falsa. Na miopia, a imagem de um objeto distante se forma antes da retina. A correção é feita com lentes divergentes, e não convergentes.
04) Verdadeira. A vergência da lente é $P=-2{,}5\,\mathrm{D}$. Como $P=\frac{1}{f}$, com $f$ em metros, $f=\frac{1}{-2{,}5}=-0{,}40\,\mathrm{m}=-40\,\mathrm{cm}$.
08) Falsa. O comportamento óptico de uma lente não depende apenas de sua geometria e do material que a constitui; depende também do índice de refração do meio externo em que ela está imersa.
Somatório: 01 + 04 = 5.
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Física Moderna — Física Quântica — Relatividade, Planck e efeito fotoelétrico
Relatividade • Planck • Efeito fotoelétrico
A Física Moderna reúne um conjunto de teorias desenvolvidas no início do século XX, contendo princípios que norteiam a Mecânica Quântica, a Teoria da Relatividade, entre outras que depois foram sendo desenvolvidas. Nesse contexto, assinale o que for correto.
01)
Uma das consequências da Teoria da Relatividade Restrita é que a velocidade da luz ($c$) é invariável e constitui uma velocidade–limite, uma vez que a velocidade de um corpo dotado de massa pode se aproximar de $c$, mas não pode alcançar esse valor e nem superá-lo.
02)
Na equação $E=hf$, em que $E$ representa a energia de um fóton, $f$, a frequência da radiação e $h$, a constante de Planck, podemos afirmar que a equação dimensional dessa constante é $[h]=ML^2T^{-1}$.
04)
A função trabalho é uma característica de cada material. Se a energia transferida por um fóton a um elétron for menor do que essa função, o elétron não será “arrancado” do material, pois ele não terá energia suficiente para vencer as forças que o prendem à estrutura desse material.
08)
A utilização do elétron-volt (eV) como unidade de energia simplifica os cálculos na Mecânica Quântica, pois sua ordem de grandeza está mais próxima dos valores de energia da escala atômica.
01) Verdadeira. Na Relatividade Restrita, a velocidade da luz no vácuo é a mesma para todos os referenciais inerciais. Corpos com massa podem se aproximar de $c$, mas não atingir nem ultrapassar esse valor.
02) Verdadeira. De $E=hf$, temos $[h]=[E]/[f]$. Como $[E]=ML^2T^{-2}$ e $[f]=T^{-1}$, resulta $[h]=ML^2T^{-1}$.
04) Verdadeira. No efeito fotoelétrico, só ocorre emissão de elétrons quando a energia do fóton satisfaz $hf\geq\phi$, sendo $\phi$ a função trabalho do material.
08) Verdadeira. O elétron-volt é uma unidade adequada à escala atômica e subatômica: $1\,\mathrm{eV}$ corresponde à energia adquirida por uma carga elementar ao atravessar uma diferença de potencial de $1\,\mathrm{V}$.
Somatório: 01 + 02 + 04 + 08 = 15.
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Eletricidade — Eletrostática — Eletrização e Lei de Coulomb
Eletrização • Potencial • Associações • Lei de Coulomb
No âmbito da Eletrostática, assinale o que for correto.
01)
Um corpo neutro, quando colocado em contato com um corpo eletrizado positivamente, só pode se eletrizar positivamente.
02)
O gráfico a seguir representa o potencial unidimensional gerado por uma esfera carregada, na qual $r$ é a distância a partir do centro da esfera. Analisando esse gráfico, podemos afirmar que a d.d.p entre dois pontos no interior da esfera é nula.
04)
Tem-se duas associações em paralelo, uma formada somente por resistores e outra somente por capacitores. O dispositivo equivalente da associação de resistores terá sempre a d.d.p igual à de cada um dos dispositivos. Já na associação de capacitores, a carga armazenada no dispositivo equivalente terá valor igual à soma das cargas de cada elemento dessa associação.
08)
Nos vértices do triângulo equilátero representado a seguir, colocam-se cargas positivas $q_1$, $q_2$ e $q_3$, iguais entre si. Sendo o valor da constante eletrostática $K_0=9{,}0\times10^9\,\mathrm{N\,m^2/C^2}$, a força que age na carga $q_2$ vale $9\sqrt6\times10^{-6}\,\mathrm{N}$ e tem direção horizontal e sentido para a direita.
01) Verdadeira. No contato com um corpo positivamente eletrizado, elétrons fluem do corpo inicialmente neutro para o corpo positivo. Ao serem separados, o corpo inicialmente neutro fica com deficiência de elétrons e, portanto, eletrizado positivamente.
02) Verdadeira. O gráfico mostra potencial constante no interior da esfera. Assim, para quaisquer dois pontos internos, $\Delta V=0$.
04) Verdadeira. Em uma associação em paralelo, todos os resistores ficam submetidos à mesma d.d.p. Para capacitores em paralelo, $C_{\mathrm{eq}}=\sum C_i$ e, sob a mesma tensão, $Q_{\mathrm{eq}}=C_{\mathrm{eq}}V=\sum Q_i$.
08) Falsa. Como as três cargas são positivas, a força de $q_1$ sobre $q_2$ é horizontal para a esquerda, enquanto a força de $q_3$ sobre $q_2$ aponta ao longo do lado do triângulo, para baixo e para a esquerda. A resultante, portanto, não é horizontal nem aponta para a direita.
Somatório: 01 + 02 + 04 = 7.
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Eletromagnetismo — Força Magnética — Campo e força magnética
Eletroscópio • Trabalho elétrico • Campo • Força magnética
No âmbito do Eletromagnetismo, assinale o que for correto.
Dado: $g=10\,\mathrm{m/s^2}$
01)
O eletroscópio nos permite descobrir se um corpo se encontra ou não eletrizado. Aproximando-se um objeto C do corpo E do eletroscópio representado a seguir, suas folhas se afastarão uma da outra se o corpo C estiver carregado positivamente e permanecerão fechadas se ele estiver carregado negativamente.
02)
Em um campo elétrico gerado por cargas elétricas em repouso, foram detectados em dois pontos, A e B, potenciais iguais a 18 V e 40 V, respectivamente. Um técnico transporta nesse campo, em MRU, de A para B, uma carga puntiforme de valor 2,5 nC. Diante disso, podemos afirmar que o trabalho da força elétrica é resistente e que seu módulo vale $5{,}5\times10^{-8}\,\mathrm{J}$, enquanto o trabalho realizado pelo técnico é motor e tem, em módulo, o mesmo valor.
04)
Campo elétrico é uma grandeza vetorial, e potencial elétrico é uma grandeza escalar. Suas unidades no SI são, respectivamente, N/C e J/C.
08)
Um campo magnético $\vec B$ uniforme e horizontal, de módulo 2 T, impede a queda de um condutor retilíneo de comprimento $L=50$ cm, horizontal e ortogonal às linhas de campo, quando por ele circula uma corrente igual a 4 A, mantendo-o em repouso. Se a corrente que circula no condutor tivesse seu sentido invertido, o condutor cairia com uma aceleração de módulo igual a 20 m/s².
01) Falsa. Se o eletroscópio estiver inicialmente neutro, a aproximação de um corpo eletrizado provoca separação de cargas e afastamento das folhas por indução, independentemente de o corpo aproximado ser positivo ou negativo.
02) Verdadeira. O trabalho da força elétrica é $W_e=q(V_A-V_B)=2{,}5\times10^{-9}(18-40)=-5{,}5\times10^{-8}\,\mathrm{J}$. Portanto, é resistente. Como o movimento é uniforme, o técnico realiza trabalho de mesmo módulo e sinal oposto: $+5{,}5\times10^{-8}\,\mathrm{J}$.
04) Verdadeira. O campo elétrico possui módulo, direção e sentido, sendo vetorial, enquanto o potencial elétrico é escalar. No SI, suas unidades são $\mathrm{N/C}$ e $\mathrm{J/C}$, respectivamente.
08) Verdadeira. Inicialmente, a força magnética sustenta o condutor: $F_B=BIL=2\times4\times0{,}50=4\,\mathrm{N}=mg$, logo $m=0{,}40\,\mathrm{kg}$. Invertendo a corrente, a força magnética passa a atuar para baixo, somando-se ao peso. Assim, $F_R=4+4=8\,\mathrm{N}$ e $a=\frac{8}{0{,}40}=20\,\mathrm{m/s^2}$.
Somatório: 02 + 04 + 08 = 14.
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Óptica — Refração — Reflexão total e dispersão
Dispersão • Fibras ópticas • Reflexão total • Lei de Snell
A refração da luz explica vários fenômenos que observamos em nosso cotidiano, como as miragens, o arco-íris, o comportamento das lentes e muitos outros. Nesse contexto, assinale o que for correto.
01)
O índice de refração de um dado meio material depende do tipo de luz que o atinge, apresentando, na escala de luz visível, um valor máximo para a luz violeta e mínimo para a luz vermelha.
02)
Com o avanço da tecnologia, vimos os tradicionais cabos elétricos sendo substituídos pelas fibras ópticas, nas quais as mensagens são transmitidas por impulsos luminosos em vez de impulsos elétricos. A transmissão ao longo de fibras ópticas acontece devido ao fenômeno da reflexão total. Para que isso seja possível, a parte central da fibra (núcleo) é fabricada com um vidro de índice de refração maior que o do vidro da camada que o envolve.
04)
Ângulo limite é um ângulo de incidência de valor igual a 90° e ocorre quando o raio de luz que se propaga emerge rasante à superfície de separação de dois meios.
08)
No desenho esquemático a seguir, temos um raio luminoso que, vindo do ar, atinge uma placa de vidro transparente cujo índice de refração vale 2,0. A placa tem espessura $e=\sqrt{30}\,\mathrm{cm}$. Pode-se afirmar, então que a distância $\overline{BC}$ tem um valor igual a $2^{1/2}\,\mathrm{cm}$.
01) Verdadeira. Em meios dispersivos usuais, o índice de refração varia com o comprimento de onda. Na faixa visível, em geral $n_{\text{violeta}}\mathrel{>}n_{\text{vermelha}}$.
02) Verdadeira. A condução da luz nas fibras ópticas se baseia na reflexão total interna. Para que ela ocorra na interface núcleo–revestimento, o índice de refração do núcleo deve ser maior que o do revestimento.
04) Falsa. O ângulo limite é o ângulo de incidência, no meio mais refringente, para o qual o ângulo de refração é $90^\circ$. O próprio ângulo de incidência não é, em geral, igual a $90^\circ$.
08) Verdadeira. O ângulo indicado de $60^\circ$ é medido em relação à superfície; portanto, o ângulo de incidência em relação à normal é $i=30^\circ$. Pela Lei de Snell, $1\cdot\sin30^\circ=2\sin r$, logo $\sin r=\frac14$ e $\tan r=\frac{1}{\sqrt{15}}$. Como $AB=e=\sqrt{30}\,\mathrm{cm}$, $BC=e\tan r=\frac{\sqrt{30}}{\sqrt{15}}=\sqrt2\,\mathrm{cm}=2^{1/2}\,\mathrm{cm}$.
