Prova FURG 2001 — Física com Gabarito e Resolução

Q21

Mecânica — Velocidade média em dois trechos

Um carro sai de Rio Grande às 7h em direção a Pelotas, passando por um ponto na metade do caminho às 7h30min e chegando a seu destino, em Pelotas, às 7h50min. De Rio Grande até esse ponto, a sua velocidade média foi v₁, e deste até Pelotas, a velocidade média foi v₂. A velocidade média de todo o percurso foi vₜ. Sobre essa situação são feitas três afirmativas.

I - v₁ é maior que v₂.

II - vₜ é maior que v₁ mas menor que v₂.

III - A aceleração média na segunda metade é certamente maior que a aceleração média da primeira metade.

Quais afirmativas estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas III.

D)Apenas I e II.

E)Apenas II e III.

Resolução comentada

As duas metades têm distância \(d\). A primeira leva 30 min e a segunda, 20 min, então \(v_1=d/30<v_2=d/20\). A velocidade média total é \(2d/50=d/25\), entre as duas. Os tempos de percurso não determinam a variação da velocidade instantânea em cada metade, necessária para calcular a aceleração média. Apenas II é verdadeira.

Alternativa B.

Q22

Mecânica — Equilíbrio ao longo da rampa

Um bloco de massa m = 10 kg, inicialmente a uma altura de 2 m do solo, desliza em uma rampa de inclinação 30° com a horizontal. O bloco é seguro por uma corda paralela à rampa. Se desprezamos o atrito entre o bloco e a rampa, que força deve ser aplicada ao bloco para que ele desça com velocidade constante pela rampa? (Dados: sen 30° = 0,500, cos 30° = 0,866 e tan 30° = 0,577).

A)10 N

B)25 N

C)50 N

D)100 N

E)150 N

Resolução comentada

Descer com velocidade constante exige força resultante nula. Sem atrito, a corda deve puxar para cima da rampa com força igual à componente do peso para baixo. Assim, \(T=mg\sin30^\circ=(10\,\mathrm{kg})(10\,\mathrm{m/s^2})(0{,}5)=50\,\mathrm N\).

Alternativa C.

Q23

Mecânica — Inclinação e área no gráfico de velocidade

A figura abaixo apresenta um gráfico da velocidade contra o tempo para um movimento retilíneo.

Gráfico de velocidade por tempo. A reta vai de 5 m/s em 0 s a −15 m/s em 5 s.

De acordo com o gráfico, a aceleração e o módulo do deslocamento entre os instantes t = 1 s e t = 3 s são, respectivamente,

A)– 4 m/s² e 6 m

B)– 4 m/s² e 5 m

C)– 2 m/s² e 5 m

D)2 m/s² e 6 m

E)4 m/s² e 6 m

Resolução comentada

O gráfico vai de \(5\,\mathrm{m/s}\) em 0 s a \(-15\,\mathrm{m/s}\) em 5 s. A inclinação é \(a=(-15-5)/5=-4\,\mathrm{m/s^2}\). Entre 1 e 3 s, as velocidades nos extremos são 1 e \(-7\,\mathrm{m/s}\). A área algébrica é \(\Delta x=(1-7)\cdot2/2=-6\,\mathrm m\), de módulo 6 m.

Alternativa A.

Q24

Mecânica — Trabalho e aceleração constante

Um corpo de massa m = 10 kg, inicialmente em repouso, é deslocado por uma distância de 10 m com uma força constante na direção horizontal, adquirindo, ao final destes 10 m, uma energia cinética de 500 J. A aceleração e o tempo gasto pelo corpo para percorrer os 10 m são, respectivamente,

A)5 m/s² e 1 s

B)5 m/s² e 2 s

C)50 m/s² e 1 s

D)50 m/s² e 2 s

E)50 m/s² e 10 s

Resolução comentada

O trabalho resultante sobre os 10 m é o ganho de 500 J de energia cinética. Logo \(F=500/10=50\,\mathrm N\) e \(a=50/10=5\,\mathrm{m/s^2}\). Como o corpo parte do repouso, \(10=at^2/2\), dando \(t=2\,\mathrm s\).

Alternativa B.

Q25

Mecânica — Variação da energia cinética

Um tubarão branco nada, normalmente, a uma velocidade de cerca de 3 km/h, mas pode atingir rapidamente uma velocidade em torno de 26 km/h ao atacar uma presa. Ao alterar a sua velocidade de 3 km/h para 26 km/h, a energia cinética do tubarão aumenta em aproximadamente

A)3 vezes.

B)9 vezes.

C)26 vezes.

D)50 vezes.

E)75 vezes.

Resolução comentada

Como a massa do tubarão é a mesma, a razão entre as energias cinéticas é o quadrado da razão das velocidades. Com ambas em km/h, \(E_f/E_i=(26/3)^2\simeq75{,}1\). A energia final é cerca de 75 vezes a inicial.

Alternativa E.

Q26

Mecânica — Velocidade de órbita circular

Sobre um satélite mantido em órbita a uma distância R do centro da Terra (que possui massa M), é correto afirmar que

A)a força com que a Terra atrai o satélite é ligeiramente menor do que a força com que o satélite atrai a Terra.

B)o satélite é colocado em uma órbita em que a força gravitacional é zero.

C)a velocidade tangencial ao quadrado do satélite é menor ou igual a GM/R.

D)a velocidade tangencial ao quadrado do satélite é igual a GM/R.

E)a velocidade tangencial ao quadrado do satélite é maior ou igual a GM/R.

Resolução comentada

Para uma órbita circular de raio \(R\), a gravidade fornece a força centrípeta. Igualando \(GMm/R^2=mv^2/R\), resulta \(v^2=GM/R\). A expressão pressupõe raio constante, como na interpretação adotada pelo gabarito.

Alternativa D.

Q27

Mecânica — Empuxo no gelo flutuante

Um cubo de gelo está parcialmente mergulhado em um copo contendo água. Nesta situação, é correto afirmar que o líquido exerce sobre o cubo de gelo

A)pressão apenas na direção vertical.

B)pressão apenas na direção horizontal.

C)empuxo de valor igual ao peso do cubo.

D)força resultante na direção vertical, de cima para baixo.

E)força resultante na direção vertical, de baixo para cima.

Anulada

Resolução comentada

Em equilíbrio, o empuxo da água tem módulo igual ao peso do cubo e aponta verticalmente para cima. Assim, C indica corretamente o módulo, e E também descreve corretamente a resultante das forças que a água exerce. A COPERVE anulou a questão.

Questão anulada pela COPERVE.

Q28

Termologia — Características do estado sólido

Neste estado físico da matéria, as substâncias apresentam volume bem determinado e forma bem definida, sendo resistentes a deformações. Seus átomos ou moléculas encontram-se relativamente próximos uns dos outros, ligados por intensas forças elétricas, que os mantêm em posições bem definidas. Quando os átomos estão distribuídos de maneira organizada, em estruturas que se repetem, as substâncias são chamadas cristais. Por outro lado, quando a estrutura é desorganizada, são denominadas amorfas. A que estado físico o texto se refere?

A)Sólido.

B)Líquido.

C)Gasoso.

D)Vapor.

E)Plasma.

Resolução comentada

Forma própria e volume bem definido caracterizam o estado sólido. Seus constituintes permanecem próximos, oscilando em torno de posições de equilíbrio. Os sólidos cristalinos têm estrutura periódica, enquanto os amorfos carecem de ordenação de longo alcance.

Alternativa A.

Q29

Termologia — Agitação térmica e equilíbrio térmico

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

( ) Átomos ou moléculas de um corpo, seja no estado sólido, líquido ou gasoso, estão em constante movimento.

( ) O limite inferior para a temperatura de um corpo, já obtido em laboratório, é de –273 °C (zero absoluto), situação em que os átomos cessam seus movimentos.

( ) Uma lâmina bimetálica, constituída de duas lâminas de metais diferentes, que é plana na temperatura ambiente, entorta ao ser aquecida.

( ) Quando dois corpos distintos são colocados em contato, isolados de influências externas, após um certo tempo eles atingem uma situação de mesma energia interna.

Quais são, respectivamente, as indicações corretas?

A)F - F - V - V

B)F - V - F - V

C)V - V - F - F

D)V - F - V - F

E)V - F - V - V 9

Resolução comentada

A primeira afirmação é verdadeira, pois os constituintes da matéria apresentam agitação térmica, inclusive em sólidos. A segunda é falsa, pois o zero absoluto não foi atingido. A terceira é verdadeira, pois os metais da lâmina dilatam de modo diferente. A quarta é falsa, pois o equilíbrio térmico iguala temperaturas, e a energia interna depende também da constituição e da quantidade de matéria. A sequência é V, F, V, F.

Alternativa D.

Q30

Termologia — Calor específico de cobre e chumbo

Dois blocos de mesma massa, um de cobre e outro de chumbo, inicialmente a 20 °C, são aquecidos por chamas idênticas. Após um determinado tempo de aquecimento, constata-se que o bloco de cobre atinge a temperatura de 120 °C, enquanto o de chumbo chega a 320 °C. Essa diferença nas temperaturas finais ocorre porque o cobre apresenta maior

A)calor específico.

B)massa.

C)densidade.

D)temperatura inicial.

E)coeficiente de dilatação.

Resolução comentada

No modelo da questão, as chamas fornecem a mesma quantidade de calor a massas iguais. O cobre aquece 100 °C, e o chumbo, 300 °C. De \(Q=mc\Delta T\), segue que \(c_\mathrm{cobre}/c_\mathrm{chumbo}=300/100=3\). O cobre tem maior calor específico.

Alternativa A.

Q31

Termologia — Transformações no diagrama p–V

Certa massa de gás ideal sofre as transformações AB e BC, representadas no gráfico p x V (pressão x volume) da figura abaixo.

Diagrama pressão por volume. A está em 8 litros e 6 atmosferas, B em 8 litros e 3 atmosferas, C em 16 litros e 3 atmosferas.

Sobre esse gás, é correto afirmar que

A)a temperatura do gás em B é maior do que em A.

B)a temperatura do gás em C é menor do que em B.

C)a temperatura do gás em C é maior do que em A.

D)a transformação AB é isotérmica.

E)a transformação BC é isobárica.

Resolução comentada

No gráfico, A e B têm volume 8 L, e a pressão cai de 6 para 3 atm. Logo a temperatura diminui de A para B, pois \(T\propto pV\). De B a C, o volume dobra de 8 para 16 L a 3 atm. O produto \(pV\) em C volta ao valor de A. A transformação BC é isobárica.

Alternativa E.

Q32

Ondulatória — Comprimento de onda e distância no sonar

O sonar de um navio emite um ultra-som de freqüência 50.000 Hz. A velocidade do som na água é 1.500 m/s. Se o ultra-som foi refletido por um cardume de peixes e a onda refletida é detectada no navio 0,2 s após sua emissão, então o comprimento de onda do ultra-som e a distância entre o navio e o cardume são, respectivamente,

A)300 cm - 300 m

B)30 cm - 300 m

C)3 cm - 150 m

D)1,5 cm - 68 m

E)0,03 cm - 34 m

Resolução comentada

O comprimento de onda é \(\lambda=v/f=1500/50000=0{,}030\,\mathrm m=3\,\mathrm{cm}\). O tempo de 0,2 s inclui a ida e a volta do som, então \(d=1500\cdot0{,}2/2=150\,\mathrm m\).

Alternativa C.

Q33

Óptica — Índice de refração e velocidade da luz

O índice de refração de um meio material é definido como a razão da velocidade da luz no vácuo e da velocidade da luz neste meio: \(n=c/v\).

A tabela a seguir relaciona o índice de refração para seis meios materiais diferentes.

Meio material	Índice de refração
Ar	1,0
Água	1,3
Glicerina	1,4
Vidro	1,5
Zircônio	1,9
Diamante	2,5

Com base nessa tabela, é correto afirmar que

A)o ar é o meio onde a luz apresenta a menor velocidade.

B)a glicerina é o meio onde a luz tem a maior velocidade.

C)a velocidade da luz no vidro é 200.000 km/s.

D)no zircônio a luz viaja mais rápido do que na água.

E)a velocidade da luz no diamante é 300.000 km/s.

Resolução comentada

A velocidade é \(v=c/n\). No vidro, \(n=1{,}5\), portanto \(v=300000/1{,}5=200000\,\mathrm{km/s}\). Entre os meios da tabela, o ar tem o menor índice e a maior velocidade, enquanto o diamante tem o maior índice e a menor velocidade.

Alternativa C.

Q34

Óptica — Imagem direita e ampliada no espelho

Selecione a alternativa que completa corretamente as lacunas do parágrafo abaixo. Uma flor é colocada em frente a um espelho esférico. A imagem da flor produzida por este espelho é direta e maior que a flor. Portanto, trata-se de um espelho ................... e a flor está a uma distância do espelho ................... sua distância focal. A alternativa que completa corretamente as lacunas da frase é

A)convexo - maior que

B)convexo - menor que

C)côncavo - igual a

D)côncavo - menor que

E)côncavo - maior que

Resolução comentada

Um espelho convexo forma imagem direita e reduzida de um objeto real. Para obter uma imagem direita e ampliada, usa-se um espelho côncavo com o objeto entre o vértice e o foco. Nessa posição, os prolongamentos dos raios refletidos se encontram atrás do espelho, formando a imagem virtual.

Alternativa D.

Q35

Eletricidade — Redistribuição de carga por contato

Quatro esferas metálicas idênticas estão isoladas uma das outras. As esferas A, B e C estão inicialmente neutras (sem carga), enquanto a esfera D está eletrizada com carga Q. A esfera D é colocada inicialmente em contato com a esfera A, depois é afastada e colocada em contato com a esfera B. Depois de ser afastada da esfera B, a esfera D é colocada em contato com a esfera C e afastada a seguir. Pode-se afirmar que ao final do processo as cargas das esferas C e D são, respectivamente,

A)Q/8 e Q/8

B)Q/8 e Q/4

C)Q/4 e Q/8

D)Q/2 e Q/2

E)Q e −Q

Resolução comentada

As esferas são metálicas e idênticas. A cada contato entre D e uma esfera inicialmente neutra, a carga disponível se divide igualmente. D fica com \(Q/2\) após tocar A e com \(Q/4\) após tocar B. No contato final, essa carga se divide em \(Q/8\) para C e \(Q/8\) para D.

Alternativa A.

Q36

Eletricidade — Lâmpadas em associação mista

Quatro lâmpadas L idênticas, conectadas conforme mostra o circuito da figura, são alimentadas por uma fonte F, que mantém uma corrente i.

Uma fonte alimenta dois pares de lâmpadas em paralelo, com um fio central ligando os pontos médios.

Queimando uma das lâmpadas, qual será a nova corrente fornecida pela fonte? Desconsidere a resistência interna da fonte e trate as lâmpadas como resistores.

A)i/2

B)2i/3

C)3i/4

D)i

E)3i/2 11

Resolução comentada

O fio central liga os pontos médios, formando dois pares em paralelo ligados em série. Se cada lâmpada tem resistência \(R\), a resistência inicial é \(R/2+R/2=R\). Ao queimar uma lâmpada, seu ramo abre e o par afetado passa a valer \(R\). A nova resistência é \(3R/2\). Para a mesma tensão, a corrente passa a \(2i/3\).

Alternativa B.

Q37

Eletromagnetismo — Equilíbrio do ímã suspenso

Um tubo de vidro de massa m = 20 g está sobre uma balança, conforme mostra a figura. Na parte inferior do tubo está um ímã cilíndrico de massa M₁ = 50 g. Dois outros pequenos ímãs de massas M₂ = M₃ = 20 g estão colocados no tubo e ficam suspensos devido às forças magnéticas e aos seus pesos.

Três ímãs dentro de um tubo apoiado numa balança. O ímã 1 está na base e os ímãs 2 e 3 estão suspensos.

Qual é a intensidade da resultante das forças magnéticas que agem sobre o ímã 2?

A)zero

B)0,2 N

C)0,4 N

D)0,7 N

E)1,1 N

Resolução comentada

O ímã 2 está em repouso e sem apoio vertical. As forças magnéticas dos outros ímãs têm resultante para cima que equilibra seu peso. Com massa de \(0{,}020\,\mathrm{kg}\), o módulo dessa resultante é \(mg=0{,}020\cdot10=0{,}2\,\mathrm N\).

Alternativa B.

Q38

Eletromagnetismo — Variação de fluxo magnético

Praticamente toda a energia elétrica que consumimos é gerada pela utilização do fenômeno da indução eletromagnética. Este fenômeno consiste no aparecimento de uma força eletromotriz entre os extremos de um fio condutor submetido a um

A)campo elétrico.

B)campo eletromagnético constante.

C)campo magnético variável.

D)fluxo magnético constante.

E)fluxo magnético variável.

Resolução comentada

Pela lei de Faraday, a força eletromotriz induzida depende da variação do fluxo magnético através da área do circuito. O fluxo pode variar mesmo com campo constante, se a área atravessada ou a orientação mudar. A condição geral pedida é fluxo magnético variável.

Alternativa E.

Q39

Física moderna — Quantização da radiação

Selecione a alternativa que completa corretamente as lacunas do texto abaixo.

Para descrever o espectro das radiações eletromagnéticas emitidas por um corpo a uma determinada temperatura, Max Planck introduziu a hipótese de que a luz tem valores de energia que obedecem a uma distribuição ................... , ou seja, a luz é constituída de um enorme número de .................., os quanta de luz, mais tarde denominados ................... .

A alternativa que completa corretamente as lacunas do texto é

A)quantizada - partículas - fótons

B)quantizada - ondas - elétrons

C)contínua - partículas - fótons

D)contínua - ondas - fótons

E)contínua - partículas - elétrons

Resolução comentada

Planck introduziu trocas de energia em múltiplos de \(hf\) para explicar a radiação térmica. Na descrição posterior da luz, os quanta de energia são chamados fótons, partículas de energia \(E=hf\). As lacunas pedem quantizada, partículas e fótons.

Alternativa A.

Q40

Física moderna — Constituição do núcleo atômico

Sobre os núcleos atômicos e seus constituintes, são feitas quatro afirmativas.

I - Os núcleos atômicos são constituídos por prótons, nêutrons e elétrons.

II - O próton é uma partícula idêntica ao elétron, porém de carga positiva.

III - Nos núcleos atômicos está concentrada a quase totalidade da massa do átomo.

IV - As forças nucleares são as responsáveis por manter unidas as partículas que compõem os núcleos atômicos.

Quais afirmativas estão corretas?

A)Apenas II.

B)Apenas I e III.

C)Apenas III e IV.

D)Apenas I, II e IV.

E)I, II, III e IV.

Resolução comentada

Elétrons ficam fora do núcleo, e o próton difere deles em massa e estrutura. Por isso I e II são falsas. Prótons e nêutrons concentram quase toda a massa do átomo, como em III. A interação nuclear forte residual mantém ligados os núcleons, como em IV.

Alternativa C.

FURG · 2001 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova