UERJ 2020 | Exame Discursivo — Questões de Física comentadas — Método TEF

Ideia central: Apenas a componente da força paralela ao deslocamento realiza trabalho.

Passo 1. Ler a componente horizontal na malha: quatro divisões de 2 N.

$$F_{\parallel}=4\times2=8\text{ N}$$

Passo 2. Calcular o trabalho no deslocamento indicado:

$$\tau=F_{\parallel}d$$

$$\tau=8\times20=160\text{ J}$$

Resposta: 160 J

Ideia central: O tempo total deve ser, no mínimo, o tempo necessário para percorrer 1 km à velocidade média de 80 km/h.

Passo 1. Calcular o tempo total mínimo:

$$t=\frac{1}{80}=0{,}0125\text{ h}$$

Passo 2. Calcular o tempo já gasto e o tempo restante:

$$t_1=\frac{0{,}81}{90}=0{,}009\text{ h}$$

$$t_2=0{,}0125-0{,}009=0{,}0035\text{ h}$$

Passo 3. Dividir a distância restante pelo tempo mínimo restante:

$$v_{2,\max}=\frac{1-0{,}81}{0{,}0035}$$

$$v_{2,\max}\approx54{,}29\text{ km/h}$$

Resposta: aproximadamente 54,29 km/h

Ideia central: A resultante centrípeta depende da massa, do quadrado da velocidade e do raio da curva.

Passo 1. Converter a velocidade para m/s:

$$v=\frac{64{,}8}{3{,}6}=18\text{ m/s}$$

Passo 2. Calcular a aceleração centrípeta:

$$a_c=\frac{v^2}{R}=\frac{18^2}{1200}=0{,}27\text{ m/s}^2$$

Passo 3. Obter a força centrípeta:

$$F_c=ma_c=2000\times0{,}27=540\text{ N}$$

Resposta: 540 N

Ideia central: Espelhos convexos ampliam o campo de visão e produzem imagens reduzidas de objetos reais.

Passo 1. Identificar o espelho que amplia o campo de visão: convexo.

Passo 2. Indicar a natureza da imagem: virtual, formada pelo prolongamento dos raios refletidos.

Passo 3. Indicar orientação e tamanho: imagem direita e menor que o objeto.

Resposta: espelho convexo; imagens virtuais, direitas e menores

Ideia central: Durante a fusão a temperatura permanece constante, e a energia absorvida é dada pelo produto da massa pelo calor latente.

Passo 1. Calcular a energia fornecida:

$$Q=P\Delta t$$

$$Q=15\times140=2100\text{ cal}$$

Passo 2. Isolar o calor latente de fusão:

$$Q=mL\quad\Rightarrow\quad L=\frac{Q}{m}$$

$$L=\frac{2100}{30}=70\text{ cal/g}$$

Resposta: 70 cal/g

Ideia central: A componente do peso paralela à rampa produz a aceleração da caixa.

Passo 1. Obter a aceleração pelo gráfico:

$$a=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{1{,}2}{0{,}3}=4\text{ m/s}^2$$

Passo 2. Aplicar a segunda lei de Newton ao longo da rampa:

$$mg\sin\theta=ma$$

Passo 3. Isolar o seno do ângulo:

$$\sin\theta=\frac{a}{g}=\frac{4}{10}=0{,}4$$

Resposta: sen θ = 0,4

Ideia central: Comparar a densidade média do corpo com a densidade do líquido.

Passo 1. Calcular a densidade do corpo:

$$\rho_c=\frac{m}{V}=\frac{1{,}2}{0{,}001}=1200\text{ kg/m}^3$$

Passo 2. Converter a densidade do líquido:

$$\rho_L=1{,}8\text{ g/cm}^3=1800\text{ kg/m}^3$$

Passo 3. Comparar: como a densidade do corpo é menor, ele pode equilibrar seu peso com o empuxo antes de ficar totalmente submerso. Portanto, flutua.

$$\rho_c<\rho_L$$

Resposta: 1200 kg/m³; o corpo flutua

Ideia central: Relacionar a força elétrica à aceleração para obter o módulo da carga e dividi-lo pela carga elementar.

Passo 1. Converter a massa para quilogramas:

$$m=3{,}2\times10^{-9}\text{ g}=3{,}2\times10^{-12}\text{ kg}$$

Passo 2. Calcular o módulo da carga:

$$|q|E=ma$$

$$|q|=\frac{3{,}2\times10^{-12}\times10^4}{8\times10^5}=4\times10^{-14}\text{ C}$$

Passo 3. Determinar o número de cargas elementares:

$$n=\frac{|q|}{e}=\frac{4\times10^{-14}}{1{,}6\times10^{-19}}$$

$$n=2{,}5\times10^5$$

Esse é o número de elétrons correspondente à carga líquida da gotícula, e não o número total de elétrons de todos os seus átomos. O sinal da carga não foi especificado.

Resposta: 2,5 × 10⁵ elétrons em excesso ou em falta (módulo da carga)

Ideia central: Obter as resistências a partir dos dados nominais e usar a tensão de 120 V em cada ramo do paralelo.

Passo 1. Calcular as resistências nominais:

$$R_1=\frac{U_1^2}{P_1}=\frac{120^2}{120}=120\,\Omega$$

$$R_2=\frac{U_2^2}{P_2}=\frac{240^2}{144}=400\,\Omega$$

Passo 2. Calcular a resistência equivalente em paralelo:

$$R_{eq}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$$

$$R_{eq}=\frac{120\times400}{120+400}\approx92{,}3\,\Omega$$

Passo 3. Calcular a potência de L₂ ligada a 120 V:

$$P_2=\frac{U^2}{R_2}=\frac{120^2}{400}=36\text{ W}$$

O cálculo segue o modelo de resistências constantes adotado pelo padrão oficial.

Resposta: R equivalente ≈ 92,3 Ω; potência de L₂ = 36 W

Ideia central: Somar a pressão atmosférica local à pressão da coluna de água.

Passo 1. Calcular a pressão atmosférica na altitude de 4000 m:

$$p_{atm}=1-4\times0{,}1=0{,}6\text{ atm}$$

Passo 2. Calcular a pressão hidrostática de 200 m de água:

$$p_h=\rho gh=1000\times10\times200=2\times10^6\text{ Pa}$$

$$p_h=\frac{2\times10^6}{10^5}=20\text{ atm}$$

Passo 3. Somar as contribuições:

$$p_{total}=p_{atm}+p_h$$

$$p_{total}=0{,}6+20=20{,}6\text{ atm}$$

Resposta: 20,6 atm