10 questões de Física, com numeração original preservada.
Respostas conferidas visualmente no gabarito oficial de Física do Vestibular de Inverno 2011, disponível em imagem na pasta pessoal: D E B C C A D A B A. Numeração original preservada. Hipóteses de modelagem explicitadas nas resoluções.
Resoluções e análises editoriais: Método TEF.
Q1
Mecânica — Queda livre — Velocidade após um intervalo
Considerando que a aceleração da gravidade seja de aproximadamente 10 $\mathrm{m/s^2}$, se uma moeda, partindo do repouso, cair em um poço, levando 4,5 segundos para tocar o solo, ela chegará ao seu destino com a velocidade aproximada de
A)2.25 m/s.
B)10.0 m/s.
C)22.5 m/s.
D)45.0 m/s.
E)90.0 m/s.
D
Resolução comentada
Na queda livre idealizada, desprezando a resistência do ar e tomando o sentido para baixo como positivo:
$$v=v_0+gt$$
Como a moeda parte do repouso:
$$v=0+10\cdot4{,}5$$
$$v=45\ \mathrm{m/s}$$
Esse é o módulo aproximado da velocidade de chegada. Não é necessário calcular a profundidade para responder à questão.
Alternativa D.
Q2
Mecânica — Atrito cinético — Distância de frenagem
Um maratonista de 70 kg, participando de uma corrida, passava por um trecho plano de chão batido, com velocidade de 5 m/s, quando tropeçou, caiu de peito no chão e assim escorregou por 2 m até parar completamente. Qual o coeficiente de atrito cinético entre o peito do atleta e o chão de terra batida? (Para fins de simplificação, admita que o maratonista tocou o peito no chão com velocidade horizontal de 5 m/s e considere a aceleração da gravidade como 10 $\mathrm{m/s^2}$.)
A)0,141
B)0,193
C)0,254
D)0,377
E)0,625
E
Resolução comentada
No modelo do exercício, o atrito cinético é a força que dissipa a energia cinética durante o deslizamento horizontal.
$$F_{\rm at}=\mu_c N$$
$$N=mg$$
O módulo do trabalho do atrito iguala a energia cinética inicial.
$$\mu_c mgd=\frac12mv_0^2$$
Cancelando a massa:
$$\mu_c=\frac{v_0^2}{2gd}$$
$$\mu_c=\frac{5^2}{2\cdot10\cdot2}$$
$$\mu_c=0{,}625$$
O coeficiente não tem unidade. A análise não inclui a colisão vertical inicial: usa as condições de deslizamento indicadas pelo enunciado.
Alternativa E.
Q3
Mecânica — Energia — Som gerado na parada de uma gaveta
Um advogado adquire uma escrivaninha com gavetas que, graças a um sistema de molas, fecham sozinhas suavemente. Porém uma das gavetas veio com defeito: ao fechar, o sistema de molas falha e ela faz um estrondo quando se choca contra o fundo da escrivaninha e para completamente. Se a gaveta, de 1 kg de massa, tem velocidade de 0.6 m/s, no instante do impacto com a estrutura da escrivaninha, e cede a ela 0.15 J em forma de calor, qual a energia da onda sonora gerada?
A)0.01 J
B)0.03 J
C)0.05 J
D)0.07 J
E)0.15 J
B
Resolução comentada
Antes de atingir a estrutura, a gaveta tem energia cinética:
$$K_i=\frac12mv^2$$
$$K_i=\frac12\cdot1\cdot0{,}6^2$$
$$K_i=0{,}18\ \mathrm J$$
No balanço idealizado, essa energia se reparte apenas entre a parcela térmica informada e a onda sonora.
$$E_{\rm som}=K_i-Q$$
$$E_{\rm som}=0{,}18-0{,}15$$
$$E_{\rm som}=0{,}03\ \mathrm J$$
Essa determinação pressupõe que outras transferências e energias de deformação remanescentes sejam desprezíveis. A parada da gaveta, sozinha, não obrigaria toda a diferença a virar som sem essa hipótese.
Alternativa B.
Q4
Mecânica — Vetores — Componente vertical da tensão
Uma pessoa corta uma fatia de pizza que tem muito queijo derretido. Ao levar o pedaço à boca, percebe que um fio completamente esticado de queijo liga sua boca ao prato. Supondo que a pessoa esteja aplicando uma força de 0.08 N na direção do fio de queijo esticado e que esse fio faz um ângulo de 60° com a horizontal, qual, aproximadamente, é o valor da componente vertical da tensão do fio de queijo na boca da pessoa? (Considere o fio de queijo com massa desprezível, cos60° = 0.5 e sen60° = 0.86.)
A)0.040 N
B)0.050 N
C)0.069 N
D)0.080 N
E)0.085 N
C
Resolução comentada
O módulo da tensão é o da força aplicada ao longo do fio, no modelo sem massa. Como o fio faz 60 graus com a horizontal:
$$|T_y|=T\sin60^\circ$$
$$|T_y|=0{,}08\cdot0{,}86$$
$$|T_y|=0{,}0688\ \mathrm N$$
$$|T_y|\approx0{,}069\ \mathrm N$$
A componente na boca aponta para o outro extremo do fio; a questão solicita seu valor em módulo. O cosseno fornecido corresponderia à componente horizontal.
Alternativa C.
Q5
Eletricidade — Eletrização e descarga — Contato e aterramento
Um rapaz convida sua colega de trabalho para uma conversa no shopping, com a intenção de se declarar para ela. Enquanto espera a chegada da colega, ele, nervoso, esfrega a mão no tecido da cadeira de um restaurante da praça de alimentação. A moça chega sorridente, maquiada, inclusive de batom, e também senta. Durante toda a conversa, ele procura criar coragem para dizer que gosta dela, mas não consegue. Nervoso, ele quase rasga o tecido da cadeira de tanto esfregá-lo. Depois de algum tempo de conversa, ela diz que precisa ir. Os dois levantam e na hora da despedida ele, de súbito, beija a colega na boca. O problema é que ela, além do espanto, leva um choque elétrico. O que pode ter acontecido?
A)O batom que ela usava era dielétrico, o que permitiu a circulação, pelo seu corpo, das cargas elétricas que o rapaz acumulou ao esfregar o tecido da cadeira.
B)O rapaz carregou-se de forma eletricamente negativa e, ao tocar a moça, adquiriu cargas elétricas positivas; como a moça ficou eletricamente neutra, ambos formaram um capacitor de placas paralelas, carregado eletrostaticamente.
C)O rapaz ficou eletricamente carregado devido ao atrito com o tecido da cadeira. A moça usava um sapato nada isolante. No contato entre os corpos de ambos, as cargas elétricas fluíram para a terra, atravessando o corpo dela.
D)Os hormônios fizeram com que cargas elétricas fossem criadas a partir do nada, nos corpos de cada um deles, que, ao se tocarem, provocaram a descarga para a terra.
E)Ao se tocarem, os dois corpos, que estavam carregados eletricamente, formaram, junto com a terra, uma superfície equipotencial e por isso as cargas elétricas atravessaram o corpo da moça, atraídas pela terra.
C
Resolução comentada
O atrito com o tecido pode transferir elétrons e deixar o rapaz carregado. Se ele estiver suficientemente isolado do solo, pode manter uma diferença de potencial em relação à Terra.
O contato com uma pessoa ligada ao solo por um caminho condutor pode permitir uma corrente transitória de descarga. Esse é o cenário possível descrito pela alternativa oficial.
Não são criadas cargas do nada. O sentido de transferência depende dos sinais e potenciais envolvidos. Também não se pode explicar a corrente como consequência de um sistema já equipotencial: a diferença de potencial é o que sustenta a descarga até o equilíbrio. A questão apresenta uma possibilidade, não prova que aquelas condições de isolamento e aterramento efetivamente ocorreram.
Alternativa C.
Q6
Eletromagnetismo — Eletroímãs — Acionamento de um relé
O relé é um dispositivo elétrico utilizado normalmente para ligar e desligar a corrente elétrica em um circuito. Seu princípio de funcionamento consiste em energizar com corrente elétrica uma bobina para que esta, pela Lei de Ampere, crie Assinale a alternativa que melhor preenche a lacuna acima.
A)um campo magnético
B)uma resistência elétrica
C)um campo elétrico
D)um potencial elétrico
E)uma capacitância
A
Resolução comentada
Uma bobina percorrida por corrente cria um campo magnético. Em um relé eletromagnético, esse campo magnetiza o núcleo e exerce força sobre uma armadura móvel, normalmente ferromagnética.
O movimento da armadura abre ou fecha contatos do circuito controlado. Ao cessar a alimentação da bobina, uma mola pode retornar o mecanismo à posição inicial.
A grandeza que preenche a lacuna é campo magnético. Resistência, potencial e capacitância podem participar da descrição elétrica do componente, mas não nomeiam o mecanismo de atração pedido.
Alternativa A.
Q7
Física moderna — Radioatividade — Emissões nucleares
Entre os vários problemas acarretados pelo tsunami que atingiu o Japão em março de 2011, um trouxe particular preocupação para o mundo: as avarias sofridas pela usina nuclear de Fukushima, com o consequente temor de vazamento de isótopos radioativos para o ambiente. O motivo desse temor mundial está no fato de os isótopos radioativos
A)emitirem ondas na frequência do rádio apenas.
B)não possuírem massa e, portanto, apresentarem maior poder de penetração na pele.
C)emitirem radiação eletromagnética na faixa de micro-ondas apenas.
D)emitirem radiação de alta energia, como a alfa, a beta e a gama.
E)possuírem naturalmente alta energia potencial gravitacional.
D
Resolução comentada
Núcleos radioativos podem emitir partículas ou radiação eletromagnética ao se transformar. Entre os tipos usuais estão:
Alfa: partículas constituídas por dois prótons e dois nêutrons.
Beta: elétrons ou pósitrons emitidos em determinados processos nucleares.
Gama: fótons de alta energia associados a transições nucleares.
São exemplos de radiação ionizante. A palavra radioativo não significa emitir apenas ondas de rádio ou micro-ondas, e os isótopos não deixam de ter massa. A alternativa correta cita emissões possíveis; o tipo e a energia dependem do núcleo e do processo, e não há exigência de emitir todos os tipos ao mesmo tempo.
Alternativa D.
Q8
Óptica — Lentes — Aumento linear e distância do objeto
Num show, um fã, da plateia, filma o cantor. Suponha que esse cantor tenha 1,85 m de altura e que, na câmera do fã, haja uma lente convergente que forma a imagem real e invertida do cantor. Essa imagem, que está à distância de 0,02 m do centro da lente, tem uma altura de 0,01 m. A qual distância aproximada a câmera do fã está do cantor?
A)3,70 m
B)10,00 m
C)18,50 m
D)20,00 m
E)58,50 m
A
Resolução comentada
Para uma lente delgada, o módulo do aumento linear é:
$$|A|=\frac{|h_i|}{h_o}=\frac{p'}p$$
Substituindo as medidas fornecidas:
$$\frac{0{,}01}{1{,}85}=\frac{0{,}02}{p}$$
$$p=\frac{0{,}02\cdot1{,}85}{0{,}01}$$
$$p=3{,}70\ \mathrm m$$
A imagem real é invertida, de modo que o aumento com sinal seria negativo. Trabalhar com os módulos é suficiente para encontrar a distância positiva entre a câmera e o cantor.
Alternativa A.
Q9
Termologia — Dilatação linear — Comprimento de um fio aquecido
Uma senhora de cabelos longos está no salão de beleza. Depois da lavagem, um fio de seu cabelo apresenta 40 cm de comprimento e 16 °C de temperatura. Qual o comprimento desse fio de cabelo que, após sair de um secador elétrico, está a uma temperatura de 50 °C? (Considere o coeficiente de dilatação linear do fio de cabelo como $\alpha=0{,}0006\ ^\circ\mathrm C^{-1}$.)
A)38,42 cm
B)40,82 cm
C)42,33 cm
D)45,54 cm
E)47,28 cm
B
Resolução comentada
A variação de temperatura é:
$$\Delta T=50-16=34\ ^\circ\mathrm C$$
No modelo de dilatação linear com o coeficiente fornecido:
O exercício idealiza o fio como um material de coeficiente constante. Alterações de umidade, estrutura e tensão durante a secagem não são modeladas.
Alternativa B.
Q10
Termologia — Potência térmica — Energia transferida em um intervalo
Uma cozinheira distraiu-se e encostou uma parte do antebraço em uma panela muito quente, sofrendo queimadura. Admitindo que, na área de sua pele que sofreu o contato, a temperatura aumentou de 36,5 °C para 66,5 °C em 0,5 s, qual foi a potência da transferência de calor da panela para a pele da cozinheira? (Considere a capacidade térmica na pele afetada da cozinheira como 0,02 cal/°C e 1 caloria = 4,2 Joules.)