Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UEPG PSS 3 2023 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Estadual de Ponta Grossa

Acesse as questões de Física do Processo Seletivo Seriado 3 de 2023.

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. A questão 22 foi anulada no gabarito oficial após a análise de recursos.

21

Óptica — Refração — Lei de Snell e reflexão total

Lei de Snell • Índice de refração • Velocidade • Reflexão interna total

Um raio de luz monocromática se propaga num líquido em direção à interface entre o líquido e o ar, conforme mostrado na figura abaixo. Sabendo que, para um ângulo de incidência de 30°, o ângulo de refração é de 45°, assinale o que for correto.

Dados: $\sin30^\circ=\frac{1}{2}$; $\cos30^\circ=\frac{\sqrt3}{2}$; $\sin45^\circ=\cos45^\circ=\frac{\sqrt2}{2}$
Índice de refração do ar = 1.
Velocidade de propagação da luz no ar = $3\times10^8\,\mathrm{m/s}$.
Raio de luz passando do líquido para o ar, com ângulos de incidência i e refração r medidos em relação à normal
01)
O índice de refração do líquido é $\sqrt2$.
02)
O índice de refração do líquido não depende do comprimento de onda da luz incidente na interface líquido/ar.
04)
A velocidade de propagação do raio de luz no líquido é de $1{,}5\sqrt2\times10^8\,\mathrm{m/s}$.
08)
O ângulo de incidência mínimo para que ocorra a reflexão interna total na interface líquido/ar é de 45°.

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

Resolução

01) Verdadeira. Pela Lei de Snell, $n_{\ell}\sin30^\circ=n_{ar}\sin45^\circ$. Como $n_{ar}=1$, temos $n_{\ell}\frac12=\frac{\sqrt2}{2}$ e, portanto, $n_{\ell}=\sqrt2$.

02) Falsa. Em um meio material dispersivo, o índice de refração depende do comprimento de onda da luz.

04) Verdadeira. Como $n=\frac{c}{v}$, resulta $v=\frac{3\times10^8}{\sqrt2}=\frac{3\sqrt2}{2}\times10^8=1{,}5\sqrt2\times10^8\,\mathrm{m/s}$.

08) Verdadeira. No ângulo limite, o raio refratado emerge rasante à interface: $n_{\ell}\sin i_L=n_{ar}\sin90^\circ$. Logo, $\sin i_L=\frac{1}{\sqrt2}$ e $i_L=45^\circ$.

Somatório: 01 + 04 + 08 = 13.

22

Eletricidade — Capacitores — Associação de capacitores em série

Capacitor plano • Associação em série • Carga • Energia potencial elétrica

Dois capacitores planos a vácuo estão associados em série a uma bateria de 50 V. As armaduras (placas) dos capacitores são quadradas, de lado $L=10$ cm, e a separação entre elas no capacitor 1 é de 2,2 mm e no capacitor 2 é de 8,8 mm. Em relação ao enunciado, assinale o que for correto.

Dado: Permissividade absoluta do vácuo = $8{,}8\times10^{-12}\,\mathrm{F/m}$
01)
A capacidade eletrostática do capacitor equivalente é de $8\times10^{-10}\,\mathrm{F}$.
02)
A carga elétrica armazenada nas placas dos capacitores é de $2\times10^{-8}\,\mathrm{C}$.
04)
A energia potencial elétrica total armazenada nos capacitores é de $1\,\mu\mathrm{J}$.
08)
A diferença de potencial em cada capacitor é de 25 V.

Questão anulada no gabarito oficial após a análise de recursos.

Resolução

01) Falsa. A área de cada placa é $A=(0{,}10)^2=10^{-2}\,\mathrm{m^2}$. Assim, $C_1=\frac{\varepsilon_0A}{d_1}=4\times10^{-11}\,\mathrm{F}$ e $C_2=\frac{\varepsilon_0A}{d_2}=1\times10^{-11}\,\mathrm{F}$. Em série, $C_{eq}=\frac{C_1C_2}{C_1+C_2}=8\times10^{-12}\,\mathrm{F}$, e não $8\times10^{-10}\,\mathrm{F}$.

02) Falsa. Em série, os capacitores armazenam cargas de mesmo módulo: $Q=C_{eq}V=8\times10^{-12}\times50=4\times10^{-10}\,\mathrm{C}$.

04) Falsa. A energia total é $U=\frac12C_{eq}V^2=\frac12(8\times10^{-12})(50)^2=1\times10^{-8}\,\mathrm{J}=0{,}01\,\mu\mathrm{J}$.

08) Falsa. Como $Q=4\times10^{-10}\,\mathrm{C}$, temos $V_1=\frac{Q}{C_1}=10\,\mathrm{V}$ e $V_2=\frac{Q}{C_2}=40\,\mathrm{V}$, totalizando 50 V.

Com os dados fornecidos, nenhuma das quatro alternativas resulta correta. O gabarito oficial pós-recursos anulou a questão.

23

Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Leis de Faraday e Lenz

Fluxo magnético • Lei de Faraday • Lei de Lenz • Fem induzida

Uma espira retangular feita de cobre, cujos lados têm dimensões de 2 cm e 3 cm, e cuja resistência elétrica é de $2\,\Omega$, está na presença de um campo magnético externo variável. As linhas do campo magnético são perpendiculares ao plano da espira e a intensidade do campo magnético varia no tempo de acordo com o gráfico abaixo. Em relação ao enunciado, assinale o que for correto.

Gráfico da intensidade do campo magnético B em função do tempo, variando linearmente de 0,1 T a -0,1 T e retornando a 0,1 T
01)
No instante de tempo entre $t=0$ s e $t=0{,}4$ s, as correntes elétricas, induzidas no circuito, circulam na mesma direção.
02)
De acordo com a lei de Lenz, o campo magnético produzido pela corrente elétrica induzida no circuito em questão tem sempre sentido contrário ao do campo magnético externo.
04)
Para $t=0$ s, o fluxo do campo magnético no interior da espira é de $6\times10^{-5}\,\mathrm{Wb}$.
08)
A fem média, no intervalo de tempo entre $t=0$ s e $t=0{,}1$ s, é de $6\times10^{-4}\,\mathrm{V}$.

Alternativas corretas: 04 + 08. Somatório: 12.

Resolução

01) Falsa. De $0$ a $0{,}2$ s, o gráfico tem inclinação negativa; de $0{,}2$ a $0{,}4$ s, a inclinação é positiva. Como o sinal da fem induzida depende de $-\Delta\Phi/\Delta t$, a corrente induzida inverte o sentido em $t=0{,}2$ s.

02) Falsa. A Lei de Lenz estabelece que o campo induzido se opõe à variação do fluxo magnético. Se o campo externo estiver diminuindo, por exemplo, o campo induzido pode ter o mesmo sentido do campo externo.

04) Verdadeira. A área da espira é $A=(2\times10^{-2})(3\times10^{-2})=6\times10^{-4}\,\mathrm{m^2}$. Em $t=0$, $B=0{,}1\,\mathrm{T}$ e, como o campo é perpendicular ao plano, $\Phi=BA=0{,}1\times6\times10^{-4}=6\times10^{-5}\,\mathrm{Wb}$.

08) Verdadeira. Entre 0 e $0{,}1$ s, $|\Delta B|=0{,}1\,\mathrm{T}$. Logo, $|\mathcal{E}_{m}|=A\frac{|\Delta B|}{\Delta t}=6\times10^{-4}\frac{0{,}1}{0{,}1}=6\times10^{-4}\,\mathrm{V}$.

Somatório: 04 + 08 = 12.

24

Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Ondas de Maxwell e aplicações

Maxwell • Propagação no vácuo • Raios X • Radar

Maxwell demonstrou, a partir das equações do eletromagnetismo, a existência de ondas eletromagnéticas, que posteriormente foram confirmadas experimentalmente por Hertz. A utilização de ondas eletromagnéticas já faz parte de nosso dia a dia. Em relação às propriedades e às características das ondas eletromagnéticas, assinale o que for correto.

01)
As ondas eletromagnéticas são ondas transversais que não precisam de um meio para se propagar, podendo se propagar no vácuo.
02)
Todas as ondas eletromagnéticas, independentemente de suas frequências, se propagam no vácuo com a velocidade de $3\times10^8\,\mathrm{m/s}$.
04)
Os raios X, utilizados na medicina, por apresentarem comprimentos de onda pequenos, são bastante energéticos, penetrando facilmente na pele e sendo absorvidos pelos ossos, podendo revelar a presença de fraturas ósseas.
08)
O funcionamento do radar baseia-se na emissão e na detecção de ondas eletromagnéticas na faixa das micro-ondas.

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

Resolução

01) Verdadeira. Ondas eletromagnéticas são transversais e não necessitam de meio material, propagando-se no vácuo.

02) Verdadeira. No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas propagam-se com a mesma velocidade, $c\approx3\times10^8\,\mathrm{m/s}$.

04) Verdadeira. Os raios X possuem alta frequência e pequeno comprimento de onda. Tecidos moles são relativamente mais transparentes a eles, enquanto os ossos os absorvem mais intensamente, produzindo contraste radiográfico.

08) Verdadeira. Radares emitem ondas eletromagnéticas, usualmente na faixa das micro-ondas, e detectam os sinais refletidos pelos alvos.

Somatório: 01 + 02 + 04 + 08 = 15.

25

Física Moderna — Relatividade — Postulados da relatividade especial

Relatividade Especial • Postulados • Movimento browniano • Equivalência massa–energia

Em 1905, Einstein publicou quatro artigos que revolucionaram a Física. Tendo como base os trabalhos de Einstein, assinale o que for correto.

01)
De acordo com o primeiro postulado da Teoria da Relatividade de Einstein, as leis da Física são as mesmas para todos os observadores em qualquer referencial inercial.
02)
O segundo postulado da Teoria da Relatividade de Einstein estabelece que o valor para a velocidade da luz, no vácuo, é o mesmo em qualquer sistema de referencial inercial.
04)
A partir do estudo do movimento browniano, Einstein conseguiu explicar o movimento de corpos celestes nas proximidades de buracos negros.
08)
A conversão de massa em energia observada experimentalmente nos reatores de usinas nucleares é uma comprovação da Teoria da Relatividade Especial proposta por Einstein.

Alternativas corretas: 01 + 02 + 08. Somatório: 11.

Resolução

01) Verdadeira. O princípio da relatividade estabelece que as leis da Física têm a mesma forma em todos os referenciais inerciais.

02) Verdadeira. A velocidade da luz no vácuo possui o mesmo valor para todos os observadores em referenciais inerciais, independentemente do movimento da fonte.

04) Falsa. O trabalho de Einstein sobre o movimento browniano forneceu evidências para a realidade molecular e permitiu relacionar o movimento aleatório das partículas à agitação térmica. Não tratava do movimento de corpos próximos a buracos negros.

08) Verdadeira. A equivalência massa–energia, expressa por $E=mc^2$, está associada à Relatividade Especial e aparece nos processos nucleares, nos quais pequenas variações de massa correspondem a grandes quantidades de energia.

Somatório: 01 + 02 + 08 = 11.