Provas Anteriores | Souza Marques 2021 | Física

Q19

Mecânica — Cinemática — Movimento uniformemente variado

Uma partícula está animada por um movimento retilíneo uniformemente retardado. Observando seu movimento a partir de um determinado instante $t_0$, verificou-se que ela percorreu 40m em 4s, e que a sua velocidade se reduziu a 2m/s.

No instante inicial $t_0$ da observação, a sua velocidade era

A)20 m/s.

B)18 m/s.

C)16 m/s.

D)14 m/s.

E)12 m/s.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

No movimento uniformemente variado, a velocidade média é $(v_0+v_f)/2$. Portanto, $40=[(v_0+2)/2]\cdot4$, de onde $v_0=18\,\mathrm{m/s}$.

Q20

Óptica — Refração — Reflexão total

Um lago contém um líquido transparente em equilíbrio hidrostático. No interior do líquido, a 4m de profundidade, há uma fonte luminosa pontual que emite uma luz monocromática. Coloca-se na superfície livre do líquido um disco de isopor opaco cujo centro C pertence à vertical que contém a fonte luminosa, como ilustra a figura.

Para impedir que a luz emitida pela fonte seja vista por qualquer observador fora do lago, o raio R do disco de isopor deve ser, no mínimo, 3m.

Considere o índice de refração do ar $n_{AR}$ = 1.

O índice de refração do líquido é igual a

A)6/5.

B)5/4.

C)4/3.

D)3/2.

E)5/3.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

O raio limite liga a fonte à borda do disco. O triângulo tem catetos 3 e 4, portanto hipotenusa 5 e $\sin\theta_L=3/5$. Como $n\sin\theta_L=n_{ar}=1$, resulta $n=5/3$.

Q21

Eletricidade — Eletrodinâmica — Associação de resistores

Um gerador alimenta uma associação de resistores, como ilustra o esquema abaixo.

Verifica-se que o amperímetro (ideal) $\mathrm{A}$ indica 2A. Nesse caso, mesmo sem saber o valor da resistência R, é possível afirmar que o voltímetro (ideal) $\mathrm{V}$ está indicando

A)12 V.

B)16 V.

C)18 V.

D)24 V.

E)30 V.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

Os dois resistores de $3\,\Omega$ conduzem $2\,\mathrm A$, estabelecendo $12\,\mathrm V$ entre seus extremos comuns com o resistor de $6\,\Omega$. Este também conduz $2\,\mathrm A$. Os resistores de $1\,\Omega$ e $2\,\Omega$ conduzem $4\,\mathrm A$, com queda total $12\,\mathrm V$. Portanto, a fonte e o voltímetro têm $U=24\,\mathrm V$, independentemente de R.

Q22

Mecânica — Hidrostática — Empuxo e força elástica

Uma esfera de isopor, de volume igual a 12L, é mantida parcialmente submersa em água por meio de uma mola ideal comprimida entre ela e um suporte externo fixo, como ilustra a figura.

Considere a densidade da água 1kg/L, a densidade do isopor 0,25kg/L, a constante elástica da mola k = $1{,}4\times10^3\,\mathrm{N/m}$ e g = $10\,\mathrm{m/s^2}$. Sabendo que o volume da parte submersa da esfera é igual a 10L, é possível afirmar que, em relação a seu comprimento original, a mola está

A)5 cm menor.

B)4 cm menor.

C)3 cm menor.

D)2,5 cm menor.

E)1,5 cm menor.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

O peso da esfera é $P=0{,}25\cdot12\cdot10=30\,\mathrm N$ e o empuxo é $E=1\cdot10\cdot10=100\,\mathrm N$. A mola exerce $70\,\mathrm N$ para baixo. Sua compressão é $x=70/1400=0{,}05\,\mathrm m=5\,\mathrm{cm}$.

Q23

Termologia — Calorimetria — Mudanças de fase

No interior de um calorímetro de capacidade térmica desprezível, há uma pedra de gelo a 0°C. Injetam-se, no calorímetro, 5g de vapor d’agua a 100°C. Considere o calor latente de fusão do gelo 80cal/g, o calor latente de condensação do vapor d’água 540cal/g e o calor específico da água na fase líquida 1cal/g.°C.

Para que, ao ser atingido o equilíbrio térmico em seu interior, o calorímetro contenha apenas água na fase líquida, a massa da pedra de gelo deve ser, no máximo,

A)15 g.

B)20 g.

C)30 g.

D)40 g.

E)60 g.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

Para fundir a maior massa possível de gelo, a temperatura final é $0\,{}^\circ\mathrm C$. Os 5 g de vapor cedem $Q=5\cdot540+5\cdot1\cdot100=3200\,\mathrm{cal}$. Assim, $80m=3200$, resultando em $m=40\,\mathrm g$.

Q24

Mecânica — Dinâmica — Movimento circular e energia

A figura mostra um trilho vertical JKLM cujo trecho KLM é circular de centro em C e de raio R. Uma pequena esfera metálica, cujo peso tem módulo P, é abandonada em um ponto I do trilho localizado a uma altura R acima do plano horizontal que contém o centro C do trecho circular, como ilustra a figura.

Considere todos os atritos desprezíveis. O módulo da força que o hemisfério exerce sobre a pequena esfera no instante em que ela passa pelo ponto L é igual a

A)P.

B)1,5 P.

C)2 P.

D)2,5 P.

E)3 P.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

A esfera desce uma altura R até L, adquirindo $v^2=2gR$. Em L, o peso é perpendicular à direção radial; a força do trilho fornece toda a resultante centrípeta. Logo, $N=mv^2/R=2mg=2P$.

Q25

Eletricidade — Eletrostática — Campo elétrico

Suponha que nos vértices de um triângulo equilátero estejam fixas as cargas puntiformes positivas Q, 2Q e 3Q na configuração mostrada a seguir. Nela, também estão indicados o centro C do triângulo (isto é, o ponto equidistante dos três vértices), e cinco segmentos orientados, 1, 2, 3, 4 e 5.

O segmento orientado que melhor representa o campo eletrostático resultante no ponto C é o

A)1.

B)2.

C)3.

D)4.

E)5.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

As cargas estão à mesma distância de C. As componentes verticais dos campos das cargas Q e 3Q na base somam-se para cima e cancelam o campo para baixo da carga 2Q no topo. Resta a componente horizontal para a esquerda, segmento 2.

Q26

Termologia — Termodinâmica — Primeira lei e diagrama pV

A figura mostra, em um gráfico p x V, dois processos através dos quais certa massa de um gás ideal pode evoluir entre dois estados de equilíbrio termodinâmico i e f. A diferença $Q_2$ - $Q_1$ entre a quantidade de calor $Q_2$ recebida pelo gás durante o processo 2 e a quantidade de calor $Q_1$ recebida pelo gás durante o processo 1 é igual a

Dois processos no diagrama pressão-volume

A)$p_0V_0/4$.

B)$p_0V_0/2$.

C)$p_0V_0$.

D)$2p_0V_0$.

E)$4p_0V_0$.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

Os estados inicial e final são iguais nos dois caminhos, então $\Delta U$ é a mesma. Logo, $Q_2-Q_1=W_2-W_1$, a área triangular entre os caminhos: $\frac12(3V_0-V_0)(3p_0-p_0)=2p_0V_0$.

Q27

Mecânica — Estática — Centro de massa

Por não ter água em casa, uma mulher saía todos os dias com sua tábua de madeira homogênea, de massa 2kg e de comprimento L, e seus dois latões de mesmo volume para pegar água no poço. Um dia, por engano, levou latões de volumes diferentes e, após enchê-los com água, a massa total (latão mais água) de um deles ficou com 8kg enquanto a do outro, com apenas 4 kg.

Ao pendurá-los nos extremos da tábua e apoiar a tábua sobre a sua cabeça, a mulher percebeu que, para equilibrá-los, deveria escolher o ponto de apoio não no ponto médio da tábua, mas a uma certa distância d do extremo com o latão mais pesado, como indica a figura.

Suponha que a tábua seja retilínea e rígida, e despreze a massa das cordas que sustentam os latões. Ao supor equilíbrio, considere todos os corpos envolvidos em repouso. Para fins de cálculo, suponha ainda que a área de contato da tábua com a cabeça da mulher seja pequena. Nessas condições, o valor de d é

A)$L/6$.

B)$5L/12$.

C)$L/4$.

D)$L/3$.

E)$5L/14$.

Gabarito oficial

Resolução — Método TEF

Gabarito oficial.

Adotando a extremidade mais pesada como origem, o centro de massa do conjunto é $d=(8\cdot0+2\cdot L/2+4L)/(8+2+4)=5L/14$. O apoio deve passar por esse ponto.

Souza Marques | 2021 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova