Física (Q16–30) — prova transcrita, ilustrada e resolvida pelo Método TEF.
Dados da prova
Processo Seletivo FURG 2005
Questões 16–30
15 questões de Física
Caderno 2. Dados gerais da prova: aceleração da gravidade de 10 m/s² e massa específica da água de 1 g/cm³.
Q16
Mecânica — Aceleração por trechos
Uma partícula efetua um movimento retilíneo, cuja aceleração é mostrada no gráfico como função do tempo. Sabendo-se que no instante t = 0 s ela se encontrava em repouso na origem do sistema de referência, qual sua posição e velocidade, respectivamente, no instante t = 8 s?
A)0 m e 0 m/s.
B)2 m e 1 m/s.
C)12 m e 0 m/s.
D)16 m e –1 m/s.
E)22 m e 2 m/s.
E
Resolução comentada
O gráfico dá acelerações de \(2\), \(0\), \(-1\) e \(0\,\mathrm{m/s^2}\) em quatro intervalos de 2 s. Partindo do repouso, as velocidades ao fim deles são \(4\), \(4\), \(2\) e \(2\,\mathrm{m/s}\). Em cada trecho, a velocidade média é a média das velocidades inicial e final. Os deslocamentos são \(4\), \(8\), \(6\) e \(4\,\mathrm m\). Como a partícula parte da origem, sua posição é \(22\,\mathrm m\) e sua velocidade final é \(2\,\mathrm{m/s}\).
Alternativa E.
Q17
Mecânica — Lançamento vertical
Uma pedra é lançada verticalmente para cima com velocidade inicial de 30 m/s. Indique a afirmativa INCORRETA. (Desprezar a resistência do ar).
A)No ponto mais alto a velocidade é nula.
B)No ponto mais alto a aceleração é nula.
C)A altura atingida pela pedra é de 45 m.
D)A pedra retorna ao ponto de partida após 6,0 s.
E)A pedra retorna ao ponto de partida com velocidade de 30 m/s.
B
Resolução comentada
Tomando para cima como positivo, \(v=30-10t\). No ápice, \(v=0\) em 3 s, mas a aceleração continua sendo \(10\,\mathrm{m/s^2}\) para baixo. A altura máxima é \(30^2/(2\cdot10)=45\,\mathrm m\). A pedra retorna em 6 s com velocidade para baixo e módulo de \(30\,\mathrm{m/s}\). A afirmação incorreta é a que diz que a aceleração zera no ápice.
Alternativa B.
Q18
Mecânica — Velocidade relativa
Um barco a motor, usando toda sua potência, consegue subir um rio a 18 km/h em relação à margem. Em seguida, desce o rio nas mesmas condições e consegue fazê-lo a 44 km/h, também em relação à margem. Dessa forma, é possível afirmar que a velocidade da água em relação à margem é
A)31 km/h.
B)26 km/h.
C)22 km/h.
D)13 km/h.
E)9 km/h.
D
Resolução comentada
Chamando de \(u\) a velocidade do barco em relação à água e de \(v\) a da correnteza, temos \(u-v=18\,\mathrm{km/h}\) na subida e \(u+v=44\,\mathrm{km/h}\) na descida. Subtraindo as equações, \(2v=26\,\mathrm{km/h}\), logo \(v=13\,\mathrm{km/h}\).
Alternativa D.
Q19
Mecânica — Impulso e energia cinética
Uma força tem sua intensidade variando no tempo de acordo com o gráfico mostrado.
Sabendo-se que a referida força age sobre uma partícula de 1,50 kg, cuja velocidade no instante t = 1,0 s era zero, qual sua energia cinética no instante t = 4,0 s?
A)4 J.
B)8 J.
C)12 J.
D)16 J.
E)20 J.
C
Resolução comentada
O impulso é a área sob o gráfico de força entre 1 e 4 s. Os dois triângulos contribuem com \(1{,}5\,\mathrm{N\,s}\) cada, e o retângulo, com \(3\,\mathrm{N\,s}\). Assim \(J=6\,\mathrm{N\,s}\). Partindo do repouso, \(p=J\) e \(v=p/m=4\,\mathrm{m/s}\). Logo \(E_c=mv^2/2=12\,\mathrm J\).
Alternativa C.
Q20
Mecânica — Colisão e compressão da mola
A figura mostra um projétil que se desloca com velocidade vₚ e atinge um bloco de madeira, ficando encravado no mesmo. Em seguida, o bloco empurra uma mola de constante elástica K, comprimindo-a de X. Não existe atrito entre o bloco e a superfície horizontal.
Considere os seguintes eventos, nesta ordem:
1º Colisão (choque) do projétil com o bloco;
2º O bloco, agora em movimento, comprime a mola.
O objetivo é determinar a velocidade vₚ do projétil. Assim, para equacionar os eventos na ordem dada, devem-se empregar, respectivamente, os seguintes princípios:
A)Conservação da Energia Mecânica e Conservação da Quantidade de Movimento.
B)Conservação da Quantidade de Movimento e Conservação da Energia Potencial.
C)Conservação da Energia Potencial e Conservação da Energia Cinética.
D)Conservação da Energia Cinética e Conservação da Energia Mecânica.
E)Conservação da Quantidade de Movimento e Conservação da Energia Mecânica.
E
Resolução comentada
Na primeira etapa, o projétil fica preso ao bloco. Durante o choque, o impulso externo horizontal é desprezível e o momento total se conserva, embora parte da energia cinética seja dissipada. Depois, sem atrito, a energia cinética do conjunto se transforma em energia potencial da mola até a compressão máxima. Aplicam-se, nessa ordem, conservação da quantidade de movimento e da energia mecânica.
Alternativa E.
Q21
Mecânica — Empuxo e leituras das balanças
Um recipiente de vidro, que pesa 8 N, contém 23 N de água e está sobre o prato de uma balança de mola (dinamômetro). Um corpo com volume de 100 cm³, constituído de um material cuja massa específica é 6 g/cm³, é suspenso em um dinamômetro e, a seguir, completamente mergulhado na água. Quais as indicações, em Newtons, no dinamômetro e na balança de mola, antes e depois de mergulhar o corpo na água, respectivamente?
A)6 ; 31 ; 5 ; 32.
B)6 ; 31 ; 5 ; 31.
C)6 ; 23 ; 6 ; 31.
D)3 ; 23 ; 5 ; 32.
E)3 ; 31 ; 6 ; 32.
A
Resolução comentada
O corpo tem massa \(6\cdot100=600\,\mathrm g\) e peso de 6 N. Antes da imersão, o dinamômetro lê 6 N e a balança de baixo lê \(8+23=31\,\mathrm N\). Submerso, o corpo desloca \(100\,\mathrm{cm^3}\) de água, cujo peso é 1 N. O empuxo reduz a tração a 5 N. Pela terceira lei de Newton, o corpo exerce sobre a água uma força de 1 N para baixo e a leitura inferior sobe a 32 N.
Alternativa A.
Q22
Termologia — Curva de aquecimento e ebulição
O gráfico representa a temperatura de 10 g de um líquido, inicialmente a 0 °C, em função do calor absorvido por ele. Quais são, respectivamente, os valores do calor específico, calor de vaporização e temperatura de ebulição do líquido?
A)0,2 cal/(g·°C), 60 cal/g e 90 °C.
B)0,5 cal/(g·°C), 300 cal/g e 90 °C.
C)0,5 cal/(g·°C), 60 cal/g e 60 °C.
D)5,0 cal/(g·°C), 300 cal/g e 60 °C.
E)10,0 cal/(g·°C), 600 cal/g e 60 °C.
C
Resolução comentada
O gráfico mostra que o líquido sobe de 0 a 60 °C ao receber 300 cal. Assim, \(c=300/(10\cdot60)=0{,}5\,\mathrm{cal/(g\,^\circ C)}\). Durante o patamar a 60 °C, o calor absorvido passa de 300 a 900 cal. São 600 cal para vaporizar 10 g, dando \(L_v=60\,\mathrm{cal/g}\). O patamar indica ebulição a 60 °C.
Alternativa C.
Q23
Óptica — Campo visual no espelho
A figura mostra uma sala quadrada ABCD de lado L. Nela, podemos observar, também, um espelho plano EE’, colocado no canto BCD, de modo a encobrir o canto C. Para um observador colocado em O, mostrado na figura, é possível enxergar as imagens do(s) canto(s):
A)A.
B)B.
C)D.
D)A e B.
E)A e D.
A
Resolução comentada
Refletimos cada canto na reta que contém o espelho. A imagem de um canto é visível se o segmento que a une ao observador cruzar a parte refletora entre E e E′. Para A, o segmento cruza o espelho dentro desse intervalo. Para B, cruza o prolongamento além de E, e para D, além de E′. Assim, só a imagem de A é visível.
Alternativa A.
Q24
Ondulatória — Comparação de duas ondas
Na figura são representadas, esquematicamente, duas ondas transversais que se propagam em um mesmo meio.
Considerando que a onda 1 possui freqüência f1 e amplitude A1, e a onda 2 possui freqüência f2 e amplitude A2, assinale a alternativa correta.
A)f₁ > f₂ e A₁ < A₂.
B)f₁ < f₂ e A₁ < A₂.
C)f₁ > f₂ e A₁ = A₂.
D)f₁ = f₂ e A₁ > A₂.
E)f₁ = f₂ e A₁ < A₂.
E
Resolução comentada
A figura mostra o mesmo comprimento de onda para as duas ondas, mas a onda 2 tem maior afastamento vertical da posição de equilíbrio. Como se propagam no mesmo meio com a mesma velocidade, \(f=v/\lambda\) dá \(f_1=f_2\). A leitura das amplitudes dá \(A_1<A_2\).
Alternativa E.
Q25
Eletricidade — Campo nulo de cargas opostas
Duas partículas estão fixas nas posições indicadas na figura, com cargas q1 e q2 = – 16 q1, e estão separadas por uma distância d. O campo elétrico resultante devido a essas duas cargas poderá ser nulo em qual ponto?
A)A.
B)B.
C)C.
D)D.
E)E.
A
Resolução comentada
Entre as cargas, os dois campos apontam no mesmo sentido. Fora desse trecho, eles se opõem. Para terem módulos iguais, o ponto deve ficar quatro vezes mais longe de \(q_2\), cuja carga tem módulo 16 vezes maior. Isso ocorre do lado externo da carga menor \(q_1\). Chamando de \(x\) a distância a \(q_1\), \(x+d=4x\), ou \(x=d/3\). Na figura, é o ponto A.
Alternativa A.
Q26
Eletricidade — Campo elétrico no triângulo
A figura mostra uma carga q localizada em cada um dos vértices de um triângulo eqüilátero de lado a.
O módulo do campo elétrico E em P, ponto médio do lado inferior do triângulo, é
A)\(k_0q/a^2\).
B)\(2k_0q/a^2\).
C)\(3k_0q/a^2\).
D)\(4k_0q/(3a^2)\).
E)\(3k_0q/(4a^2)\).
D
Resolução comentada
Os campos das duas cargas da base se cancelam em P, pois têm mesmo módulo e sentidos opostos. A carga do topo está a \(a\sqrt3/2\), a altura do triângulo. Assim, o módulo restante é \(k_0q/(a\sqrt3/2)^2=4k_0q/(3a^2)\).
Alternativa D.
Q27
Eletricidade — Energia de um capacitor
A figura mostra uma fonte ideal de fem ε = 10 V, ligada ao capacitor de capacitância C = 4,0 µF. Depois de totalmente carregado o capacitor, a chave é colocada na posição 2 e permanece nessa posição por um tempo indeterminado, descarregando totalmente o capacitor.
Nessas condições, a energia total dissipada no resistor de resistência R = 3,0 MΩ é
A)0,20 mJ.
B)3,33 mJ .
C)33,3 mJ .
D)120 J .
E)18 MJ.
A
Resolução comentada
Antes da descarga, a tensão no capacitor é 10 V. A energia armazenada vale \(CV^2/2=(4{,}0\times10^{-6}\,\mathrm F)(10\,\mathrm V)^2/2=2{,}0\times10^{-4}\,\mathrm J\). Como a descarga é completa pelo resistor, ele dissipa toda essa energia, \(0{,}20\,\mathrm{mJ}\). A resistência determina o tempo de descarga.
Alternativa A.
Q28
Eletromagnetismo — Forças elétrica e magnética
A figura mostra uma região do espaço onde existe um campo elétrico uniforme E e um campo magnético uniforme B, perpendiculares entre si, estando E apontando verticalmente para baixo, e B entrando perpendicularmente ao plano desta folha. Uma carga positiva q está se movendo nessa região, com velocidade v, horizontalmente, e no plano da folha, como indica a figura.
Sendo Fₑ e Fᵦ as forças elétrica e magnética sobre a carga, a direção e o sentido desses vetores, bem como os seus módulos, são
A)
B)
C)
D)
E)
D
Resolução comentada
Como \(q\) é positiva, a força elétrica aponta para baixo, no sentido de \(\vec E\), e tem módulo \(qE\). Para a força magnética, a regra da mão direita aplicada à velocidade para a direita e ao campo entrando na folha dá sentido para cima. Como \(\vec v\perp\vec B\), o módulo é \(qvB\).
Alternativa D.
Q29
Eletromagnetismo — Sentido da corrente induzida
A figura mostra um circuito e uma espira contidos no plano da folha. O circuito contém uma fonte de tensão, de fem ε, e um resistor de resistência R. A resistência deste circuito está sendo diminuída pelo deslocamento descendente do cursor S.
Quanto à corrente na espira, assinale a afirmação correta.
A)A corrente é nula porque não existe contato físico entre os dois circuitos.
B)Existe uma corrente no sentido horário.
C)Existe uma corrente no sentido anti-horário.
D)Aparecerá uma corrente somente quando o cursor parar o seu movimento descendente sobre o resistor R .
E)A corrente é nula porque não existe nenhuma fonte de fem nessa espira.
B
Resolução comentada
O polo positivo da fonte está à esquerda, então a corrente do circuito sobe pelo ramo esquerdo e desce no ramo mais próximo da espira. Pela regra da mão direita, o fluxo resultante na espira aponta para fora da folha. Ao diminuir a resistência, a corrente e esse fluxo aumentam. Pela lei de Lenz, a espira produz campo para dentro da folha, o que exige corrente horária.
Alternativa B.
Q30
Física moderna — Emissão fotoelétrica
O físico Chester Carlson, fundador da empresa Xerox, baseou-se no efeito fotoelétrico para criar a fotocopiadora. O efeito fotoelétrico é o ingrediente principal no processo de transferência de uma figura desenhada num papel transparente para uma placa de metal polarizada positivamente. O papel desenhado é colocado sobre a placa e, a seguir, ilumina-se o conjunto papel + placa. O desenho impede a passagem da luz através do papel e, devido ao efeito fotoelétrico, as partes da placa atingidas pela luz são despolarizadas. Retira-se, então, o papel transparente e borrifa-se um pó colorido ionizado sobre a placa; esse pó só se fixará nas partes da placa que ainda permanecem polarizadas, formando, assim, o desenho. Além dessa aplicação, o efeito fotoelétrico é utilizado nas células solares, que são a principal fonte de energia em satélites, e também no sistema de leitura da trilha sonora impressa nos filmes de cinema.
A respeito do efeito fotoelétrico pode-se afirmar:
A)Ele é o mesmo efeito físico através do qual se produz luz nas lâmpadas incandescentes com filamentos metálicos.
B)O efeito consiste na incidência da luz sobre uma superfície metálica arrancando elétrons dessa superfície.
C)A energia luminosa da luz incidente sobre uma placa metálica transforma-se na energia potencial dos elétrons do metal.
D)É por meio do efeito fotoelétrico que o Sol produz luz.
E)É por meio do efeito fotoelétrico que os elétrons são produzidos dentro de uma lâmpada fluorescente.
B
Resolução comentada
Quando um fóton transfere energia \(hf\) a um elétron da superfície e essa energia é suficiente para superar a função trabalho, o elétron pode escapar do metal. A luz provoca, portanto, emissão de elétrons da superfície metálica.
