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PAVE II — 1ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

UFPel · Programa de Avaliação da Vida Escolar · Triênio 2005–2007 · Aplicação: 14/01/2006

Questões 20 a 25 — Física · gabarito oficial e resolução comentada Método TEF.

Q20
Óptica — Refração e lentes — Lentes, ampliação e refração

As lentes estão entre os dispositivos ópticos mais utilizados. Para se ter idéia de sua importância, basta pensar no grande número de pessoas que usam óculos (ou lentes de contato), construídos a partir do conhecimento das propriedades da luz e das leis da óptica.

Abaixo aparecem 3 afirmativas, com uma lacuna em cada uma delas.

I) A imagem focalizada de uma árvore numa câmara fotográfica dista 50 mm da lente convergente da câmara e tem uma altura de 20 mm. A árvore está a uma distância de 15 m da lente e sua altura, em metros, é _____________.

II) Quando uma pessoa pretende ampliar a imagem de uma letra pequena, para vê-la melhor, deve usar uma lente _________________.

III) Ao olhar para um lápis parcial e obliquamente submerso na água, observa-se que o lápis parece quebrado na linha da superfície, o que pode ser explicado pela ___________ da luz.

Assinale a alternativa que apresenta os termos que preenchem, respectiva e corretamente, as lacunas das afirmativas acima.

(a)2; convergente; reflexão
(b)4; divergente; difração
(c)6; convergente; refração
(d)8; divergente; reflexão
(e)10; divergente; refração
(f)I.R.

Gabarito oficial

(c)
Resolução comentada

I: a razão entre o tamanho da imagem $i$ e do objeto $o$ é igual à razão entre as distâncias da imagem $p'$ e do objeto $p$ à lente: $\dfrac{i}{o}=\dfrac{p'}{p}$. Com $p'=50\text{ mm}=0{,}05\text{ m}$ e $p=15\text{ m}$:

$$o=i\cdot\frac{p}{p'}=0{,}020\cdot\frac{15}{0{,}05}=6\text{ m}$$

II: para ampliar a imagem de um objeto pequeno (lupa), usa-se uma lente convergente, com o objeto entre o foco e a lente.

III: o lápis parece quebrado porque a luz muda de direção ao passar da água para o ar: é a refração.

Q21
Ondulatória — Ondas — Propriedades de ondas eletromagnéticas e sonoras

Todo show musical em grandes ambientes é também um espetáculo de tecnologia e, principalmente, de física. Ondas emitidas por fontes sonoras dos mais diferentes tipos, ampliadas por potentes equipamentos sonoros, espalham-se e superpõem-se em um mesmo espaço, sendo ouvidas distintamente por milhares de pessoas. Holofotes e raios laser incrementam o visual, ilustrando alguns princípios da física ondulatória.

De acordo com seus conhecimentos e com as informações dadas, analise as afirmativas a seguir.

I) No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas apresentam a mesma velocidade de propagação.

II) A propagação de uma onda envolve necessariamente transporte de energia.

III) A onda sonora necessita de um meio material para sua propagação.

IV) Quando uma onda sonora se propaga de um meio para outro, como do ar para a água, a freqüência se conserva.

Estão corretas

(a)apenas I, II e III.
(b)apenas I, II e IV.
(c)apenas III e IV.
(d)apenas I e II.
(e)todas as afirmativas.
(f)I.R.

Gabarito oficial

(e)
Resolução comentada

I (verdadeira): no vácuo, todas as ondas eletromagnéticas (luz, rádio, raios X etc.) se propagam com $c\approx3\cdot10^{8}\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$.

II (verdadeira): toda onda transporta energia, sem transportar matéria.

III (verdadeira): o som é uma onda mecânica e não se propaga no vácuo.

IV (verdadeira): a frequência é determinada pela fonte e se conserva ao mudar de meio (variam a velocidade e o comprimento de onda).

Q22
Óptica — Refração e lentes — Reflexão e refração da luz

A reflexão e o desvio da luz ao atravessar regiões diferentes são dos fenômenos mais importantes da óptica.

“As condições atmosféricas (temperatura e pressão do ar) e a proximidade do horizonte desviam diferentemente os raios do Sol e originam belas e familiares imagens, como no alvorecer ou no crepúsculo. Nessas condições, os raios provenientes da parte superior do disco solar, menos desviados pela atmosfera, deformam muito pouco a imagem do Sol e permitem que se veja o delineamento do seu contorno. Mas, quanto mais baixa a região do disco solar da qual vêm os raios, maior o ângulo de incidência desses raios na atmosfera e maior o desvio por eles sofrido. Isso faz com que a deformação da imagem do Sol se acentue – o contorno da parte inferior chega até a desaparecer –, pois os raios provenientes dessa região atingem ângulos de incidência tão grandes que nem sequer conseguem atravessar a atmosfera”.

Gaspar, Alberto. Física.Série Brasil, 1ª ed, 2004.

Analise a seguinte situação:

Um raio de luz monocromático, propagando-se no ar (meio menos refringente), incide sobre a água (meio mais refringente), podendo sofrer reflexão ou refração.

A partir de seus conhecimentos, é correto afirmar que

(a)durante a passagem do raio de luz do ar para a água, poderá ocorrer reflexão total.
(b)o ângulo de incidência é igual ao ângulo de refração.
(c)o índice de refração absoluto da água é menor que o do ar.
(d)quando o raio é refletido, a freqüência, o comprimento de onda e sua velocidade permanecem constantes.
(e)a velocidade da luz na água é maior do que no ar.
(f)I.R.

Gabarito oficial

(d)
Resolução comentada

Na reflexão, a luz continua no mesmo meio e a velocidade, a frequência e o comprimento de onda não mudam (apenas a direção da propagação muda).

Nas demais: a reflexão total só ocorre na passagem para um meio menos refringente; ao passar do ar para a água o raio se aproxima da normal, então o ângulo de refração é menor que o de incidência; $n_{água}\approx1{,}33>n_{ar}\approx1$; e como $v=c/n$, a luz é mais lenta na água.

Q23
Termologia — Mudanças de fase — Calor latente de fusão e de ebulição

Cientistas dos Estados Unidos e da Europa temem uma desintegração em cadeia nas geleiras da Groenlândia e da Antártida, fenômeno que elevaria o nível dos oceanos mais rápido do que o previsto hoje, de acordo com estudos publicados na edição de 21 de outubro de 2005 da revista Science.

“(...) O derretimento de significativas camadas de gelo pode fazer subir o nível dos oceanos muito mais e também mais rapidamente do que se prevê atualmente”, avaliou Peter Clerk, glaciologista da Universidade de Oregon. A maior parte do aumento no nível dos oceanos, previsto nos modelos matemáticos para os próximos 200 anos, será conseqüência do derretimento das geleiras, sobretudo na Groenlândia, por causa do aquecimento global do planeta.

De acordo com esse mesmo cenário, “o fenômeno será compensado, em grande medida, pelo aumento das precipitações e acumulação de gelo na Antártida”, explicou o cientista.

http://noticias.terra.com.br

De acordo com seus conhecimentos e com as informações do texto, considerando que os calores latentes de fusão e de ebulição da água pura são, respectivamente, 80 cal/g e 540 cal/g, sob uma pressão constante de 1 atm, é correto afirmar que, nessas condições, durante a mudança de fase, para um grama de água, deve-se

(a)retirar 80 calorias para ocorrer a fusão e fornecer 540 calorias para ocorrer a ebulição.
(b)fornecer 80 calorias para ocorrer a fusão e 540 calorias para ocorrer a ebulição.
(c)fornecer 80 calorias para que a temperatura aumente e ocorra a fusão, e retirar 540 calorias para que a temperatura diminua e ocorra a ebulição.
(d)retirar 80 calorias para que ocorra a fusão e 540 calorias para que ocorra a ebulição.
(e)diminuir a temperatura para retirar 80 calorias a fim de que ocorra a fusão, e aumentar a temperatura, para fornecer 540 calorias, a fim de que ocorra a ebulição.
(f)I.R.

Gabarito oficial

(b)
Resolução comentada

A fusão e a ebulição são mudanças de fase que absorvem calor: para $m=1\text{ g}$, $Q=m\,L$, e então $Q_{fusão}=80\text{ cal}$ e $Q_{ebulição}=540\text{ cal}$, fornecidas ao sistema.

Durante a mudança de fase a temperatura permanece constante: o calor latente altera o estado de agregação, e não a temperatura.

Q24
Termologia — Propagação do calor — Condução térmica

Uma pessoa descalça, ao passar de um piso de cerâmica para outro de madeira, tem a sensação de que a cerâmica é “mais fria” do que a madeira, já que esta oferece um conforto térmico maior.

De acordo com seus conhecimentos e com as informações do texto, é correto afirmar que isso acontece porque

(a)a condutibilidade térmica da madeira é menor que a da cerâmica.
(b)a temperatura do piso de madeira é maior que a do piso de cerâmica.
(c)o calor específico da cerâmica é maior que o da madeira.
(d)a condutibilidade térmica da cerâmica é menor que a da madeira.
(e)a temperatura do piso de madeira é menor que a do piso de cerâmica.
(f)I.R.

Gabarito oficial

(a)
Resolução comentada

Os dois pisos estão à mesma temperatura (a do ambiente). A sensação térmica depende da rapidez com que o piso retira calor do pé, que é maior no material de maior condutibilidade térmica.

A cerâmica conduz bem o calor e “rouba” calor do pé rapidamente (sensação de frio), enquanto a madeira, de menor condutibilidade, é um isolante relativo e dá a sensação de maior conforto térmico.

Q25
Termologia — Dilatação térmica — Dilatação linear de metais e vidro

Recipientes de vidro, do tipo usado para acondicionar geléia, palmito ou azeitonas, são fechados por uma tampa metálica.

Quando há dificuldade em abri-los, para facilitar a abertura, é usual mergulhar sua parte superior, na qual se encontra a tampa, em água quente.

De acordo com seus conhecimentos e com as informações do texto, é correto afirmar que isso ocorre porque

(a)o calor específico do metal é maior que o do vidro.
(b)a tampa metálica possui coeficiente de dilatação linear maior que o do vidro.
(c)a capacidade térmica do metal é maior que a do vidro.
(d)tanto o calor específico como a capacidade térmica do metal são maiores que os do vidro.
(e)a dilatação da tampa metálica independe dos coeficientes de dilatação dos materiais em questão.
(f)I.R.

Gabarito oficial

(b)
Resolução comentada

Ao ser aquecida, a tampa metálica se dilata mais do que o vidro porque o coeficiente de dilatação linear dos metais é maior que o do vidro ($\Delta L=L_0\,\alpha\,\Delta T$). A tampa se afrouxa em relação ao gargalo, e fica mais fácil abri-la.

O calor específico e a capacidade térmica relacionam o calor recebido à variação de temperatura, mas não explicam por que a tampa “folga”.

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