Prova FURG 2000 — Física com Gabarito e Resolução

Q21

Mecânica — Energia e força

Associe as grandezas da coluna 1 com as características apontadas na coluna 2.

Coluna 1

(1) Energia

(2) Força

Coluna 2

( ) grandeza escalar

( ) medida em Joules

( ) possui módulo, direção e sentido

( ) medida com dinamômetro

A alternativa que contém a associação correta da coluna 2, quando lida de cima para baixo, é

A)1 - 1 - 2 - 2

B)1 - 2 - 1 - 2

C)1 - 2 - 2 - 1

D)2 - 1 - 1 - 2

E)2 - 2 - 1 - 1

Resolução comentada

A energia é escalar e se mede em joules, então as duas primeiras características correspondem a 1. A força é vetorial, tem módulo, direção e sentido, e pode ser medida com um dinamômetro, graduado em newtons. As duas últimas correspondem a 2.

Alternativa A.

Q22

Mecânica — Trabalho de uma força constante

Um bloco de massa m = 10 kg está inicialmente em repouso sobre uma superfície plana e sem atrito. Durante um intervalo de tempo t, é aplicada uma força constante no bloco. Sabendo que a velocidade máxima que o bloco atinge é de 2 m/s e que o bloco percorre uma distância de 1 m durante o intervalo de tempo em que a força esteve agindo sobre o bloco, podemos afirmar que a magnitude da força aplicada no bloco é igual a

A)2 N

B)5 N

C)10 N

D)20 N

E)40 N

Resolução comentada

Sem atrito, a força aplicada realiza o trabalho que aumenta a energia cinética do bloco. Partindo do repouso, \(\Delta E_c=10\cdot2^2/2=20\,\mathrm J\). Como a força constante atua ao longo de 1 m, \(F=\Delta E_c/d=20\,\mathrm N\).

Alternativa D.

Q23

Mecânica — Queda livre

No instante t = 0 s, um corpo de massa 1 kg é largado, a partir do repouso, 80 m acima da superfície terrestre. Considere desprezíveis as forças de resistência do ar. Para esse movimento, são feitas três afirmativas.

I - No instante t = 3 s, a velocidade do corpo é 30 m/s e está dirigida para baixo.

II - Considerando a origem no solo, a equação horária do movimento é h = 80 – 5t².

III - No instante t = 2 s, a aceleração do movimento vale 20 m/s².

Quais afirmativas estão corretas?

A)Apenas II.

B)Apenas III.

C)Apenas I e II.

D)Apenas I e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

Com origem no solo e sentido positivo para cima, \(v=-10t\) e \(h=80-5t^2\), em unidades do SI. Em 3 s, a velocidade é \(-30\,\mathrm{m/s}\), isto é, 30 m/s para baixo. A aceleração tem módulo constante de \(10\,\mathrm{m/s^2}\), inclusive em 2 s. Apenas I e II são verdadeiras.

Alternativa C.

Q24

Mecânica — Força centrípeta em órbita

Suponha que Ganimedes, uma das grandes luas de Júpiter, efetua um movimento circular uniforme em torno desse planeta. Então, a força que mantém o satélite Ganimedes na trajetória circular está dirigida

A)para o centro do Sol.

B)para o centro de Júpiter.

C)para o centro da Terra.

D)para o centro de Ganimedes.

E)tangente à trajetória.

Resolução comentada

No movimento circular uniforme, a resultante muda a direção da velocidade e aponta para o centro da trajetória. Na órbita descrita, a atração gravitacional de Júpiter fornece essa resultante, dirigida para o centro do planeta.

Alternativa B.

Q25

Mecânica — Energia cinética de impacto

A colisão de fragmentos do cometa Shoemaker-Levy com o planeta Júpiter foi bastante noticiada pela imprensa. Aqui na Terra, existem vários indícios de impactos com meteoros. No Brasil, inclusive, existe um meteorito conhecido como Bendegó que caiu no sertão da Bahia e atualmente está em exposição no Museu Nacional do Rio de Janeiro. Também a Lua apresenta registros bem claros da existência desses encontros no espaço: suas crateras.

Para que o impacto de um fragmento de cometa (massa 5 × 10⁶ kg) contra a superfície da Terra dissipe uma energia equivalente àquela liberada pela bomba atômica que destruiu Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial (4 × 10¹³ joules), a velocidade do fragmento deve ser de

A)4 km/s

B)16 km/s

C)4.000 km/s

D)8.000 km/s

E)16.000 km/s

Resolução comentada

Admitindo que toda a energia cinética do fragmento seja dissipada, \(mv^2/2=4\times10^{13}\,\mathrm J\). Com \(m=5\times10^6\,\mathrm{kg}\), vem \(v^2=1{,}6\times10^7\,\mathrm{m^2/s^2}\). Assim, \(v=4000\,\mathrm{m/s}=4\,\mathrm{km/s}\).

Alternativa A.

Q26

Mecânica — Fração submersa e densidade

Um corpo de massa específica ρ desconhecida é colocado em um recipiente contendo um líquido com massa específica 10 g/cm³. Verificando que 1/4 do corpo fica submerso no líquido, podemos afirmar que a densidade volumétrica ρ vale, em g/cm³,

A)2,5

B)4

C)10

D)40

E)50

Resolução comentada

Em flutuação, o peso do corpo iguala o empuxo. Se o volume total é \(V\), o volume deslocado é \(V/4\), então \(\rho Vg=\rho_\mathrm{líquido}(V/4)g\). Logo \(\rho=10/4=2{,}5\,\mathrm{g/cm^3}\).

Alternativa A.

Q27

Termologia — Dilatação de um orifício

Uma chapa metálica tem um orifício circular, como mostra a figura, e está a uma temperatura de 10 °C. A chapa é aquecida até uma temperatura de 50 °C.

Chapa quadrada com um orifício circular no centro.

Enquanto ocorre o aquecimento, o diâmetro do orifício

A)aumenta continuamente.

B)diminui continuamente.

C)permanece inalterado.

D)aumenta e depois diminui.

E)diminui e depois aumenta.

Resolução comentada

Imagine preencher o orifício com um disco do mesmo metal. No aquecimento uniforme, as dimensões do disco e da chapa crescem na mesma proporção, pois \(\Delta d=\alpha d_0\Delta T\). O contorno do orifício acompanha essa expansão e seu diâmetro aumenta continuamente.

Alternativa A.

Q28

Termologia — Calor latente de vaporização

A tabela a seguir mostra os pontos de ebulição e os calores de vaporização (à pressão de 1 atm) para 7 substâncias diferentes.

Substância	Ponto de ebulição (°C)	Calor de vaporização (cal/g)
Mercúrio	357	65
Iodo	184	24
Água	100	540
Álcool etílico	78	200
Bromo	59	44
Nitrogênio	−196	48
Hélio	−269	6

Analisando a tabela podemos concluir que

A)o bromo passa de líquido para vapor em 44 °C.

B)para passar para vapor, um grama de nitrogênio requer o dobro de calorias que um grama de iodo.

C)para vaporizar 50 g de hélio, são necessárias 600 calorias.

D)na temperatura em que a água ferve, o álcool etílico é líquido.

E)na temperatura ambiente, o mercúrio é vapor.

Resolução comentada

Na temperatura de ebulição, vale \(Q=mL_v\). Para 1 g, o nitrogênio exige 48 cal e o iodo exige 24 cal, exatamente a metade. A tabela distingue o ponto de ebulição, expresso em °C, do calor por grama necessário para mudar de fase.

Alternativa B.

Q29

Termologia — Dilatação anômala da água

As moléculas da água no estado cristalino (gelo) se organizam em estruturas hexagonais com grandes espaços vazios. Ao ocorrer a fusão, essas estruturas são rompidas e as moléculas se aproximam umas das outras, ocasionando redução no volume da substância. O aumento na densidade ocorre inclusive na fase líquida, de 0 a 4 °C. O texto acima explica o conceito de

A)calor específico.

B)evaporação.

C)dilatação anômala.

D)capacidade térmica.

E)dilatação aparente.

Resolução comentada

A estrutura do gelo mantém as moléculas relativamente afastadas. Na fusão, parte dessa estrutura se desfaz. Entre 0 e 4 °C, a água líquida continua diminuindo de volume quando aquecida. Como a massa é constante, a densidade aumenta. É a dilatação anômala da água.

Alternativa C.

Q30

Termologia — Ebulição e transferência de calor

Selecione a alternativa que completa corretamente as frases abaixo.

I - Quanto maior a altitude, menor é a pressão atmosférica e ................... é a temperatura de ebulição da água.

II - Durante o dia a temperatura no deserto é muito elevada, e durante a noite sofre uma grande redução. Isso ocorre em virtude do ................... calor específico da areia.

III - Uma roupa escura absorve ................... quantidade de radiação que uma roupa clara.

IV - A transferência de calor do Sol para a Terra é feita pelo processo de ................... .

A alternativa que completa corretamente as lacunas das frases é

A)menor – grande – maior – convecção

B)menor – pequeno – maior – radiação

C)maior – pequeno – igual – convecção

D)maior – pequeno – menor – radiação

E)maior – grande – menor – convecção

Resolução comentada

A água entra em ebulição quando sua pressão de vapor iguala a pressão externa. Em altitude maior, a pressão externa é menor, e a água ferve a temperatura menor. No modelo da questão, o baixo calor específico da areia favorece grandes variações de temperatura. Tecidos escuros tendem a absorver mais radiação, e a energia do Sol atravessa o espaço por radiação.

Alternativa B.

Q31

Termologia — Segunda lei e ciclo de Carnot

Analise cada uma das seguintes afirmativas relacionadas à segunda lei da termodinâmica e indique se são verdadeiras (V) ou falsas (F).

( ) Em uma máquina térmica, a transformação de energia térmica em trabalho nunca se dá totalmente.

( ) Calor flui espontaneamente de sistemas mais frios para sistemas mais quentes.

( ) Carnot idealizou um ciclo totalmente reversível com o qual se obteria o máximo rendimento possível.

Quais são, respectivamente, as indicações corretas?

A)F - F - V

B)F - V - F

C)F - V - V

D)V - F - V

E)V - V - F

Resolução comentada

Uma máquina térmica cíclica precisa rejeitar parte do calor recebido, então a primeira afirmação é verdadeira. O calor flui espontaneamente do quente para o frio, tornando a segunda falsa. O ciclo reversível de Carnot tem o maior rendimento possível entre as mesmas temperaturas, confirmando a terceira.

Alternativa D.

Q32

Termologia — Estado final do gás ideal

Uma certa quantidade de gás ideal, inicialmente a pressão P0, volume V0 e temperatura T0, é submetida à seguinte seqüência de transformações:

I - É aquecida a pressão constante até que sua temperatura atinja o valor 3T0.

II - É resfriada a volume constante até que a temperatura atinja o valor inicial T0.

III - É comprimida a temperatura constante até que atinja a pressão inicial P0.

Ao final destes três processos, podemos afirmar que o volume final do gás será igual a

A)V0/9

B)V0/3

C)V0

D)3V0

E)9V0

Resolução comentada

A quantidade de gás permanece fixa. Ao final, pressão e temperatura voltam a \(P_0\) e \(T_0\). Pela equação \(V=nRT/P\), isso determina o mesmo volume inicial, \(V_0\), independentemente das etapas intermediárias.

Alternativa C.

Q33

Ondulatória — Altura de um som

A voz humana é produzida pelas vibrações de duas membranas - as cordas vocais - que entram em vibração quando o ar proveniente dos pulmões é forçado a passar pela fenda existente entre elas. As cordas vocais das mulheres vibram, em geral, com freqüência mais alta do que as dos homens, determinando que elas emitam sons agudos (voz “fina”), e eles, sons graves (voz “grossa”). A propriedade do som que nos permite distinguir um som agudo de um grave é denominada

A)intensidade.

B)amplitude.

C)velocidade.

D)timbre.

E)altura.

Resolução comentada

A altura distingue sons agudos, de frequência maior, de sons graves, de frequência menor. A intensidade se relaciona à energia transportada, e o timbre distingue sons de mesma altura produzidos por fontes diferentes.

Alternativa E.

Q34

Óptica — Imagem no espelho plano

Uma criança é colocada em frente a um grande espelho plano, a 40 cm dele. A imagem da criança que o espelho forma:

I - é real;

II - é maior do que a criança;

III - encontra-se 40 cm atrás do espelho;

IV - situa-se na superfície do espelho;

V - é criada pela refração da luz.

Quais afirmativas estão corretas?

A)Apenas III.

B)Apenas I e IV.

C)Apenas IV e V.

D)Apenas I, II e V.

E)Apenas II, III e V.

Resolução comentada

Os raios refletidos divergem, e seus prolongamentos se encontram atrás do espelho, formando uma imagem virtual. A simetria em relação ao plano do espelho põe a imagem 40 cm atrás dele, com o mesmo tamanho da criança. Apenas III é verdadeira.

Alternativa A.

Q35

Eletricidade — Atração e indução eletrostática

Três esferas metálicas podem ser carregadas eletricamente. Aproximando-se as esferas duas a duas, observa-se que, em todos os casos, ocorre uma atração elétrica entre elas. Para essa situação são apresentadas três hipóteses:

I - Somente uma das esferas está carregada.

II - Duas esferas estão carregadas.

III - As três esferas estão carregadas.

Quais das hipóteses explicam o fenômeno descrito?

A)Apenas a hipótese I.

B)Apenas a hipótese II.

C)Apenas a hipótese III.

D)Apenas as hipóteses II e III.

E)Nenhuma das três hipóteses.

Resolução comentada

No modelo de sinais usado pela prova, duas esferas com cargas opostas se atraem. A terceira, neutra e metálica, é atraída por cada uma por polarização. Com apenas uma esfera carregada, o par neutro não se atrai nesse modelo. Com três cargas, pelo menos duas têm o mesmo sinal e, na aproximação de cargas puntiformes, se repelem. Para condutores muito próximos, a redistribuição de cargas pode exigir uma análise adicional.

Alternativa B.

Q36

Eletricidade — Polarização em campo elétrico

Verifica-se experimentalmente que, em condições normais, existe um campo elétrico de 100 N/C na atmosfera terrestre, dirigido verticalmente para baixo, criado por cargas elétricas na Terra. Em relação a esse campo elétrico terrestre, assinale a alternativa INCORRETA.

A)Entre um ponto a 1 m de altura e a superfície da Terra existe uma voltagem de 100 V.

B)Os íons positivos existentes no ar tendem a mover-se para baixo e os íons negativos tendem a mover-se para cima.

C)Uma carga de 100 µC experimenta uma força de 0,01 N.

D)Uma gota de chuva adquire polarização, ficando positiva a parte superior da gota.

E)A carga da Terra é predominantemente negativa.

Resolução comentada

O campo para baixo empurra cargas positivas para baixo e negativas para cima. Numa gota polarizável, a região superior fica negativa, de modo que D é incorreta. O campo de \(100\,\mathrm{N/C}\) também dá uma diferença de potencial de módulo 100 V em 1 m e força de \(100\cdot100\times10^{-6}=0{,}01\,\mathrm N\) sobre a carga indicada.

Alternativa D.

Q37

Eletricidade — Resistores em paralelo

Duas resistências R1 e R2 são ligadas a uma bateria de resistência interna nula, conforme a figura.

Resistor R₁ e resistor variável R₂ em paralelo, ligados a uma bateria ideal.

Aumentando-se o valor da resistência R2, considere as seguintes afirmativas:

I - A resistência total aumenta.

II - A corrente em R1 aumenta.

III - A corrente que a bateria fornece diminui.

Quais afirmativas estão corretas?

A)Nenhuma.

B)Apenas I e II.

C)Apenas I e III.

D)Apenas II e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

Os dois resistores recebem a mesma tensão fixa da bateria ideal. Ao aumentar \(R_2\), a corrente \(U/R_2\) diminui e a corrente \(U/R_1\) permanece constante. A corrente total diminui, então \(R_\mathrm{eq}=U/I_\mathrm{total}\) aumenta. Apenas I e III são verdadeiras.

Alternativa C.

Q38

Eletromagnetismo — Campo magnético de fio longo

Um fio condutor retilíneo e muito longo é percorrido por uma corrente elétrica constante, que cria um campo magnético em torno do fio. Podemos afirmar que esse campo magnético:

A)tem o mesmo sentido da corrente elétrica.

B)é uniforme.

C)é paralelo ao fio.

D)aponta para o fio.

E)diminui à medida que a distância em relação ao condutor aumenta.

Resolução comentada

As linhas de campo circundam o fio, com sentido dado pela regra da mão direita. Para um fio longo, \(B=\mu_0 I/(2\pi r)\). Com corrente fixa, o módulo cai à medida que cresce a distância \(r\) ao condutor.

Alternativa E.

Q39

Ondulatória — Radiação infravermelha

As radiações infravermelhas são emitidas por qualquer objeto a uma determinada temperatura, sendo a emissão tanto mais intensa quanto mais aquecido estiver o objeto. Sobre as radiações infravermelhas é correto afirmar que

A)são responsáveis pelo bronzeamento da pele exposta ao Sol.

B)são ondas mecânicas longitudinais emitidas por corpos aquecidos.

C)se deslocam à velocidade da luz.

D)possuem freqüências maiores do que a da luz vermelha.

E)são bloqueadas pela camada de ozônio presente na atmosfera.

Resolução comentada

A radiação infravermelha é eletromagnética e se propaga no vácuo à velocidade da luz, como as demais faixas do espectro. Sua frequência é inferior à da luz vermelha. O bronzeamento está associado principalmente à radiação ultravioleta.

Alternativa C.

Q40

Física moderna — Radiação gama

Trata-se de radiações eletromagnéticas de altíssima freqüência, liberadas quando o núcleo de uma substância radioativa se desintegra. Têm alto poder de penetração, o que as torna muito perigosas para o ser humano, porque podem causar câncer. Contudo, podem ser usadas para tratar pacientes cancerosos, porque, apesar de prejudiciais ao tecido sadio, causam danos ainda maiores ao tecido canceroso. A que o texto se refere?

A)Partículas α.

B)Partículas β.

C)Microondas.

D)Raios X.

E)Raios γ.

Resolução comentada

Um núcleo excitado pode perder energia emitindo um fóton gama. Essa radiação eletromagnética de origem nuclear pode penetrar tecidos e ionizar matéria, o que explica tanto o risco biológico como seu uso controlado em radioterapia.

Alternativa E.

FURG · 2000 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova