UTFPR 2024.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Vestibular UTFPR 2024.2 (prova de 19/05/2024) · 8 questões de Física com gabarito definitivo e resolução comentada.
Dados da prova
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Vestibular UTFPR 2024.2
Prova aplicada em 19/05/2024
Física: questões 53 a 60
Gabarito definitivo da prova objetiva
Q53
Termologia — Termodinâmica — Aquecimento lento de gás ideal sob pressão constante
Um gás, que se comporta como um gás ideal, é colocado em um recipiente com um êmbolo móvel. Tem-se que, o peso do êmbolo e o meio externo exercem uma pressão constante no gás, que está confinado.
Aquecendo lentamente o gás, de modo que a cada pequeno aumento de temperatura o gás sempre esteja em equilíbrio, assinale a alternativa que expressa corretamente o processo que o gás sofreu ao final do aquecimento.
O peso do êmbolo e a pressão do meio externo mantêm a pressão do gás constante, então o processo ocorre a pressão constante, isto é, é isobárico.
Pela equação de estado do gás ideal, $P\,V=n\,R\,T$, com $P$ e $n$ constantes, o volume é proporcional à temperatura. Como o gás é aquecido, $T$ aumenta e o volume também, o que significa que o êmbolo sobe: o gás se expande.
Não é isotérmico, porque a temperatura muda, nem isovolumétrico, porque o êmbolo se move, nem adiabático, porque há troca de calor com a fonte de aquecimento.
Q54
Óptica — Refração — Lei de Snell e índice de refração do líquido
Na figura a seguir, a luz sai do ar onde o índice de refração é aproximadamente $1$ e incide em um líquido que possui índice de refração $n$. Se o ângulo de incidência com a normal é $60^\circ$ e o ângulo de com a normal no líquido é $45^\circ$.
Assinale a alternativa com o valor correto de $\mathbf{n}$.
O índice é maior que 1, como esperado para a luz que se aproxima da normal ao entrar em um meio mais refringente.
Q55
Mecânica — Dinâmica — Blocos em contato: aceleração e força entre eles
Dois blocos encostados um ao outro, em uma superfície plana e sem atrito, possuem massas de, respectivamente, $5\text{ kg}$ e $2\text{ kg}$. Uma força $F=140\text{ N}$ empurra os blocos da esquerda para a direita, representado na figura a seguir.
Qual é a aceleração do sistema e a força normal entre os dois blocos, respectivamente, nessa situação? (Considere a aceleração da gravidade $g=10\text{ m/s}^2$).
Para a força entre os blocos (a força de contato, que o enunciado chama de normal entre eles), isolamos o bloco de $2\text{ kg}$. A única força horizontal sobre ele é a que o bloco de $5\text{ kg}$ exerce:
$$N=m_2\,a=2\cdot20={40}\text{ N}$$
Como verificação, no bloco de $5\text{ kg}$ vale $F-N=m_1\,a$, ou seja, $140-40=100=5\cdot20$.
Q56
Física moderna — Dualidade onda-partícula — Hipótese de De Broglie e difração de elétrons
Em 1937 Thomson e Davisson dividiram o Prêmio Nobel de Física devido aos seus trabalhos, onde acabaram comprovando a difração de elétrons. A difração é um fenômeno ondulatório, entretanto, o elétron é uma partícula fundamental. Assinale a alternativa que contém a teoria, ou hipótese, ou formulação que discorre sobre essa aparente incoerência.
O enunciado descreve um elétron, que é uma partícula, apresentando difração, que é um fenômeno ondulatório. A teoria que resolve essa aparente contradição é a dualidade onda-partícula da matéria, proposta por Louis de Broglie em 1924. Segundo ela, toda partícula em movimento está associada a uma onda de comprimento $\lambda=\dfrac{h}{p}$, em que $h$ é a constante de Planck e $p$ é a quantidade de movimento.
A difração de elétrons observada por Davisson e Germer (nos Estados Unidos) e por G. P. Thomson (na Escócia) foi justamente a confirmação experimental dessa hipótese.
As demais opções não tratam do assunto: a Relatividade Geral descreve a gravitação, o efeito fotoelétrico mostra o caráter corpuscular da luz, o eletromagnetismo descreve campos e ondas eletromagnéticas e o átomo de Bohr trata dos níveis de energia no átomo de hidrogênio.
Q57
Física geral — Medidas e erros — Soma de medidas com paquímetro e propagação de incertezas
Uma estudante do curso de Design da UTFPR, utilizando-se de um paquímetro, estava executando medidas do comprimento de $6$ peças retangulares, que irão se encaixar perfeitamente (deixando espaços desprezíveis entre eles) para formar uma estrutura, conforme a figura a seguir:
Sabendo que as medidas no paquímetro utilizado apresentaram uma precisão de $0{,}02\text{ mm}$ e que as medidas foram de $(2{,}64\pm0{,}02)\text{ mm}$ para $5$ peças e $(2{,}62\pm0{,}02)\text{ mm}$ para a peça restante, assinale a alternativa que contém o comprimento total da estrutura com as $6$ peças, com seu respectivo erro de medida. Observação: considere o arredondamento para o primeiro algarismo decimal do erro, utilizando as regras de aproximação.
A banca anulou esta questão. Vale entender por quê. Pelas regras de propagação de incertezas, o comprimento total é a soma das medidas, e a incerteza da soma (no cálculo simples, de pior caso) é a soma das incertezas.
Com o erro arredondado para o primeiro algarismo decimal e o valor ajustado à mesma casa, o resultado seria $(15{,}8\pm0{,}1)\text{ mm}$. Esse valor não aparece entre as alternativas, que trazem comprimentos em torno de $26$ a $28\text{ mm}$, incompatíveis com as medidas informadas. Por isso a banca anulou o item.
Q58
Ondas — Ondas em cordas — Reflexão e transmissão entre cordas de densidades diferentes
A velocidade de propagação $v$ de uma onda em uma corda com densidade linear $d$ em kg/m, pode ser encontrada por meio da equação: $v=\sqrt{T/d}$, onde T é a tensão que a corda está submetida. Sabendo isso, se uma estrutura com duas cordas conectadas, uma de densidade linear de $1\text{ kg/m}$ e outra de densidade linear $4\text{ kg/m}$, estão conectadas e submetidas a uma tensão T, de modo que estão fixadas em paredes que funcionam como obstáculos fixos. Uma onda começa a se propagar na corda de densidade menor com velocidade de $v_1=1000\text{ m/s}$ e, quando a onda chega no trecho onde as cordas estão conectadas, uma parte da energia da onda é transmitida para a corda mais densa e outra parte é refletida na corda menos densa, de modo que, gera-se uma onda com velocidade $v_2$ voltando pelo trecho menos denso e uma onda se propagando no sentido da onda antiga, com velocidade $v_3$ no trecho mais denso, como representado na figura a seguir.
Baseado na figura e na formulação explicada no texto, assinale a alternativa que contenha, respectivamente, a tensão T na qual as cordas estão submetidas e a velocidade relativa entre a onda refletida e a onda transmitida.
Velocidades das ondas. A onda refletida volta pela mesma corda fina, sob a mesma tensão, então tem o mesmo módulo de velocidade: $v_2=1000\text{ m/s}$, em sentido contrário ao inicial. A onda transmitida passa para a corda grossa, de densidade $d_2=4\text{ kg/m}$:
Velocidade relativa. A onda refletida se move para a esquerda e a transmitida, para a direita. Como se afastam uma da outra, a velocidade relativa é a soma dos módulos:
$$v_{rel}=1000+500={1500}\text{ m/s}$$
Q59
Eletricidade — Capacitores — Capacitância equivalente de uma associação mista
Foi executada uma associação série/paralelo de capacitores, conforme demonstrado no circuito a seguir, com a finalidade de compor um banco de armazenamento de cargas para utilização em um protótipo de veículo elétrico.
Pergunta: qual é a capacitância equivalente entre os pontos A e B?
Eletromagnetismo — Indução eletromagnética — Transformador ideal: relação entre tensões e espiras
Considere o transformador IDEAL a seguir, onde os pontos $1$ e $2$ representam o lado primário, contendo $1000$ espiras de cobre, enroladas em um núcleo laminado. No secundário deste transformador, representado pelos pontos $4$ e $3$, foram enroladas $2500$ espiras de cobre, no mesmo núcleo de ferro laminado. A espessura dos fios de cobre é a mesma no primário e no secundário.
Submetendo o primário do transformador à uma fonte de tensão alternada de $110\text{ V}$, qual será a tensão alternada, em volts, entre os pontos A e B?
Em um transformador ideal, a razão entre as tensões é igual à razão entre os números de espiras, $\dfrac{V_s}{V_p}=\dfrac{N_s}{N_p}$. A espessura do fio não interfere nesse resultado.
