Respostas autorais baseadas no caderno original. A conferência com o gabarito do IFSul está pendente.
Q21
Conversão de Fahrenheit para Celsius
Por que a vodca não congela no freezer residencial? Esse é o questionamento feito por um estudante ao seu professor de Física, em que obtém, a seguinte resposta: “A vodca contém aproximadamente 50% de álcool, cuja temperatura de congelamento é próxima a – 175˚F. Essa quantidade de álcool é suficiente para que a vodca suporte a temperatura do freezer doméstico sem passar ao estado sólido”. Buscando compreender melhor a explicação do professor, o estudante converte a temperatura em Fahrenheit, da escala termométrica, utilizada na explicação, para graus Celsius.
Supondo que o cálculo do estudante esteja correto, qual é o valor encontrado?
A)– 115˚C
B)– 80˚C
C)– 175˚C
D)– 35˚C
A Alternativa A. Resposta autoral.
Resolução comentada
A questão pede a conversão de uma leitura de temperatura. Subtraímos $32$ para alinhar os zeros das escalas e multiplicamos por $5/9$ para ajustar o tamanho do intervalo.
Esse é o valor citado convertido para Celsius. A temperatura de congelamento da mistura depende de sua composição.
Alternativa A.
Q22
Efeito Doppler no radar
O efeito Doppler é caracterizado pela mudança da frequência de uma onda percebida por um observador, em virtude do movimento relativo, de aproximação ou de afastamento, entre a fonte e esse observador. Tal efeito apresenta muitas aplicações práticas, dentre elas a determinação da velocidade de rotação de um tornado por uma antena de radar. Para isso, a antena pode medir a velocidade das gotas de água que se movem em direção à antena de um lado e que se afastam da antena de outro lado, resultando em um cálculo para determinação da velocidade.
Figura extraída de Trefil & Hazen. Física Viva, vol. 2. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
Levando em consideração o texto e os conhecimentos científicos sobre o efeito Doppler, qual é a alternativa que apresenta a explicação correta para a determinação da velocidade de rotação do tornado?
A)Na região A, a frequência da onda refletida é maior do que na região B. Isso ocorre porque, na aproximação entre as gotas de água do tornado e a antena do radar, a frequência da onda aumenta.
B)Na região A, a frequência da onda refletida é menor do que na região B. Isso ocorre porque, na aproximação entre as gotas de água do tornado e a antena do radar, a frequência da onda diminui.
C)Nas regiões A e B, a frequência da onda refletida aumenta, e o comprimento de onda diminui, em virtude do movimento de rotação do tornado.
D)Nas regiões A e B, a frequência da onda não se altera. A velocidade de rotação do tornado é determinada a partir da variação do comprimento de onda entre a onda incidente e a refletida.
A Alternativa A. Resposta autoral.
Resolução comentada
Na figura, as gotas do lado A se aproximam da antena e as do lado B se afastam. Por efeito Doppler, a aproximação eleva a frequência do eco e o afastamento a reduz. Assim, a frequência recebida de A é maior que a recebida de B.
Os desvios medidos permitem determinar as componentes das velocidades das gotas na direção do radar e identificar a rotação.
Alternativa A.
Q23
Espectro da luz visível
A luz é uma onda eletromagnética com faixa de frequência compreendida entre 3,85·10¹⁴ Hz e 7,69·10¹⁴ Hz, conforme apresentado na tabela abaixo.
Considerando a velocidade de propagação da luz igual a 3·10⁸ m/s, e os conhecimentos físicos sobre ondas eletromagnéticas, analise as afirmativas a seguir:
I. O vermelho, cor de menor frequência do espectro visível, é também a onda luminosa de menor comprimento de onda.
II. O azul, com frequência de 6·10¹⁴ Hz, possui comprimento de onda λ = 5·10⁻⁷ m.
III. Qualquer cor do espectro luminoso, ao sofrer reflexão e refração, mantém inalterada sua frequência.
Está (ão) correta (s) a(s) afirmativa(s)
A)I, apenas.
B)II, apenas.
C)II e III, apenas.
D)I, II e III.
C Alternativa C pelo cálculo de II, com ressalva sobre a cor indicada. Resposta autoral.
Resolução comentada
No modelo da questão, $\lambda=c/f$. A afirmativa I é falsa, pois a menor frequência do vermelho corresponde ao maior comprimento de onda.
O cálculo de II está correto. Pela tabela, porém, $6{,}0\times10^{14}\,\mathrm{Hz}$ está na faixa do verde. III é verdadeira para interfaces em repouso, pois a frequência se mantém na reflexão e na refração. A leitura que privilegia o cálculo de II leva a C. Pela classificação estrita da tabela, apenas III seria verdadeira, combinação ausente nas alternativas.
Alternativa C pelo cálculo de II, com ressalva sobre a cor indicada.
Q24
Correção da miopia
João, um estudante de ensino médio, leva para a aula de Física sua receita oftalmológica, para que possa debater com o professor e seus colegas o possível defeito de visão que possui.
Considerando que João tem dificuldade de enxergar objetos distantes e que a solução para seu problema é a utilização de óculos com lentes esféricas divergentes, é correto afirmar que o defeito de visão que esse estudante apresenta é
A)astigmatismo.
B)hipermetropia.
C)miopia.
D)estrabismo.
C Alternativa C. Resposta autoral.
Resolução comentada
A receita indica potências esféricas negativas para longe, que correspondem a lentes divergentes. Na miopia, os raios vindos de um objeto distante convergem antes da retina quando o olho está relaxado.
A lente divergente reduz a convergência do conjunto e desloca o foco até a retina.
Alternativa C.
Q25
Polarização da luz refletida
Leia o texto e responda à questão 25.
Lentes Polarizadas
“Boa parte da luz refletida em superfícies não metálicas é polarizada. O brilho do vidro ou da água é um bom exemplo. A não ser para incidência perpendicular, o raio refletido contém mais vibrações paralelas à superfície refletora, enquanto o feixe transmitido contém mais vibrações em ângulos retos com as vibrações da luz refletida. O brilho das superfícies refletoras pode ser diminuído consideravelmente usando-se óculos escuros com lentes polaroides”
Fonte: HEWITT, Paul. Física Conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2015.
Um motorista de automóvel, buscando filtrar a luz refletida pelo asfalto, deseja comprar um óculos com lente polarizada. Para tanto, o eixo de polarização mais adequado é o plano
A)vertical para as duas lentes.
B)horizontal para as duas lentes.
C)vertical para a lente esquerda e plano horizontal para a lente direita.
D)horizontal para a lente esquerda e plano vertical para a lente direita.
A Alternativa A. Resposta autoral.
Resolução comentada
O asfalto é aproximadamente horizontal. A luz refletida obliquamente tem uma componente de polarização predominante paralela à superfície. Como o eixo de transmissão da lente deixa passar a componente paralela a ele, eixos verticais nas duas lentes atenuam o brilho horizontal nos dois olhos.
Alternativa A.
Q26
Refração da água para o ar
Você já deve ter percebido que um objeto parece ter uma forma anormal quando mergulhado parcialmente em água, como representado na fotografia ao lado, na qual um pincel está parcialmente mergulhado em um copo com água. Essa ilusão é causada pelo fenômeno ondulatório chamado refração da luz, que ocorre quando a luz refletida pelo pincel muda de meio de propagação, passando da água para o ar.
A explicação adequada para o fenômeno está na seguinte afirmação:
A)Quando um feixe de luz passa da água para o ar, sua velocidade de propagação não se altera, o que provoca alteração na sua direção de propagação.
B)Embora os meios ar e água apresentem o mesmo índice de refração, a velocidade de propagação da luz altera-se ao passar de um meio para o outro, gerando desvio de feixes de luz.
C)O desvio dos feixes de luz deve-se meramente à ilusão de óptica gerada pela associação entre os meios água e vidro.
D)Como o ar e a água apresentam diferentes índices de refração, a velocidade de propagação da luz é diferente de um meio para outro, causando o desvio de feixes de luz.
D Alternativa D. Resposta autoral.
Resolução comentada
A água tem índice de refração maior que o ar. Pela relação $v=c/n$, a luz ganha velocidade ao sair da água. Para incidência oblíqua, a lei de Snell dá $n_{\mathrm{água}}\sin\theta_{\mathrm{água}}=n_{\mathrm{ar}}\sin\theta_{\mathrm{ar}}$, de modo que o raio se afasta da normal.
O olho prolonga em linha reta os raios refratados e localiza a parte submersa em outra posição aparente. Daí o aspecto de pincel dobrado.
Alternativa D.
Q27
Aquecimento solar da água
Como consequência da busca cada vez maior pelo uso de energias renováveis, tem aumentado a utilização de energia solar para geração de energia elétrica e para aquecimento de água nas residências brasileiras.
A todo momento, o Sol emite grandes quantidades de energia para o espaço, e uma pequena parte dessa energia atinge a Terra. A quantidade de energia solar recebida, a cada unidade de tempo, por unidade de área, varia de acordo com o ângulo de inclinação dos raios solares em relação à superfície. Essa grandeza física é chamada de potência solar. Considere que em determinada região do Brasil, a potência solar vale 200 W/m² e que uma placa solar para aquecimento de água tem área útil de 10 m².
Considerando que todo calor absorvido pela placa é convertido em aquecimento da água e que o fluxo de água é de 5 litros (m = 5000 g) a cada 1 minuto, e adotando o calor específico da água igual a 4 J/g.˚C, qual é a elevação de temperatura que a placa solar é capaz de impor à água?
A)2˚C.
B)4˚C.
C)6˚C.
D)10˚C.
C Alternativa C. Resposta autoral.
Resolução comentada
Multiplicamos a potência por unidade de área pela área útil da placa: $P=(200\,\mathrm{W/m^2})(10\,\mathrm{m^2})=2000\,\mathrm W$. Em $60\,\mathrm s$, a energia recebida é $Q=P\Delta t=120\,000\,\mathrm J$.
Essa energia aquece os $5000\,\mathrm g$ de água que passam em um minuto. Pela calorimetria,
Em um recipiente termicamente isolado são misturados 400 g de água, inicialmente a temperatura de 20˚C, com uma pequena barra de aço, de massa 500 g e inicialmente a 80˚C.
Considerando que ocorre trocas de energia, na forma de calor, apenas entre a água e o ferro e que o calor específico da água e do aço são respectivamente iguais a 1,0 cal/g.˚C e 0,12 cal/g.˚C, a temperatura de equilíbrio térmico é aproximadamente igual a
A)20˚C.
B)28˚C.
C)40˚C.
D)60˚C.
B Alternativa B. Resposta autoral.
Resolução comentada
Como o recipiente está isolado, a energia perdida pela barra de aço é recebida pela água. As capacidades térmicas são $400\,\mathrm{cal}/{}^\circ\mathrm C$ para a água e $60\,\mathrm{cal}/{}^\circ\mathrm C$ para o aço.
A temperatura de equilíbrio é $27{,}8\,{}^\circ\mathrm C$, aproximadamente $28\,{}^\circ\mathrm C$.
Alternativa B.
Q29
Dilatação linear de uma ponte
Em virtude de variações de temperatura, aquecimento e resfriamento, os materiais alteram suas dimensões. Em pontes, por exemplo, são colocadas “juntas de dilatação”, para que não ocorra deformação dos materiais com a variação do comprimento da construção.
Considerando o coeficiente de dilatação linear do concreto igual a 7·10⁻⁶ ˚C⁻¹, cada 100 m de comprimento da ponte, ao sofrer uma variação de temperatura de 20˚C da manhã para a tarde, irá dilatar
Figura extraída de HEWITT, Paul. Física Conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2015.
A)0,10 cm.
B)1,40 cm.
C)2,80 cm.
D)7,40 cm.
B Alternativa B. Resposta autoral.
Resolução comentada
A junta da figura deixa espaço para a expansão longitudinal. Para um trecho de $100\,\mathrm m$, a dilatação é proporcional ao comprimento inicial e à variação de temperatura.
Os espelhos esféricos, que podem ser classificados como côncavo ou convexo, apresentam como superfície refletora a parte interna ou externa de uma calota esférica.
Disponível em: <https://www.resumoescolar.com.br/fisica/espelhos-esfericos/>. Acesso em: 03 set. 2019. Considere um espelho esférico de Gauss, do tipo convexo, semelhante ao da imagem, com raio de curvatura é igual a 1,0 m. Uma pessoa, com 1,7 m de altura, coloca-se em pé na frente do espelho, a uma distância de 2 m de sua superfície.
Nessas condições, qual é o tamanho da imagem formada e suas características?
A)34 cm, direita e virtual.
B)34 cm, direita e real.
C)1,3 m, invertida e real.
D)1,3 m, direita e virtual.
A Alternativa A. Resposta autoral.
Resolução comentada
Para o espelho convexo, $f=-R/2=-0{,}50\,\mathrm m$. Com o objeto real a $p=2\,\mathrm m$, a equação de Gauss dá
O sinal negativo indica imagem virtual. O aumento $A=-p\prime/p=+0{,}20$ indica imagem direita e reduzida. Sua altura é $0{,}20(1{,}7\,\mathrm m)=0{,}34\,\mathrm m=34\,\mathrm{cm}$.
