10 questões de Física, com numeração original preservada.
Respostas conferidas no bloco de Física do gabarito oficial do Vestibular de Inverno 2012 da UCS, disponível na pasta pessoal: D B A E A B C D D C. Numeração original preservada e hipóteses de modelagem explicitadas nas resoluções.
Resoluções e análises editoriais: Método TEF.
Q1
Mecânica — Pressão — Força distribuída na área de contato
Um lutador de karatê, executando um movimento de braço, golpeia um toco de madeira com a palma da mão aberta, e nada acontece com o toco. Porém, quando o lutador repete exatamente o mesmo movimento com o braço, mas golpeando com a lateral da mão, o toco quebra. O motivo é que, ao se golpear com a lateral da mão, mantendo a mesma força, diminui-se a área de contato, o que aumenta
A)o calor específico do golpe do lutador.
B)a velocidade do golpe do lutador.
C)o empuxo do golpe do lutador.
D)a pressão do golpe do lutador.
E)a aceleração do golpe do lutador.
D
Resolução comentada
Para a força normal média distribuída sobre a área de contato:
$$p=\frac{F_\perp}{A}$$
Mantendo a mesma força, reduzir a área aumenta a pressão média.
A força fica concentrada em uma região menor da madeira, favorecendo a ruptura no modelo do exercício. A questão não fornece dados que exijam aumento de velocidade, aceleração ou temperatura.
Alternativa D.
Q2
Ondulatória — Ondas mecânicas — Telefone de latas
Se você pegar duas pequenas latas vazias, como as de ervilha em conserva, retirar a tampa de um dos lados de cada lata, fizer um pequeno orifício no lado oposto e colocar, nesse orifício, um fio, que pode ser de náilon, linha de costura ou barbante, ligando as duas latas por meio desse fio, é possível simular um telefone. Isso acontece porque o som se propaga pela linha como
A)ondas eletromagnéticas transversais.
B)ondas mecânicas longitudinais.
C)pequenas partículas de matéria.
D)corrente elétrica.
E)ondas eletromagnéticas longitudinais.
B
Resolução comentada
A voz faz o fundo da primeira lata vibrar. O fio esticado transmite deformações mecânicas até a segunda lata, cujo fundo volta a produzir variações de pressão no ar.
No modelo usado pela questão, o sinal percorre o fio por perturbações longitudinais: o deslocamento associado à compressão e ao alongamento ocorre ao longo da direção de transmissão.
Não há corrente elétrica nem transporte de pequenas porções de matéria de uma lata à outra. Fios reais podem apresentar outros modos de vibração, mas a classificação pretendida para esse acoplamento é a de ondas mecânicas longitudinais.
Alternativa B.
Q3
Mecânica — Cinemática — Distância percorrida durante a reação
Suponha que o tempo de reação do ser humano a um estímulo seja de 0,2 segundos. Suponha também que daqui a alguns anos surjam no futebol jogadores capazes de chutar a bola na média de 250 km/h, fazendo com que a distância entre a goleira e a marca do pênalti deva ser alterada. A qual distância mínima o goleiro deve ficar da marca do pênalti a fim de que ele tenha esse tempo de reação para defender a bola?
Essa distância garante apenas o intervalo idealizado de reação. Uma defesa real também depende do tempo de movimento do goleiro, da direção e da trajetória da bola, aspectos não incluídos no exercício.
Alternativa A.
Q4
Mecânica — Dinâmica — Carro empurrado em plano inclinado
Um halterofilista aceita o desafio de empurrar, por 20 m, um carro de 1000 kg, ladeira acima, cuja inclinação com a horizontal é de 10º. O halterofilista sabe, de antemão, que a força máxima que ele consegue aplicar e manter, por um período de tempo, é de 2100 N. Quanto tempo ele levará para, mantendo essa força constante e paralela à ladeira, empurrar o carro, na distância combinada, partindo do repouso? Considere a aceleração da gravidade como 10 $\mathrm{m/s^2}$, cos10º = 0,98 e sen10º = 0,17.
A)1.0 s
B)2.7 s
C)5.0 s
D)7.1 s
E)10.0 s
E
Resolução comentada
No modelo da banca, desprezam-se resistências ao movimento não fornecidas. A componente do peso contrária à subida é:
O resultado depende de manter a força aplicada e a aceleração constantes no trecho descrito.
Alternativa E.
Q5
Óptica — Reflexão — Luz solar na superfície lunar
Sem dúvida, a lua cheia é um dos mais belos fenômenos naturais, inspirando poetas, romancistas e escritores de histórias de terror. Mas essa imagem só é visível para nós porque a superfície lunar apresenta o princípio físico de
A)absorção e reflexão de ondas eletromagnéticas.
B)indução magnética.
C)conversão de energia mecânica em energia luminosa.
D)fissão nuclear.
E)sublimação.
A
Resolução comentada
A Lua recebe radiação solar. Parte é absorvida pela superfície e parte é refletida, principalmente de forma difusa. A parcela refletida que chega aos olhos permite observar a Lua.
A alternativa que inclui absorção e reflexão de ondas eletromagnéticas é a compatível com essa interação. Para a visibilidade em luz solar, o mecanismo decisivo é a reflexão, não a absorção isoladamente.
Na Lua cheia, vemos uma face voltada para nós amplamente iluminada pelo Sol. Não é necessário converter energia mecânica em luz nem recorrer à fissão nuclear.
Alternativa A.
Q6
Eletricidade — Trabalho do campo — Energia de um próton
Em uma experiência com colisões de partículas, um próton, partindo do repouso, foi acelerado por um campo elétrico, até atingir determinado alvo. Se o próton sofreu essa aceleração por 15 km, antes da colisão, e se o valor do campo nessa distância era constante e equivalia a $1\times10^5\ \mathrm{N/C}$, qual o valor da energia cinética que ele possuía no instante do impacto? Considere a carga elétrica do próton como $1{,}6\times10^{-19}\ \mathrm C$.
A)$1{,}6\times10^{-15}\ \mathrm J$
B)$24\times10^{-11}\ \mathrm J$
C)$15\times10^{-7}\ \mathrm J$
D)$32\times10^5\ \mathrm J$
E)$32\times10^{10}\ \mathrm J$
B
Resolução comentada
No percurso acelerado ao longo do campo uniforme, o trabalho elétrico é:
$$W=qEd$$
$$d=15\ \mathrm{km}=1{,}5\times10^4\ \mathrm m$$
Como o próton parte do repouso e não são informadas outras perdas:
O cálculo usa o ganho de energia pelo campo, sem precisar da massa. Não se deve converter esse resultado em velocidade usando indiscriminadamente a fórmula clássica: a energia alcançada exige tratamento relativístico para tal etapa, que não foi solicitada.
Alternativa B.
Q7
Mecânica — Gravitação — Força que mantém uma órbita
Os sistemas de comunicação modernos dependem cada vez mais da utilização de satélites artificiais. Que lei física garante que o satélite fique em órbita em torno da Terra?
A)Carga elétrica atrai massa na proporção direta da distância entre elas.
B)As cargas elétricas do satélite serão atraídas pelos polos magnéticos da Terra.
C)Dois corpos quaisquer se atraem com uma força proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.
D)Polo norte magnético atrai massa na proporção direta da distância entre ambos, e polo sul magnético repele massa na proporção inversa da distância entre ambos.
E)Os satélites são feitos de massa positiva, enquanto a Terra possui massa negativa, e ambos se atraem na proporção do inverso de sua distância.
C
Resolução comentada
A lei da gravitação universal descreve a atração entre Terra e satélite:
$$F=G\frac{Mm}{r^2}$$
A força é proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os centros.
Numa órbita circular idealizada, ela fornece a aceleração centrípeta:
$$G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{v^2}{r}$$
A gravitação é o mecanismo de atração solicitado. A permanência numa órbita também depende de posição e velocidade iniciais adequadas; a força, isoladamente, não impede que um objeto caia ou escape.
Alternativa C.
Q8
Termologia — Expansão adiabática — Resfriamento de ar ascendente
A teoria da formação das nuvens diz que parte do vapor de água formado, quando a energia solar incide sobre lagos, mares e demais aquíferos, sobe até atingir pontos altos na atmosfera, onde sofre um resfriamento adiabático. Pensando no que o termo adiabático significa em processos envolvendo gases nobres, pode-se concluir que o vapor de água sofreu redução da temperatura devido
A)ao recebimento de calor da vizinhança.
B)ao aumento da pressão atmosférica.
C)à doação de calor para a vizinhança.
D)à redução da pressão atmosférica.
E)à redução da eletricidade atmosférica.
D
Resolução comentada
Ao subir, a parcela de ar encontra pressão atmosférica menor e se expande. Na aproximação adiabática, a troca de calor é desprezível.
$$Q\approx0$$
Usando trabalho realizado pelo gás como positivo:
$$\Delta U=Q-W$$
$$\Delta U=-W<0$$
Para o modelo de gás ideal, a redução da energia interna acompanha a redução da temperatura. A causa apontada na alternativa é a diminuição da pressão externa, que permite a expansão.
A formação de nuvens envolve ar úmido e eventual condensação, cuja liberação de calor latente modifica a taxa de resfriamento. Isso não muda o significado de adiabático, e a referência a gases nobres no texto não é necessária.
Alternativa D.
Q9
Ondulatória — Radar — Tempo de ida e volta
O radar foi uma das descobertas da Segunda Guerra Mundial atribuída aos britânicos que definiu as estratégias de defesa e de batalhas aéreas. O funcionamento do radar consiste em emitir ondas eletromagnéticas, geralmente na frequência do rádio, contra um avião e medir o tempo de retorno da onda refletida para calcular a distância em que está esse avião. Supondo que, numa situação de combate, uma onda eletromagnética de frequência $15\times10^5\ \mathrm{Hz}$ e comprimento de onda $2\times10^2\ \mathrm m$ levou, entre sua emissão e detecção, $8\times10^{-5}\ \mathrm s$, a qual distância está o avião inimigo em relação ao radar? Despreze qualquer atraso na reflexão da onda pelo avião.
A)4000 m
B)6000 m
C)8000 m
D)12000 m
E)25000 m
D
Resolução comentada
A velocidade da onda é:
$$v=f\lambda$$
$$v=(15\times10^5)(2\times10^2)$$
$$v=3\times10^8\ \mathrm{m/s}$$
O tempo informado corresponde à ida e volta do sinal.
$$2d=v\Delta t$$
$$d=\frac{(3\times10^8)(8\times10^{-5})}{2}$$
$$d=12000\ \mathrm m$$
O percurso total da onda é de 24000 m. A distância entre radar e avião é sua metade, desprezando o atraso de reflexão como indicado.
Alternativa D.
Q10
Eletromagnetismo — Armazenamento de dados — Magnetização de discos
O sucesso de sites como o youtube, que permitem a reprodução de vídeos em milhares ou milhões de visualizações, exige muitos recursos de memória para armazenamento dos dados na forma de bits (estados 1 e 0). Existe um campo físico que, por sua condição de atingir um estado polarizado e aproximadamente estático, em determinados materiais, é usado para representar, na maioria dos tipos de HD de memória de computador, esses dois estados. Esse campo é o
A)de calor.
B)de temperatura.
C)magnético.
D)nuclear.
E)gravitacional.
C
Resolução comentada
Discos rígidos magnéticos armazenam dados em padrões de magnetização de pequenas regiões de um material. O estado permanece após a escrita, permitindo sua leitura posterior por sensores magnéticos.
O campo associado ao mecanismo é o magnético. A codificação real pode usar transições entre regiões magnetizadas, e não uma correspondência literal universal de cada domínio com um único bit.
Essa descrição se aplica ao HD magnético indicado pelo enunciado. Memórias flash e SSDs usam outros mecanismos de armazenamento e não precisam ser explicados por magnetização de discos.