7 questões de Física, com numeração original preservada.
Respostas conferidas no Gabarito Oficial Verão 2019, divulgado em 27/11/2018, Prova nº 1.
Resoluções e análises editoriais: Método TEF.
Q9
Mecânica — Cinemática — Encontro em duas dimensões
A partícula A parte do repouso na origem com aceleração constante. B está inicialmente em (6,25 m; 5 m), mantém y constante e avança em +x a 5 m/s. As duas se encontram após 5 s. Os módulos das componentes da aceleração de A são, respectivamente:
A)$2{,}5\ \mathrm{m/s^2}$ e $0{,}4\ \mathrm{m/s^2}$
B)$2{,}5\ \mathrm{m/s^2}$ e $2{,}5\ \mathrm{m/s^2}$
C)$2{,}4\ \mathrm{m/s^2}$ e $0{,}4\ \mathrm{m/s^2}$
D)$0{,}4\ \mathrm{m/s^2}$ e $2{,}4\ \mathrm{m/s^2}$
E)$0{,}4\ \mathrm{m/s^2}$ e $2{,}5\ \mathrm{m/s^2}$
A
Resolução comentada
Após 5 s, B está em:
$$x_B=6{,}25+5\cdot5=31{,}25\ \mathrm m$$
$$y_B=5\ \mathrm m$$
A parte do repouso na origem. Para alcançar essas coordenadas:
$$31{,}25=\frac{a_x\cdot5^2}{2}$$
$$a_x=2{,}5\ \mathrm{m/s^2}$$
$$5=\frac{a_y\cdot5^2}{2}$$
$$a_y=0{,}4\ \mathrm{m/s^2}$$
Alternativa A.
Q10
Mecânica — Trabalho e energia — Distância de frenagem
Um objeto é abandonado a uma altura $h$, desliza por uma rampa sem atrito até B e entra num trecho horizontal rugoso de coeficiente de atrito $\mu$, parando em C. A distância $d$ entre B e C é:
A)$\mu/h$
B)$mgh$
C)$\sqrt{2gh}$
D)$h/\mu$
E)$\sqrt{h/\mu}$
D
Resolução comentada
Na rampa sem atrito, a energia potencial inicial se converte em cinética. No trecho horizontal, o atrito dissipa essa energia.
$$mgh=f_{\rm atrito}d$$
$$f_{\rm atrito}=\mu mg$$
$$mgh=\mu mgd$$
$$d=\frac h\mu$$
O resultado pressupõe coeficiente cinético constante, superfície horizontal no trecho BC e ausência de outras forças dissipativas relevantes.
Alternativa D.
Q11
Mecânica — Hidrostática — Stevin, Pascal e Arquimedes
Analise:
I. A diferença de pressão entre dois pontos num líquido homogêneo em equilíbrio é densidade × gravidade × distância entre os pontos.
II. Um incremento de pressão num líquido incompressível em equilíbrio transmite-se integralmente aos demais pontos e às paredes.
III. O empuxo não depende diretamente do peso do corpo imerso; o peso pode ser maior, menor ou igual ao empuxo.
IV. O empuxo sempre vale o peso do corpo total ou parcialmente imerso.
Estão corretas:
A)I e IV.
B)III e IV.
C)II e III.
D)II e IV.
E)I e II.
C
Resolução comentada
A primeira afirmação é falsa: a lei de Stevin usa a diferença de profundidades, não uma distância arbitrária entre os pontos.
$$\Delta p=\rho g\Delta h$$
A segunda expressa o princípio de Pascal e é verdadeira.
O empuxo depende da densidade do fluido e do volume deslocado.
$$E=\rho_{\rm fluido}gV_{\rm deslocado}$$
Ele não é determinado diretamente pelo peso do corpo. A terceira afirmação tem esse sentido e é verdadeira; numa situação de equilíbrio de flutuação sem outras forças verticais, empuxo e peso se igualam.
A quarta é falsa: o empuxo vale o peso do líquido deslocado, não necessariamente o do corpo. São corretas II e III.
Alternativa C.
Q12
Termologia — Mudanças de fase — Potência de aquecimento
Uma fonte de potência constante aquece 10,98 kg de gelo inicialmente a 0 °C, num recipiente adiabático de capacidade térmica desprezível, sob 1 atm. O gráfico mostra fusão a 0 °C e, em 60 min, água a 2 °C. Dados: calor latente de fusão 80 cal/g e calor específico da água 1 cal/(g·°C). A potência é:
A)250,10 cal/min.
B)250,10 cal/s.
C)15,00 cal/min.
D)15,00 cal/s.
E)244,00 cal/s.
B
Resolução comentada
A massa em gramas é:
$$m=10980\ \mathrm g$$
A energia total inclui fusão e aquecimento da água de 0 a 2 °C.
Um gás ideal percorre o ciclo retangular A → B → C → D → A: A = $(V_i,P_i)$, B = $(V_i,3P_i)$, C = $(2V_i,3P_i)$ e D = $(2V_i,P_i)$. O gás recebe calor em AB e BC e cede em CD e DA.
I. O trabalho total é zero por ser um ciclo.
II. Em AB, recebe calor e aumenta a energia interna sem realizar trabalho.
III. Em BC, recebe calor e realiza trabalho sem variar a energia interna.
IV. Em CD, não realiza trabalho, cede calor e reduz a energia interna.
Estão corretas:
A)I e III.
B)II e IV.
C)I e IV.
D)III e IV.
E)I e II.
B
Resolução comentada
O trabalho líquido é a área interna do ciclo, percorrido no sentido horário, e não é zero.
$$W_{\rm ciclo}=(3P_i-P_i)(2V_i-V_i)=2P_iV_i$$
Em AB, o volume é constante, portanto não há trabalho. O calor recebido aumenta a energia interna: a segunda afirmação é verdadeira.
$$W_{AB}=0$$
Em BC, pressão constante e volume crescente implicam aumento de temperatura e de energia interna; a terceira é falsa.
$$T=\frac{pV}{nR}$$
Em CD, o volume é constante, não há trabalho e o calor cedido reduz a energia interna. A quarta é verdadeira.
São corretas II e IV.
Alternativa B.
Q14
Ondas — Cordas — Efeito do empuxo na ressonância
Uma corda de comprimento vibrante fixo, ligada a uma fonte de frequência constante, passa por uma polia e sustenta uma esfera. A figura 1 mostra dois ventres. Ao mergulhar totalmente a esfera em água, a figura 2 mostra cinco ventres. O que ocorreu?
A)Passou do segundo ao quinto harmônico porque o empuxo aumentou a tração e a velocidade da onda.
B)Passou do primeiro ao segundo harmônico porque o empuxo diminuiu a tração e a velocidade da onda.
C)Passou do segundo ao quinto harmônico porque o empuxo diminuiu a tração e a velocidade da onda.
D)Passou do primeiro ao terceiro harmônico porque o empuxo diminuiu a tração e aumentou a velocidade da onda.
E)Passou do segundo ao quinto harmônico porque o empuxo diminuiu a tração e aumentou a velocidade da onda.
C
Resolução comentada
Os dois ventres iniciais correspondem ao segundo harmônico; os cinco finais, ao quinto.
Com a esfera submersa em equilíbrio, o empuxo reduz a tração necessária para sustentar seu peso.
$$\mathcal T=mg-E$$
A velocidade de propagação na corda diminui, mantida sua densidade linear.
$$v=\sqrt{\frac{\mathcal T}{\mu_\ell}}$$
Para frequência e comprimento vibrante constantes:
$$f=\frac{nv}{2L}$$
A menor velocidade exige maior número de harmônico. Assim, a passagem é do segundo ao quinto, com redução da tração e da velocidade.
Alternativa C.
Q15
Eletricidade — Eletrodinâmica — Brilho de lâmpadas
Nos circuitos da figura, $L_1$ a $L_6$ são lâmpadas idênticas, os resistores $R$ são iguais e a chave C está inicialmente aberta. As fontes fornecem a mesma tensão. Considerando essa configuração inicial, a lâmpada:
A)$L_6$ não terá seu brilho alterado quando a chave for fechada.
B)$L_1$ brilha mais que $L_2$ por estar sob tensão maior.
C)$L_3$ tem o mesmo brilho de $L_4$ por estarem em ramos paralelos.
D)$L_6$ não brilha porque a chave está aberta.
E)$L_5$ tem o mesmo brilho de $L_6$ por estarem sob a mesma corrente.
E
Resolução comentada
Com C aberta, L5 e L6 estão em série e são percorridas pela mesma corrente. Como são idênticas, dissipam a mesma potência e têm o mesmo brilho.
$$P_5=I^2R_\ell=P_6$$
L1 e L2 também estão em série e não diferem de brilho por sua posição no circuito. No circuito central, L4 divide seu ramo com um resistor; por isso não recebe a mesma tensão de L3.
Quando a chave C é fechada, ela curto-circuita idealmente L6. A tensão sobre essa lâmpada fica próxima de zero e ela se apaga; portanto seu brilho muda.
