Ondulatória — Diferença entre os tempos de propagação
Numa tempestade, ouve-se o trovão 7,0 segundos após a visualização do relâmpago. Sabendo que a velocidade da luz é de 3,0 × 10⁸ m/s e que a velocidade do som é de 3,4 × 10² m/s, é possível afirmar que a distância entre o local onde ocorreu o relâmpago e onde ele foi visto é de
A)6,2 × 10⁶ metros.
B)4,8 × 10¹ metros.
C)2,4 × 10³ metros.
D)2,1 × 10⁹ metros.
E)4,3 × 10⁶ metros.
C
Resolução comentada
A luz e o som percorrem a mesma distância \(d\). O atraso de 7,0 s corresponde a \(d/v_\mathrm{som}-d/c\). Como \(c=3{,}0\times10^8\,\mathrm{m/s}\) é muito maior que \(v_\mathrm{som}=340\,\mathrm{m/s}\), o tempo da luz é desprezível nessa escala. Logo \(d\simeq340\cdot7{,}0=2380\,\mathrm m\simeq2{,}4\times10^3\,\mathrm m\).
Alternativa C.
Q17
Mecânica — Energia potencial elástica
Para deformar uma mola em 10 cm, é empregada uma força de 40 N. Se a mesma mola for deformada em 20 cm, qual a diferença na energia potencial da mola em relação à situação anterior?
A)2 J
B)6 J
C)8 J
D)10 J
E)Zero
B
Resolução comentada
Pela lei de Hooke, \(k=F/x=40/0{,}10=400\,\mathrm{N/m}\). A energia armazenada é \(kx^2/2\). A 10 cm, vale \(2\,\mathrm J\). A 20 cm, vale \(8\,\mathrm J\). A diferença é \(8-2=6\,\mathrm J\).
Alternativa B.
Q18
Ondulatória — Frequência na reflexão e na refração
Quanto à refração e reflexão de ondas, pode-se afirmar que uma propriedade comum a ambas as situações é que:
A)A fase não pode variar porque a velocidade não varia.
B)O comprimento de onda sempre diminui.
C)A fase pode variar devido à variação da freqüência.
D)O comprimento de onda se mantém constante.
E)A freqüência da onda se mantém constante.
E
Resolução comentada
Numa interface estacionária, a onda refletida e a transmitida acompanham o ritmo da onda incidente. Assim, a frequência se mantém nos dois fenômenos. Na refração, a velocidade pode mudar e, como \(\lambda=v/f\), o comprimento de onda pode mudar junto.
Alternativa E.
Q19
Mecânica — Energia mecânica na rampa
O enunciado a seguir refere-se às questões 19 e 20.
Um objeto de massa m = 1 kg, ao passar pelo ponto 1 de uma rampa, livre de atrito, tem energia cinética igual a 2 Joules. O ponto 1 está a uma altura de h = 20 cm em relação ao ponto 2, situado na base da rampa. Considerando g = 10 m/s²:
Qual a velocidade do objeto ao passar pelo ponto 2?
A)\(2\sqrt2\) m/s
B)8 m/s
C)\(\sqrt2\) m/s
D)2 m/s
E)20 m/s
A
Resolução comentada
A figura coloca o ponto 2 na base, 0,20 m abaixo do ponto 1. Sem atrito, a perda de energia potencial se soma à energia cinética inicial. Assim \(K_2=2\,\mathrm J+(1\,\mathrm{kg})(10\,\mathrm{m/s^2})(0{,}20\,\mathrm m)=4\,\mathrm J\). De \(K_2=mv_2^2/2\), segue \(v_2=\sqrt{8}\,\mathrm{m/s}=2\sqrt2\,\mathrm{m/s}\).
Alternativa A.
Q20
Mecânica — Movimento com atrito
O enunciado a seguir refere-se às questões 19 e 20.
Um objeto de massa m = 1 kg, ao passar pelo ponto 1 de uma rampa, livre de atrito, tem energia cinética igual a 2 Joules. O ponto 1 está a uma altura de h = 20 cm em relação ao ponto 2, situado na base da rampa. Considerando g = 10 m/s²:
Após passar pelo ponto 2, a superfície se mantém livre de atrito por dois metros; após os dois metros, a superfície apresenta coeficiente de atrito de 0,4 com o objeto em questão. O que acontece com o objeto depois de passar no ponto 2?
A)Ele diminui a velocidade até parar, desde o ponto 2.
B)Ele se move com velocidade constante nos primeiros dois metros e depois segue em movimento retilíneo uniformemente variado, com aceleração positiva até que sua velocidade seja igual à do ponto 1.
C)Ele segue com velocidade constante em todo percurso.
D)Ele se move com velocidade constante nos primeiros dois metros e depois segue em movimento retilíneo uniformemente variado, com aceleração negativa até parar.
E)Ele pára imediatamente, após passar o ponto 2.
D
Resolução comentada
Nos primeiros 2 m após a base, o trecho horizontal é liso e a resultante horizontal é nula. A velocidade permanece constante. Depois, o atrito cinético tem módulo \(\mu mg\) e aponta contra o movimento. Tomando o avanço como positivo, \(a=-\mu g=-4\,\mathrm{m/s^2}\), constante até o objeto parar.
Alternativa D.
Q21
Termologia — Variações nas escalas termométricas
Colocam-se, em um mesmo recipiente com água, três termômetros com escalas diferentes: um com escala em graus Celsius, um com escala em graus Fahrenheit e outro com escala em Kelvin. Aquece-se a água até que a variação da leitura fornecida pelo termômetro com escala em graus Celsius seja de 35 ºC. Quais as variações de leitura obtida pelos outros termômetros?
A)63 K e 35 ºF
B)35 K e 35 ºF
C)61 K e 63 ºF
D)308 K e 63 ºF
E)35 K e 63 ºF
E
Resolução comentada
Um intervalo de um grau Celsius corresponde a um kelvin, logo \(\Delta T_K=35\,\mathrm K\). A escala Fahrenheit tem \(9/5\) de grau por grau Celsius, então \(\Delta T_F=(9/5)\cdot35=63\,^\circ\mathrm F\). Os deslocamentos dos zeros das escalas se cancelam quando se calcula uma diferença.
Alternativa E.
Q22
Óptica — Cor sob iluminação monocromática
Se numa sala perfeitamente escura iluminarmos a bandeira brasileira com luz amarela, iremos vê-la:
A)Amarela e preta
B)Totalmente amarela
C)Verde, amarela, azul e branca
D)Verde e preta
E)Branca, azul e preta
A
Resolução comentada
No modelo da questão, a iluminação oferece apenas luz amarela. As regiões amarela e branca refletem essa luz e são vistas como amarelas. As regiões idealizadas como verde e azul absorvem a luz incidente e parecem pretas.
Alternativa A.
Q23
Ondulatória — Polarização da luz
Para mostrarmos que a luz é formada por ondas transversais, devemos usar o fenômeno da:
A)Reflexão
B)Difração
C)Polarização
D)Refração
E)Interferência
C
Resolução comentada
Um polarizador seleciona uma direção de oscilação do campo elétrico perpendicular à propagação. A possibilidade de selecionar essa orientação revela o caráter transversal da luz. Fenômenos como reflexão e interferência também ocorrem com ondas longitudinais.
Alternativa C.
Q24
Física moderna — Energia de um fóton
Segundo Einstein, a energia carregada pelos quanta de luz, mais tarde denominados fótons, é:
A)E = kx²/2, onde k é a constante de elasticidade e x é o deslocamento.
B)E = eV, onde e é a carga do elétron e V é o potencial elétrico.
C)E = mc², onde m é a massa e c é a velocidade da luz.
D)E = hf, onde h é a constante de Planck e f é a freqüência.
E)E = mv, onde m é a massa e v é a velocidade.
D
Resolução comentada
A energia de um quantum de luz é proporcional à frequência da radiação. A constante de proporcionalidade é a constante de Planck, de unidade \(\mathrm{J\,s}\). Assim \(E=hf\), com \(f\) em hertz e \(E\) em joules.
Alternativa D.
Q25
Física moderna — Experimento de Rutherford
Rutherford foi uma das primeiras pessoas a obter evidências experimentais da estrutura do átomo. Para isso, que tipo de partículas ele lançava sob uma fina lâmina metálica?
A)Beta
B)Alfa
C)Nêutrons
D)Elétrons
E)Prótons
B
Resolução comentada
O feixe lançado contra a lâmina era de partículas alfa, núcleos de hélio com carga positiva. Os grandes desvios observados em uma pequena parte do feixe ajudaram a identificar a concentração de carga positiva no núcleo atômico.
Alternativa B.
Q26
Eletromagnetismo — Sentido e raio das órbitas
Duas partículas, uma com massa m1 e carga q1 e outra com massa m2 e carga q2, descrevem trajetórias circulares de mesmo raio em uma região com campo magnético constante e uniforme, sendo uma trajetória no sentido horário e outra no sentido anti-horário. Considere as afirmativas:
I) m1=m2 , |q1|=|q2|
II) q1 X q2 > 0
III) q1 X q2 < 0
Com base na situação acima, podemos dizer que apenas
A)I está correta.
B)II está correta.
C)III está correta.
D)I e II estão corretas.
E)I e III estão corretas.
C
Resolução comentada
A força \(\vec F=q\vec v\times\vec B\) curva a trajetória. Num mesmo campo uniforme, os sentidos de rotação opostos indicam cargas de sinais opostos, então \(q_1q_2<0\). A igualdade dos raios exige apenas igualdade de \(mv/|q|\), pois \(r=mv/(|q|B)\). Ela não impõe massas ou módulos de carga iguais. Apenas III está correta.
Alternativa C.
Q27
Eletricidade — Efeito Joule e calorimetria
Um resistor é utilizado para aquecer um litro de água, sendo fornecida uma corrente contínua de 1 ampère. Sabendo que o tempo necessário para elevar a temperatura da água de 25 °C para 80 °C é de 7 minutos nesse aparelho, e considerando que toda potência dissipada por R é utilizada para aquecer a água, o resistor possui resistência de:
A)420 ohms
B)550 ohms
C)70 ohms
D)55 ohms
E)720 ohms
B
Resolução comentada
Um litro de água tem massa aproximada de \(1\,\mathrm{kg}\). Usando \(c\simeq4{,}2\times10^3\,\mathrm{J/(kg\,K)}\), o aquecimento de 25 a 80 °C requer \(Q=mc\Delta T=2{,}31\times10^5\,\mathrm J\). O resistor fornece \(I^2Rt\) em \(7\,\mathrm{min}=420\,\mathrm s\). Igualando as energias, \(R=Q/(I^2t)=550\,\Omega\).
Alternativa B.
Q28
Eletricidade — Resistência equivalente máxima
Considere três resistores R1, R2 e R3, sendo que dois possuem a mesma resistência e o terceiro uma resistência igual ao valor de quando os outros dois resistores são ligados em série. Seja R o menor valor da resistência entre R1, R2 e R3. Os três resistores são combinados formando um resistor com resistência equivalente Req, que é ligado como uma carga de saída de um gerador. Sabendo que Req é configurado para exigir a menor corrente do gerador, a razão Req/R será
A)3/4
B)1/3
C)3
D)4
E)4/3
D
Resolução comentada
As três resistências são \(R\), \(R\) e \(2R\). Para a mesma força eletromotriz, a menor corrente corresponde à maior resistência total. A ligação em série soma as três resistências e dá \(R_\mathrm{eq}=4R\). Colocar resistores em paralelo reduziria a resistência equivalente. Logo \(R_\mathrm{eq}/R=4\).
Alternativa D.
Q29
Eletricidade — Curva característica do gerador
Considere um gerador constituído de uma fonte de força eletromotriz ε e uma resistência interna r. Ao medirmos a tensão e a corrente nos terminais do gerador, é obtido o gráfico
onde U é a tensão no terminal do gerador e i a corrente fornecida pelo gerador. Neste caso, a força eletromotriz e a resistência interna serão respectivamente
A)20V e 2 ohms
B)10V e 20 ohms
C)20 V e 10 ohms
D)10 V e 2 ohms
E)1 V e 2 ohms
A
Resolução comentada
A tensão nos terminais segue \(U=\varepsilon-ri\). O gráfico cruza o eixo da tensão em \(20\,\mathrm V\) para \(i=0\), portanto \(\varepsilon=20\,\mathrm V\). A reta chega a \(U=0\) em \(10\,\mathrm A\). O módulo da inclinação é \(r=20\,\mathrm V/(10\,\mathrm A)=2\,\Omega\).
Alternativa A.
Q30
Eletromagnetismo — Cancelamento do campo de espiras
Considere duas espiras circulares concêntricas e contidas em um mesmo plano, uma com raio R1 e outra com raio R2. Na espira de raio R1 circula uma corrente constante i1 no sentido horário, e na espira de raio R2 circula uma corrente constante i2. Sabendo que o campo magnético no centro comum das espiras é zero, podemos afirmar que
A)i1 = i2
B)i1 x R1 = - i2 x R2, com i2 no sentido anti-horário
C)i1 x R2 = i2 x R1, com i2 no sentido horário
D)i1 x R1 = i2 x R2, com i2 no sentido horário
E)i1 x R2 = - i2 x R1, com i2 no sentido anti-horário
E
Resolução comentada
No centro de uma espira circular, \(B=\mu_0|i|/(2R)\). Os campos se cancelam se tiverem sentidos opostos e módulos iguais. Pela regra da mão direita, a segunda corrente deve ser anti-horária. Tomando o sentido horário como positivo, \(i_1/R_1+i_2/R_2=0\), logo \(i_1R_2=-i_2R_1\).
