IFSul · 2020/Verão (Subsequente) — Questões de Física comentadas — Método TEF

Q21
Mecânica — Cinemática — Gráficos do movimento

Dois estudantes de Física resolveram gravar o movimento de um objeto e, utilizando um software de vídeo análise, analisaram as características do movimento executado pelo objeto com o passar do tempo. Durante o processo de vídeo análise, os estudantes obtiveram no software dois gráficos, os quais estão ilustrados nas figuras abaixo. Na figura 1, o gráfico representa o comportamento da velocidade do objeto em função do tempo e, na figura 2, o gráfico representa o comportamento da posição do objeto em função do tempo.

A partir da análise dos gráficos, os estudantes fizeram as seguintes afirmativas:

I. No intervalo de 5 s até 15 s, o objeto estava em repouso.

II. No intervalo de 15 s até 25 s, o objeto estava em movimento regressivo.

III. No instante 20 s, o objeto estava em repouso.

IV. No intervalo de 0s a 40 s, a velocidade escalar média do objeto foi de 7,5 m/s.

Estão corretas apenas as afirmativas

Gráficos de velocidade e posição em função do tempo.
A)I e II.
B)III e IV.
C)I e IV.
D)II e III.
B Alternativa B, se a IV indicar rapidez média. Resposta autoral.
Resolução comentada

No gráfico de velocidade, de 5 a 15 s a velocidade vale $+5\,\mathrm{m/s}$, o que torna I falsa. Entre 15 e 25 s ela passa de positiva a negativa, cruzando zero em 20 s. Assim, II é falsa e III é verdadeira. O máximo no gráfico da posição confirma que a velocidade instantânea se anula aos 20 s.

Pelo gráfico da posição, o objeto vai de 0 a 150 m e retorna a 0. Se a afirmação IV usa “velocidade escalar média” no sentido de rapidez média, temos

$$v_{\mathrm{rapidez}}=\frac{150+150}{40}=7{,}5\,\mathrm{m/s}.$$

Com essa interpretação, III e IV dão a alternativa B. Se a expressão designa a velocidade média com sinal, usa-se o deslocamento e o resultado é zero. Nessa leitura, somente III é verdadeira.

As escalas dos dois gráficos também são incompatíveis. A área positiva sob a curva da velocidade é de 75 m, enquanto o gráfico da posição mostra avanço de 150 m.

Alternativa B, se a IV indicar rapidez média.

Q22
Mecânica — Dinâmica — Equilíbrio de forças

Um bloco de massa 2kg está submetido à ação de duas forças, cujos módulos são, respectivamente, iguais a F1 = 10N e F2 = 6N, conforme ilustra a figura abaixo. O bloco encontra-se em repouso sobre uma superfície horizontal perfeitamente lisa.

Sabendo-se que, no local, a aceleração da gravidade tem módulo igual a 10m/s², e utilizando sen θ é igual a 0,8 e cos θ igual a 0,6, a força normal que atua no bloco tem módulo igual a

F₁ aponta para cima e para a direita, enquanto F₂ aponta horizontalmente para a esquerda.
A)20N.
B)12N.
C)8N.
D)6N.
B Alternativa B. Resposta autoral.
Resolução comentada

O ângulo de $F_1$ é medido a partir da horizontal. Sua componente vertical aponta para cima e vale $F_1\sin\theta=10(0{,}8)=8\,\mathrm N$. A força $F_2$ é horizontal e equilibra a componente $F_1\cos\theta=6\,\mathrm N$.

Na vertical, o peso vale $mg=2(10)=20\,\mathrm N$. Como o bloco está em repouso, a soma das forças é zero.

$$N+8\,\mathrm N-20\,\mathrm N=0\quad\Rightarrow\quad N=12\,\mathrm N.$$

Alternativa B.

Q23
Mecânica — Oscilações — Sistema massa–mola

Com o objetivo de estudar as características de uma mola ideal e o comportamento de um sistema oscilatório, um pesquisador montou o aparato experimental, ilustrado na figura ao lado. O aparato é constituído por uma mola ideal, presa em uma parede fixa horizontal, um bloco de massa 100 g e uma régua graduada em centímetros. Inicialmente a mola está no seu comprimento normal, ou seja, com uma extremidade livre e sem estar deformada. Após, o pesquisador coloca na extremidade livre da mola o bloco e abaixa o sistema vagarosamente até ficar em equilíbrio. A figura mostra a mola antes e depois do corpo ser pendurado na extremidade livre e a régua como o referencial.

Com isso, o pesquisador determinou a constante elástica da mola e a frequência angular de oscilação que o sistema terá quando for colocado a oscilar em movimento harmônico simples.

Considerando que a gravidade no local é igual a 10 m/s², os valores determinados são, aproximadamente, iguais a

Mola vertical antes e depois de pendurar um bloco de 100 g, com régua em centímetros.
A)1,00 N/m e 3,16 rad/s.
B)2,90 N/m e 5,38 rad/s.
C)4,00 N/m e 6,32 rad/s.
D)40,0 N/m e 0,63 rad/s.
C Alternativa C. Resposta autoral.
Resolução comentada

A figura mostra que a extremidade da mola desce cerca de 25 cm com o bloco. Em equilíbrio, a força elástica iguala o peso de $1\,\mathrm N$ do bloco de $0{,}100\,\mathrm{kg}$.

$$k=\frac{mg}{\Delta x}=\frac{1\,\mathrm N}{0{,}25\,\mathrm m}=4{,}0\,\mathrm{N/m}.$$

Nas oscilações em torno do equilíbrio, a frequência angular depende de $k$ e da massa.

$$\omega=\sqrt{\frac{k}{m}}=\sqrt{\frac{4{,}0}{0{,}100}}\approx6{,}32\,\mathrm{rad/s}.$$

Alternativa C.

Q24
Ondulatória — Ondas — Comprimento, período e frequência

Uma onda senoidal propaga-se, da esquerda para a direita, em uma corda e o formato da corda em um determinado instante de tempo é ilustrado no gráfico abaixo.

Sabendo-se que a onda propaga-se com velocidade de 4 m/s, o comprimento de onda, o período e a frequência do movimento são respectivamente iguais a

Perfil senoidal da corda, com eixos de posição e deslocamento em metros.
A)2 m, 2 Hz e 0,5 s.
B)2 m, 1,33 Hz e 0,75 s.
C)8 m, 0,75 Hz e 1,33 s.
D)8 m, 0,5 Hz e 2 s.
— Nenhuma alternativa na ordem solicitada. Resposta autoral.
Resolução comentada

A distância horizontal entre duas cristas consecutivas é $\lambda=2\,\mathrm m$. Pela relação $v=\lambda f$, a frequência vale

$$f=\frac{4\,\mathrm{m/s}}{2\,\mathrm m}=2\,\mathrm{Hz},\qquad T=\frac1f=0{,}5\,\mathrm s.$$

A ordem pedida é $\lambda$, $T$, $f$. A alternativa A contém os três valores, mas apresenta frequência antes do período. Nenhuma alternativa respeita a ordem solicitada.

Nenhuma alternativa na ordem solicitada.

Q25
Termologia — Termometria — Escalas termométricas

João, buscando aprimorar seus conhecimentos em língua inglesa, resolveu fazer um intercambio nos Estados Unidos da América. Pesquisando sobre a cultura do país, tomou conhecimento de que a escala Fahrenheit é muito utilizada. Assim, ficou curioso para saber detalhes a respeito dessa escala de temperatura e listou, na tabela abaixo, algumas informações que poderiam ser importantes em sua estadia fora do Brasil.

Temperatura em °CTemperatura em °F
Ponto de ebulição da água100212
Temperatura média normal do corpo humano37X
Nível de temperatura confortável20Y
Ponto de congelamento da água032
Zero da escala FahrenheitAproximadamente Z0

Considerando que a tabela montada por João refere-se a valores de temperatura relacionados à pressão igual a 1atm, os valores de X, Y e Z, valem,

A)X = 98,6; Y = 68; X = - 17,8
B)X = 66,6; Y = 36; X = - 2,22
C)X = 66,6; Y = 68; X = - 17,8
D)X = 98,6; Y = 36; X = - 2,22
A Alternativa A. Resposta autoral.
Resolução comentada

A escala Fahrenheit tem $32\,{}^\circ\mathrm F$ em $0\,{}^\circ\mathrm C$, e um intervalo de $100\,{}^\circ\mathrm C$ corresponde a $180\,{}^\circ\mathrm F$. Para leituras numéricas, usamos $F=32+(9/5)C$.

$$X=32+\frac95(37)=98{,}6\,{}^\circ\mathrm F,\qquad Y=32+\frac95(20)=68\,{}^\circ\mathrm F.$$

Para $F=0$, a relação inversa dá $Z=(0-32)5/9\approx-17{,}8\,{}^\circ\mathrm C$. Os valores correspondem à alternativa A, que repete o rótulo X no lugar de Z.

Alternativa A.

Q26
Termologia — Gases — Transformações gasosas

Um estudante de Física, baseado na equação de estado dos gases ideais, fez uma análise do comportamento das variáveis macroscópicas de estado do gás ideal durante o processo de expansão. Ao testar diferentes possibilidades, ele construiu um gráfico que ilustra o comportamento do gás em cinco processos de expansão diferentes. Esse gráfico mostra o comportamento da temperatura do gás em função do volume ocupado. Em relação a essas cinco transformações, analise as afirmativas

I. A transformação A - B é isotérmica.

II. A transformação A - C é isobárica.

III. A pressão no estado E é igual à pressão no estado A.

IV. A pressão no estado B é 1,25 vezes a pressão no estado A.

Estão corretas apenas as afirmativas:

Temperatura em função do volume para os estados A, B, C, D e E.
A)I e IV.
B)II e III
C)I e III.
D)II e IV.
D Alternativa D. Resposta autoral.
Resolução comentada

Para a mesma quantidade de gás ideal, $p=nRT/V$. Assim, comparar as pressões exige comparar $T/V$.

I é falsa. De A a B, a temperatura sobe de $T_0$ a $2{,}5T_0$. II é verdadeira. No caminho retilíneo de A a C, $T$ cresce em proporção a $V$, de $(V_0,T_0)$ até $(2V_0,2T_0)$.

III é falsa. E mantém a temperatura de A e tem o dobro do volume, logo $p_E=p_A/2$. IV é verdadeira, pois

$$\frac{p_B}{p_A}=\frac{2{,}5T_0/(2V_0)}{T_0/V_0}=1{,}25.$$

Alternativa D.

Q27
Termologia — Calorimetria — Mudanças de fase

Leia com atenção o texto abaixo e responda às questões 27 e 28.

Propriedades físicas de algumas substâncias (Todos os dados da tabela são válidos para pressão de 1atm)
SubstânciaTemperatura de fusãoTemperatura de EbuliçãoCalor Latente de FusãoCalor Latente de Ebulição
Ouro1063 °C2660°C64,4 cal/g377 cal/g
Chumbo327 °C1750 °C5,5 cal/g208 cal/g
Água0°C100 °C80 cal/g540 cal/g
Mercúrio-39°C68 °C2,82 cal/g68 cal/g

Considerando os dados da tabela e os conhecimentos científicos sobre mudança de fase das substâncias, analise as afirmativas:

I. Não é possível encontrar água no estado líquido acima de 100°C.

II. É possível encontrar o mercúrio na fase líquida com temperatura abaixo de 0°C.

III. É necessário fornecer, aproximadamente, 2,6 vezes mais quantidade de calor para vaporizar um grama de água do que um grama de chumbo, ambos em suas respectivas temperaturas de ebulição.

Estão corretas as afirmativas

A)I e II, apenas.
B)I e III, apenas.
C)II e III, apenas.
D)I, II e III.
C Alternativa C pela leitura geral de I. Com I restrita a 1 atm, alternativa D. Resposta autoral.
Resolução comentada

A afirmativa I, como proposição geral, é falsa. O ponto de ebulição depende da pressão. A $1\,\mathrm{atm}$, a água ferve a $100\,{}^\circ\mathrm C$. A pressões maiores, ela pode permanecer líquida acima dessa temperatura. Se I for interpretada estritamente a $1\,\mathrm{atm}$ e em equilíbrio, ela também é verdadeira.

II é verdadeira, pois a tabela informa fusão do mercúrio a $-39\,{}^\circ\mathrm C$. III é verdadeira. Pela relação $Q=mL$, para massas iguais a razão é $540/208\approx2{,}6$. Portanto, a leitura geral de I leva à alternativa C, enquanto a leitura restrita a $1\,\mathrm{atm}$ leva à D.

Alternativa C pela leitura geral de I. Com I restrita a 1 atm, alternativa D.

Q28
Termologia — Calorimetria — Calor latente

Leia com atenção o texto abaixo e responda às questões 27 e 28.

Propriedades físicas de algumas substâncias (Todos os dados da tabela são válidos para pressão de 1atm)
SubstânciaTemperatura de fusãoTemperatura de EbuliçãoCalor Latente de FusãoCalor Latente de Ebulição
Ouro1063 °C2660°C64,4 cal/g377 cal/g
Chumbo327 °C1750 °C5,5 cal/g208 cal/g
Água0°C100 °C80 cal/g540 cal/g
Mercúrio-39°C68 °C2,82 cal/g68 cal/g

Uma fonte de calor é capaz de emitir, em potência máxima, 550 calorias por minuto. Supondo que toda a quantidade de calor emitida pela fonte é absorvida por 100 g de chumbo, quanto tempo essa fonte gastaria para fundir completamente essa massa de chumbo, inicialmente à temperatura de 327°C?

A)0,50 min.
B)1,00 min.
C)14,5 min.
D)37,8 min.
B Alternativa B. Resposta autoral.
Resolução comentada

O chumbo já está no ponto de fusão indicado na tabela. Toda a energia recebida nessa etapa é calor latente.

$$Q=mL_f=(100\,\mathrm g)(5{,}5\,\mathrm{cal/g})=550\,\mathrm{cal}.$$

Com a potência máxima e absorção integral da energia,

$$t=\frac{550\,\mathrm{cal}}{550\,\mathrm{cal/min}}=1{,}00\,\mathrm{min}.$$

Alternativa B.

Q29
Eletromagnetismo — Eletrostática — Capacitores

Capacitores são componentes eletrônicos que têm por função básica armazenar cargas elétricas e, consequentemente, energia potencial elétrica. Um eletricista necessitava testar dois capacitores de capacitâncias desconhecidas. Para tanto, ligou-os sucessivamente a um mesmo gerador e verificou que a carga armazenada em um dos capacitores era duas vezes maior que a carga armazenada no outro capacitor.

Esse teste permitiu ao eletricista identificar que o(s)

A)dois capacitores possuem a mesma capacitância.
B)capacitor de maior carga armazenada possui capacitância quatro vezes maior.
C)capacitor de maior carga armazenada possui capacitância duas vezes menor.
D)capacitor de maior carga armazenada possui capacitância duas vezes maior.
D Alternativa D. Resposta autoral.
Resolução comentada

Cada capacitor é ligado ao mesmo gerador, de modo que a diferença de potencial $U$ é a mesma nos dois testes. Como $Q=CU$, a carga é proporcional à capacitância.

$$\frac{C_{\mathrm{maior}}}{C_{\mathrm{menor}}}=\frac{Q_{\mathrm{maior}}}{Q_{\mathrm{menor}}}=2.$$

O capacitor que armazenou o dobro da carga tem o dobro da capacitância.

Alternativa D.

Q30
Eletromagnetismo — Campo magnético — Permeabilidade magnética

Leia com atenção as seguintes afirmativas sobre Eletromagnetismo:

I. Elétrons, prótons e outros portadores de carga podem interagir com campos magnéticos, submetendo-se a uma força magnética.

II. Um tesla (1T) é a intensidade do campo magnético em que uma partícula hipoteticamente eletrizada com carga igual a 1 C, movendo-se com velocidade de 1 m/s, perpendicularmente ao campo, submete-se a uma força magnética de 1 N de intensidade.

III. Portadores de cargas elétricas em movimento, ou seja, correntes elétricas, criam um campo magnético na região do espaço que as circunda, sendo, portanto, fontes de campo magnético.

IV. A intensidade do vetor indução magnética, criado por um condutor retilíneo muito longo em um determinado ponto do espaço, é igual a B = µ.i/2πR, onde B é a intensidade do vetor indução magnética, µ é a permeabilidade absoluta do meio, i é a corrente elétrica do condutor e R é a distância do ponto até o condutor.

Considerando o Sistema Internacional de Unidades e as afirmativas sobre o eletromagnetismo, a permeabilidade absoluta do meio, que aparece na expressão acima, é uma grandeza

A)que, no SI, pode ser indicada por N.s²/C².
B)que, no SI, pode ser indicada por N.C²/s².
C)que, no SI, pode ser indicada por N.
D)adimensional.
A Alternativa A. Resposta autoral.
Resolução comentada

Para obter a unidade de $\mu$, isolamos essa grandeza na expressão do campo do fio: $\mu=2\pi RB/i$. Da força magnética com velocidade perpendicular, $F=|q|vB$, segue que $[B]=\mathrm{N\,s/(C\,m)}$. A corrente tem unidade $\mathrm{C/s}$.

$$[\mu]=\frac{\mathrm m\cdot\mathrm{N\,s/(C\,m)}}{\mathrm{C/s}}=\mathrm{N\,s^2/C^2}.$$

Alternativa A.

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