UFPR 2005 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Universidade Federal do Paraná
Processo Seletivo 2005
Dados da prova
Processo Seletivo UFPR 2005 · Conhecimentos Gerais · Física, questões 1 a 10.
Identificação impressa: Processo Seletivo 2005.
Aplicação: 28/11/2004 · Ano de ingresso: 2005.
Enunciados e alternativas transcritos do caderno fornecido; respostas indicadas na fonte, com resolução própria e ressalvas identificadas junto às questões. Esta edição disponibiliza Conhecimentos Gerais, conforme a fonte consultada.
As letras A–E desta página correspondem à ordem das alternativas no documento transcrito, não às letras de todas as versões aplicadas. A numeração 1–10 é a da seção Física do caderno fornecido.
O texto a seguir foi condensado de uma revista sobre física aplicada.
O ultra-som encontra diferentes aplicações na medicina. Por exemplo, a técnica de imagem por ultra-som mais comum é o método do eco de pulsos, similar ao princípio do radar. Um pulso de pressão com duração de 0,2 a 1,0 microssegundo emitido por uma fonte é refletido pelas estruturas de tecidos dentro do corpo. Uma das limitações do ultra-som está na sua rápida atenuação nos ossos para as freqüências usadas, que em geral estão entre 1,0 e 20 megahertz. Por outro lado, dentre os usos terapêuticos, um muito difundido é o aquecimento não destrutivo para estimular ou acelerar uma resposta fisiológica a uma lesão. Nessa situação, os pulsos utilizados geralmente têm duração de 2 a 8 milissegundos e uma intensidade máxima de 2,5 watt por centímetro quadrado.
Conforme fica evidente no texto acima, é importante que o leitor conheça as unidades e prefixos usados para a expressão das grandezas físicas. Sendo assim, numere a coluna da direita com base nas informações da coluna da esquerda.
Coluna da esquerda
Coluna da direita
(1) Prefixo que representa o fator $10^6$
( ) watt
(2) Unidade de potência
( ) micro
(3) Prefixo que representa o fator $10^{-3}$
( ) mega
(4) Prefixo que representa o fator $10^{-6}$
( ) hertz
(5) Unidade de freqüência
( ) mili
Assinale a seqüência correta da coluna da direita, de cima para baixo.
A)2, 4, 1, 5, 3
B)3, 1, 5, 4, 2
C)1, 2, 3, 4, 5
D)5, 4, 1, 2, 3
E)1, 3, 2, 5, 4
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
Watt é unidade de potência (2); micro representa $10^{-6}$ (4); mega representa $10^6$ (1); hertz é unidade de frequência (5); mili representa $10^{-3}$ (3). Sequência: 2, 4, 1, 5, 3.
Alternativa correta na análise TEF: A.
2
Conservação da energia na pista de skate
O desafio numa das etapas de um concurso de skate consiste em, passando pelos pontos A e B, atingir a elevação C, conforme mostra a figura abaixo. Considere que seja nulo o atrito entre os eixos e as rodas do skate, e que não exista deslizamento entre as rodas e a superfície da pista.
Avalie as seguintes afirmativas:
I. Se a velocidade do concorrente no ponto A for maior que $\sqrt{2gh}$, onde g é a aceleração da gravidade, ele passará pelo ponto C.
II. A velocidade mínima no ponto A, para vencer esta etapa, depende da massa do concorrente.
III. No ponto B, a energia cinética do concorrente é máxima.
Assinale a alternativa correta.
A)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
B)Somente a afirmativa I é verdadeira.
C)Somente a afirmativa II é verdadeira.
D)Somente a afirmativa III é verdadeira.
E)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
No modelo de conservação da energia mecânica empregado pela questão, a energia cinética em A deve superar o ganho $mgh$ até C. Assim, $mv_A^2/2>mgh$, ou $v_A>\sqrt{2gh}$. A massa cancela, tornando falsa II. No ponto mais baixo B, a energia potencial é mínima e a cinética é máxima. Verdadeiras: I e III.
Alternativa correta na análise TEF: A.
3
Lançamento oblíquo com alvo na parede
Um jogo consiste em lançar uma bolinha com um dispositivo dotado de mola, cujo objetivo é atingir um ponto predefinido na parede, conforme ilustrado na figura. O ponto A representa a posição da bolinha no momento imediatamente seguinte ao seu lançamento. Considere g = 10 m/s². Com base nesses dados, a velocidade de lançamento da bolinha deve ser:
A)5,0 m/s.
B)4,0 m/s.
C)10 m/s.
D)20 m/s.
E)3,0 m/s.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
A figura fornece $\Delta x=0{,}5\,\mathrm m$, $\Delta y=0{,}4\,\mathrm m$ e θ=45°. A trajetória é $\Delta y=\Delta x\tan\theta-g\Delta x^2/(2v_0^2\cos^2\theta)$. Logo $0{,}4=0{,}5-2{,}5/v_0^2$, resultando em $v_0^2=25$ e $v_0=5{,}0\,\mathrm{m/s}$.
Alternativa correta na análise TEF: A.
4
Temperatura, calor e trabalho
No século XVII, uma das interpretações para a natureza do calor considerava-o um fluido ponderável que preenchia os espaços entre os átomos dos corpos quentes. Essa interpretação explicava corretamente alguns fenômenos, porém falhava em outros. Isso motivou a proposição de uma outra interpretação, que teve origem em trabalhos de Mayer, Rumford e Joule, entre outros pesquisadores. Com relação aos conceitos de temperatura, calor e trabalho atualmente aceitos pela Física, avalie as seguintes afirmativas:
I. Temperatura e calor representam o mesmo conceito físico.
II. Calor e trabalho estão relacionados com transferência de energia.
III. A temperatura de um gás está relacionada com a energia cinética de agitação de suas moléculas.
Assinale a alternativa correta.
A)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.
B)Somente a afirmativa I é verdadeira.
C)Somente a afirmativa II é verdadeira.
D)Somente a afirmativa III é verdadeira.
E)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
Temperatura e calor são conceitos distintos: temperatura caracteriza o estado térmico, enquanto calor é energia transferida devido a diferença de temperatura. Calor e trabalho são formas de transferência de energia. No modelo cinético de um gás ideal, a temperatura absoluta relaciona-se à energia cinética média de agitação. Verdadeiras: II e III.
Alternativa correta na análise TEF: A.
5
Pressão de duas colunas de líquido
Uma tarefa de rotina em depósitos de combustíveis consiste em retirar uma amostra de líquido dos tanques e colocar em provetas para análise. Ao inspecionar o conteúdo de um dos tanques de um certo depósito, observou-se na parte inferior da proveta uma coluna de 20 cm de altura de água e, flutuando sobre ela, uma coluna com 80 cm de altura de óleo. Considerando a densidade da água igual a 1,00 g/cm³, a do óleo igual a 0,80 g/cm³, a aceleração da gravidade igual a 10 m/s² e a pressão atmosférica igual a $1{,}01\times10^5\,\mathrm{Pa}$, a pressão hidrostática no fundo desse tubo é:
A)$1{,}094\times10^5\,\mathrm{Pa}$.
B)$9{,}41\times10^5\,\mathrm{Pa}$.
C)$1{,}03\times10^5\,\mathrm{Pa}$.
D)$1{,}66\times10^5\,\mathrm{Pa}$.
E)$0{,}941\times10^5\,\mathrm{Pa}$.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
A pressão absoluta no fundo inclui a atmosfera e as duas camadas: $p=p_{atm}+\rho_ag h_a+\rho_og h_o$. Em SI, $p=1{,}01\cdot10^5+1000\cdot10\cdot0{,}20+800\cdot10\cdot0{,}80=109400\,\mathrm{Pa}=1{,}094\cdot10^5\,\mathrm{Pa}$. O termo “pressão hidrostática” é usado pela fonte para o valor total; o acréscimo devido apenas aos líquidos é 8400 Pa.
Alternativa correta na análise TEF: A.
6
Período e frequência de pêndulo simples
Com relação a um pêndulo simples, constituído por uma pequena esfera de metal de massa m, suspensa por um fio inextensível de comprimento L e que oscila com pequena amplitude, considere as seguintes afirmativas:
I. O período desse pêndulo depende da massa da esfera.
II. A freqüência aumentará se o comprimento do fio for aumentado.
III. Se o pêndulo completar 100 oscilações em 50 s, sua freqüência será 2 Hz.
IV. Medindo-se o período de oscilação do pêndulo, é possível determinar a aceleração da gravidade local.
Assinale a alternativa correta.
A)Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.
B)Somente a afirmativa I é verdadeira.
C)Somente a afirmativa II é verdadeira.
D)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
E)Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
Para pequenas oscilações, $T=2\pi\sqrt{L/g}$ e $f=1/T$. O período independe da massa; aumentar L aumenta T e diminui f. Cem oscilações em 50 s dão $f=100/50=2\,\mathrm{Hz}$. Conhecendo L e medindo T, obtemos $g=4\pi^2L/T^2$. Verdadeiras: III e IV.
Alternativa correta na análise TEF: A.
7
Indução eletrostática em condutor neutro
Dois corpos metálicos são aproximados entre si. Um deles (A) tem forma de paralelepípedo e é neutro. O outro (B) é esférico e está carregado eletricamente com carga de módulo Q. Após atingido o equilíbrio, os corpos ficam posicionados conforme ilustrado na figura abaixo. Despreze as interações elétricas com os demais componentes do sistema.
Assinale a alternativa correta.
A)As faces a e b do corpo A adquirem concentrações de cargas de sinais contrários.
B)O ângulo θ independe das massas de A e de B.
C)É possível identificar o sinal da carga elétrica em excesso na esfera.
D)O ângulo θ independe da carga em excesso contida na esfera.
E)A única força que atua na esfera é a força elétrica.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
A esfera provoca redistribuição de cargas no bloco A: a face b, mais próxima da esfera, acumula cargas de sinal oposto ao dela; a face a acumula o sinal contrário ao de b. O bloco permanece globalmente neutro. A atração ocorre para qualquer sinal da carga da esfera, portanto o desenho não permite identificá-lo. Sobre a esfera também atuam peso e tração, além da força elétrica; o ângulo depende do equilíbrio dessas forças.
Alternativa correta na análise TEF: A.
8
Capacitância e material dielétrico
A invenção dos capacitores ocorreu há mais de dois séculos, conforme registrado na literatura especializada. Embora os princípios básicos de projeto e funcionamento dos capacitores tenham permanecido os mesmos, a utilização de novos materiais e tecnologias de fabricação permitiram melhorar a eficiência e reduzir as dimensões desses componentes. A miniaturização foi necessária para que eles pudessem se adequar à evolução de outros dispositivos da eletrônica, como os circuitos integrados. Com relação aos princípios básicos dos capacitores, assinale a alternativa correta.
A)A capacitância de um capacitor aumenta quando é inserido um material dielétrico entre suas placas.
B)Num capacitor de placas paralelas, quanto maior a área das placas, menor será a capacitância.
C)A capacitância pode ser expressa no SI em V/C.
D)Cargas elétricas de mesmo sinal são armazenadas nas duas placas do capacitor.
E)Os capacitores podem armazenar corrente elétrica.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
Em placas paralelas, $C=\varepsilon A/d$. A inserção de um dielétrico aumenta a permissividade e a capacitância. Aumentar a área também aumenta C. A unidade é farad, $\mathrm{C/V}$, e não V/C. As placas de um capacitor carregado armazenam cargas opostas; o componente armazena energia no campo elétrico, e não corrente.
Alternativa correta na análise TEF: A.
9
Resistores em paralelo
Um técnico em eletrônica necessita de um resistor com resistência de valor não disponível no seu laboratório. Então, utilizando alguns componentes existentes, ele monta uma associação de resistores conforme mostra a figura abaixo.
Considerando que a diferença de potencial entre os pontos A e B seja igual a 9 V, a corrente total i a ser fornecida é:
A)1,8 A.
B)5,0 A.
C)0,60 A.
D)45 A.
E)0,16 A.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
Os três resistores estão sujeitos a 9 V. A corrente total é $i=9/10+9/15+9/30=0{,}9+0{,}6+0{,}3=1{,}8\,\mathrm A$. Equivalentemente, $1/R_{eq}=1/10+1/15+1/30=1/5$, portanto $R_{eq}=5\,\Omega$.
Alternativa correta na análise TEF: A.
10
Refração em um prisma
Prismas são comumente utilizados na constituição de instrumentos ópticos, tais como câmeras fotográficas, microscópios e binóculos. A figura abaixo mostra um tipo de prisma imerso no ar, feito de vidro com índice de refração 1,5, em cuja face A incide perpendicularmente um feixe luminoso monocromático.
Para a situação da figura, e supondo o índice de refração do ar igual a 1,0, assinale a alternativa correta.
A)Se o prisma fosse feito com vidro com índice de refração maior que 1,5, o ângulo de refração na face C aumentaria.
B)Ocorre reflexão interna total na face C.
C)Ocorre um desvio no feixe incidente ao passar pela face A.
D)O feixe refratado na face C, ao sair dela, forma um ângulo de 30° com a sua normal.
E)O feixe refratado na face C, ao sair dela, forma um ângulo de 60° com a sua normal.
Resposta assinalada com asterisco na fonte · letras A–E correspondem à ordem transcrita
A
Resolução TEF
O raio entra perpendicularmente a A e não desvia nessa face. Na face C, a incidência interna é 30°. Pela lei de Snell, $\sin r=n\sin30^\circ=1{,}5/2=0{,}75$, logo $r\approx48{,}6^\circ$. Aumentar n aumenta r enquanto a refração for possível, que é a leitura da alternativa A. Há um limite: em n=2, o raio refratado é rasante; para n>2, ocorre reflexão interna total. Portanto a afirmação não deve ser extrapolada para índices arbitrariamente altos.
