Física (Q21–30) — prova transcrita, ilustrada e resolvida pelo Método TEF.
Dados da prova
Vestibular IFSul 2019/Verão — Forma Subsequente
Questões 21–30
10 questões de Física
Caderno Único. Câmpus: Camaquã, Jaguarão, Lajeado, Passo Fundo, Pelotas, Pelotas - Visconde da Graça, Santana do Livramento, Sapiranga, Venâncio Aires e Novo Hamburgo.
Q21
Mecânica — Cinemática — Movimento uniforme e tempo de reação
Leia com atenção o texto abaixo, para responder às questões 21 e 22.
A nota técnica número $148/92$, da Companhia de Engenharia de Tráfego da cidade de São Paulo, já alertava para a importância do tempo de reação do motorista na frenagem, bem como para a necessidade de ser considerado esse tempo no cálculo de distâncias seguras até parar. O Físico Jearl Walker, da Universidade Estadual de Cleveland, define a distância percorrida até o carro parar como sendo aquela obtida pela soma da distância de reação, que é igual à velocidade inicial multiplicada pelo tempo de reação do motorista, com a distância de frenagem, que é a distância percorrida pelo carro enquanto está freando até parar.
A tabela abaixo mostra os valores da velocidade inicial, da distância de reação, da distância de frenagem e da distância total até parar, para um veículo de teste. Considera-se ainda que a frenagem ocorreu com aceleração constante.
Velocidade inicial
Distância de reação
Distância de frenagem
Distância total até parar
$20{,}00\,\text{m/s}$
$17{,}00\,\text{m}$
$25{,}00\,\text{m}$
$42{,}00\,\text{m}$
$25{,}00\,\text{m/s}$
$21{,}25\,\text{m}$
$39{,}00\,\text{m}$
$60{,}25\,\text{m}$
$30{,}00\,\text{m/s}$
$25{,}50\,\text{m}$
$56{,}25\,\text{m}$
$81{,}75\,\text{m}$
Considerando os dados da tabela acima, o tempo de reação do motorista até começar a frear é igual a
A)$0{,}80\,\text{s}$.
B)$0{,}85\,\text{s}$.
C)$1{,}00\,\text{s}$.
D)$1{,}17\,\text{s}$.
B
Resolução comentada
Durante o tempo de reação $t_r$, o veículo mantém velocidade constante igual à velocidade inicial $v_0$. Usando a primeira linha da tabela, temos $d_r = v_0 \cdot t_r \Rightarrow 17{,}00 = 20{,}00 \cdot t_r$, de onde obtemos $t_r = \frac{17{,}00}{20{,}00} = 0{,}85\,\text{s}$. O mesmo valor se confirma nas demais linhas ($21{,}25 / 25{,}00 = 0{,}85\,\text{s}$ e $25{,}50 / 30{,}00 = 0{,}85\,\text{s}$).
Alternativa B.
Q22
Mecânica — Cinemática — Movimento uniformemente variado e Torricelli
Leia com atenção o texto abaixo, para responder às questões 21 e 22.
A nota técnica número $148/92$, da Companhia de Engenharia de Tráfego da cidade de São Paulo, já alertava para a importância do tempo de reação do motorista na frenagem, bem como para a necessidade de ser considerado esse tempo no cálculo de distâncias seguras até parar. O Físico Jearl Walker, da Universidade Estadual de Cleveland, define a distância percorrida até o carro parar como sendo aquela obtida pela soma da distância de reação, que é igual à velocidade inicial multiplicada pelo tempo de reação do motorista, com a distância de frenagem, que é a distância percorrida pelo carro enquanto está freando até parar.
A tabela abaixo mostra os valores da velocidade inicial, da distância de reação, da distância de frenagem e da distância total até parar, para um veículo de teste. Considera-se ainda que a frenagem ocorreu com aceleração constante.
Velocidade inicial
Distância de reação
Distância de frenagem
Distância total até parar
$20{,}00\,\text{m/s}$
$17{,}00\,\text{m}$
$25{,}00\,\text{m}$
$42{,}00\,\text{m}$
$25{,}00\,\text{m/s}$
$21{,}25\,\text{m}$
$39{,}00\,\text{m}$
$60{,}25\,\text{m}$
$30{,}00\,\text{m/s}$
$25{,}50\,\text{m}$
$56{,}25\,\text{m}$
$81{,}75\,\text{m}$
Os dados da tabela acima permitem concluir que a aceleração retardadora a que o veículo foi submetido tem módulo igual a
A)$4{,}76\,\text{m/s}^{2}$
B)$8{,}00\,\text{m/s}^{2}$
C)$10{,}00\,\text{m/s}^{2}$
D)$11{,}76\,\text{m/s}^{2}$
B
Resolução comentada
Na etapa de frenagem, o veículo parte de $v_0 = 20{,}00\,\text{m/s}$ e atinge o repouso ($v = 0$) após percorrer $\Delta s_f = 25{,}00\,\text{m}$ com aceleração constante. Aplicando a equação de Torricelli: $v^2 = v_0^2 - 2a\Delta s_f \Rightarrow 0 = 20^2 - 2a(25) \Rightarrow 50a = 400 \Rightarrow a = 8{,}00\,\text{m/s}^2$.
Alternativa B.
Q23
Mecânica — Dinâmica — Força de atrito estático
Leia com atenção o texto abaixo, para responder às questões 23 e 24.
Em uma construção, será necessário arrastar uma caixa sobre uma superfície horizontal, conforme ilustra a figura ao lado. Para tanto, verifica-se que a caixa tem massa de $200\,\text{kg}$ e que os coeficientes de atrito estático e dinâmico entre as superfícies de contato da caixa e do plano são, respectivamente, $0{,}5$ e $0{,}3$. Sabe-se ainda que cada trabalhador dessa construção exerce uma força horizontal de $200\,\text{N}$ e que um só trabalhador não é capaz de fazer o serviço sozinho. Considere que todos os trabalhadores exercem forças horizontais no mesmo sentido e que a aceleração da gravidade no local tem módulo igual a $10\,\text{m/s}^{2}$. Após colocar a caixa em movimento, os trabalhadores a deslocam com velocidade constante por uma distância de $12\,\text{m}$.
Quantos trabalhadores serão necessários para conseguir colocar a caixa em movimento?
A)$3$
B)$4$
C)$5$
D)$6$
D
Resolução comentada
Em superfície horizontal sem forças verticais extras, a normal iguala o peso: $N = P = m \cdot g = 200 \cdot 10 = 2000\,\text{N}$. A força de atrito estático máximo vale $f_{e,\text{máx}} = \mu_e \cdot N = 0{,}5 \cdot 2000 = 1000\,\text{N}$. Com $5$ trabalhadores, a força resultante aplicada é $5 \cdot 200 = 1000\,\text{N}$, colocando a caixa na iminência de movimento. Para superar o atrito estático máximo e efetivamente iniciar o movimento ($F > 1000\,\text{N}$), são necessários no mínimo $6$ trabalhadores ($6 \cdot 200 = 1200\,\text{N}$).
Alternativa D.
Q24
Mecânica — Dinâmica — Força de atrito cinético e equilíbrio dinâmico
Leia com atenção o texto abaixo, para responder às questões 23 e 24.
Em uma construção, será necessário arrastar uma caixa sobre uma superfície horizontal, conforme ilustra a figura ao lado. Para tanto, verifica-se que a caixa tem massa de $200\,\text{kg}$ e que os coeficientes de atrito estático e dinâmico entre as superfícies de contato da caixa e do plano são, respectivamente, $0{,}5$ e $0{,}3$. Sabe-se ainda que cada trabalhador dessa construção exerce uma força horizontal de $200\,\text{N}$ e que um só trabalhador não é capaz de fazer o serviço sozinho. Considere que todos os trabalhadores exercem forças horizontais no mesmo sentido e que a aceleração da gravidade no local tem módulo igual a $10\,\text{m/s}^{2}$. Após colocar a caixa em movimento, os trabalhadores a deslocam com velocidade constante por uma distância de $12\,\text{m}$.
Após colocar a caixa em movimento, quantos trabalhadores serão necessários para manter a caixa deslocando-se com velocidade constante?
A)$3$
B)$4$
C)$5$
D)$6$
A
Resolução comentada
Em movimento retilíneo uniforme (velocidade constante), a força resultante sobre a caixa é nula, de modo que a força motora deve equilibrar a força de atrito cinético (dinâmico): $F = f_d = \mu_d \cdot N = 0{,}3 \cdot 2000 = 600\,\text{N}$. Como cada trabalhador aplica $200\,\text{N}$, o número de trabalhadores necessários é $n = \frac{600}{200} = 3$.
Alternativa A.
Q25
Termologia — Mudanças de fase — Influência da pressão na ebulição
A tabela abaixo mostra os valores da temperatura de ebulição da água em função da pressão a que a água está sendo submetida.
Pressão ($\text{atm}$)
Temperatura de Ebulição ($^\circ\text{C}$)
$0{,}474$
$80{,}0$
$1{,}0$
$100{,}0$
$2{,}0$
$120{,}0$
$5{,}0$
$152{,}0$
$10{,}0$
$180{,}0$
Com base na tabela e nos conhecimentos de calorimetria, analise as afirmativas a seguir:
I. Quanto maior a altitude local, menor será a temperatura de ebulição da água.
II. Quanto maior a pressão exercida na água, maior será a sua temperatura de ebulição.
III. Em uma panela de pressão, a temperatura da água no estado líquido não poderá ultrapassar os $100^{\circ}\text{C}$.
IV. À pressão de $0{,}474\,\text{atm}$ e à temperatura de $90^{\circ}\text{C}$, a água estará no estado líquido.
Estão corretas apenas as afirmativas
A)I e II.
B)II e III.
C)I e IV.
D)III e IV.
A
Resolução comentada
I. Verdadeira: em maiores altitudes, a pressão atmosférica é menor, reduzindo o ponto de ebulição. II. Verdadeira: observa-se diretamente na tabela que a temperatura de ebulição cresce de $80^\circ\text{C}$ a $180^\circ\text{C}$ à medida que a pressão sobe de $0{,}474\,\text{atm}$ a $10{,}0\,\text{atm}$. III. Falsa: a panela de pressão eleva a pressão interna acima de $1\,\text{atm}$, permitindo que a água permaneça líquida em temperaturas superiores a $100^\circ\text{C}$ (por volta de $120^\circ\text{C}$). IV. Falsa: sob $0{,}474\,\text{atm}$, a água ferve a $80{,}0^\circ\text{C}$; portanto, a $90^\circ\text{C}$ já se encontra no estado de vapor.
Alternativa A.
Q26
Ondas — Ondas estacionárias — Equação de Taylor e harmônicos em cordas
A figura ao lado representa um aparato experimental para demonstração de ondas estacionárias em cordas. O experimento, conhecido como gerador de ondas estacionárias, é composto por um vibrador, um dinamômetro, uma corda e uma base sólida para fixação do aparato. Sabe-se que a corda utilizada tem comprimento igual a $1\,\text{metro}$ e massa igual a $10\,\text{gramas}$.
Considerando a onda estacionária gerada no momento em que a foto do experimento foi registrada e o fato de, nesse instante, o dinamômetro indicar uma força de tensão de $156{,}25\,\text{Newtons}$, a frequência de vibração da fonte é igual a
A)$6{,}00\,\text{Hz}$.
B)$93{,}75\,\text{Hz}$.
C)$156{,}25\,\text{Hz}$.
D)$187{,}50\,\text{Hz}$.
D
Resolução comentada
A densidade linear da corda é $\mu = \frac{m}{L} = \frac{10 \times 10^{-3}\,\text{kg}}{1\,\text{m}} = 10^{-2}\,\text{kg/m}$. Pela equação de Taylor, a velocidade de propagação da onda na corda vale: $$v = \sqrt{\frac{T}{\mu}} = \sqrt{\frac{156{,}25}{10^{-2}}} = \sqrt{15625} = 125\,\text{m/s}$$ Observando a fotografia do experimento, nota-se a formação de $n = 3$ fusos (ventres), o que corresponde ao 3º harmônico. Assim, $L = 3\frac{\lambda}{2} \Rightarrow \lambda = \frac{2L}{3} = \frac{2}{3}\,\text{m}$. Pela equação fundamental da ondulatória, a frequência da fonte é: $$f = \frac{v}{\lambda} = \frac{125}{2/3} = \frac{375}{2} = 187{,}50\,\text{Hz}$$
Alternativa D.
Q27
Óptica — Lentes esféricas — Equação de Gauss e aumento linear
Diante de uma lente convergente, cuja distância focal é de $15\,\text{cm}$, coloca-se um objeto linear de altura desconhecida. Sabe-se que o objeto encontra-se a $60\,\text{cm}$ da lente. Após, o mesmo objeto é colocado a $60\,\text{cm}$ de uma lente divergente, cuja distância focal também é de $15\,\text{cm}$.
A razão entre o tamanho da imagem conjugada pela lente convergente e o tamanho da imagem conjugada pela lente divergente é igual a
A)$1/3$
B)$1/5$
C)$3/5$
D)$5/3$
D
Resolução comentada
O aumento linear transversal em módulo é dado por $|A| = \frac{|i|}{o} = \frac{|f|}{|p - f|}$. 1. Para a lente convergente ($f_1 = +15\,\text{cm}$ e $p = 60\,\text{cm}$): $$|i_1| = o \cdot \frac{15}{|60 - 15|} = o \cdot \frac{15}{45} = \frac{o}{3}$$ 2. Para a lente divergente ($f_2 = -15\,\text{cm}$ e $p = 60\,\text{cm}$): $$|i_2| = o \cdot \frac{|-15|}{|60 - (-15)|} = o \cdot \frac{15}{75} = \frac{o}{5}$$ Calculando a razão entre os tamanhos das imagens: $$\frac{|i_1|}{|i_2|} = \frac{o/3}{o/5} = \frac{5}{3}$$
Alternativa D.
Q28
Eletricidade — Eletrostática — Equilíbrio de uma carga de prova
Considere duas partículas eletrizadas, $P_{1}$ e $P_{2}$, ambas com cargas iguais e positivas, localizadas, respectivamente, a $0{,}5\,\text{metros}$ à esquerda e a $0{,}5\,\text{metros}$ à direita da origem de um eixo $X$. Nesse eixo, sabe-se que não há influência de outras cargas.
Se uma terceira carga de prova for colocada na origem do eixo $X$, ela
A)ficará em repouso.
B)será acelerada para a direita.
C)será acelerada para a esquerda.
D)entrará em movimento retilíneo uniforme.
A
Resolução comentada
Como $P_1$ e $P_2$ possuem cargas idênticas ($Q_1 = Q_2 = +Q$) e estão equidistantes da origem ($d_1 = d_2 = 0{,}5\,\text{m}$), os vetores campo elétrico gerados por cada uma na origem possuem o mesmo módulo ($E_1 = E_2 = \frac{kQ}{0{,}5^2}$), mesma direção (eixo $X$) e sentidos opostos. Assim, o campo elétrico resultante na origem é nulo ($\vec{E}_R = \vec{0}$). Como $\vec{F}_R = q \cdot \vec{E}_R = \vec{0}$, a carga de prova colocada em repouso na origem permanecerá em equilíbrio estático (em repouso), independentemente de seu sinal.
Alternativa A.
Q29
Eletricidade — Eletrostática — Potencial e campo em esfera condutora
A figura ao lado ilustra, graficamente, o comportamento do Potencial Elétrico $V$, em função da Distância até o centro, de uma esfera condutora de raio $R$, eletrizada com carga positiva $Q$ e em equilíbrio eletrostático. Considere a origem do sistema de coordenadas localizado no centro da esfera.
Com base no gráfico e em seus conhecimentos de eletrostática, analise as seguintes afirmativas:
I. O potencial elétrico no interior da esfera é nulo.
II. O potencial elétrico no interior da esfera é igual em todos os pontos.
III. O campo elétrico no interior da esfera é nulo.
Estão corretas as afirmativas
A)I e II, apenas.
B)II e III, apenas.
C)I e III, apenas.
D)I, II e III.
B
Resolução comentada
I. Falsa: no gráfico, entre $0$ e $R$, o potencial $V$ é positivo e igual ao potencial da superfície ($V = \frac{kQ}{R} \neq 0$). II. Verdadeira: o trecho horizontal de $0$ a $R$ indica que todo o condutor em equilíbrio eletrostático é equipotencial. III. Verdadeira: no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático, as cargas em excesso distribuem-se na superfície externa e o campo elétrico interno é nulo.
Alternativa B.
Q30
Eletricidade — Eletrodinâmica — Associação de resistores em paralelo
Três resistores ôhmicos, $R_{1}=2\,\Omega$, $R_{2}=4\,\Omega$ e $R_{3}=4\,\Omega$, estão associados em paralelo. Quando ligados a um gerador ideal, a corrente elétrica total no circuito é igual a $12\,\text{A}$.
A corrente elétrica e a diferença de potencial elétrico no resistor $R_{1}$ são iguais a
A)$12\,\text{A}$ e $12\,\text{V}$.
B)$12\,\text{A}$ e $6\,\text{V}$.
C)$6\,\text{A}$ e $12\,\text{V}$.
D)$6\,\text{A}$ e $6\,\text{V}$.
C
Resolução comentada
Primeiro, determinamos a resistência equivalente da associação em paralelo: $$\frac{1}{R_{\text{eq}}} = \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \frac{1}{4} = \frac{2 + 1 + 1}{4} = \frac{4}{4} = 1\,\Omega^{-1} \Rightarrow R_{\text{eq}} = 1\,\Omega$$ Como os resistores estão em paralelo, todos estão submetidos à mesma diferença de potencial (ddp) do circuito: $$U = R_{\text{eq}} \cdot i_{\text{total}} = 1 \cdot 12 = 12\,\text{V}$$ Por fim, pela Primeira Lei de Ohm aplicada ao resistor $R_1 = 2\,\Omega$: $$i_1 = \frac{U}{R_1} = \frac{12}{2} = 6\,\text{A}$$
