Física (Q1–30) — prova transcrita, ilustrada e resolvida pelo Método TEF.
Enunciados e alternativas transcritos do PDF local da UFRGS. Resoluções pela análise física; observações editoriais identificam limitações do enunciado.
Ao resolver um problema de Física, um estudante encontra sua resposta expressa nas seguintes unidades: kg·m²/s³. Estas unidades representam
Potência é energia transferida por unidade de tempo. Um joule vale \(1\,\mathrm{N\,m}=1\,\mathrm{kg\,m^2/s^2}\). Dividindo por segundo, obtemos \(1\,\mathrm{J/s}=1\,\mathrm{kg\,m^2/s^3}=1\,\mathrm W\).
Alternativa C.
Instrução: A figura e o enunciado abaixo referem-se às questões de número 02 e 03.
Os gráficos de velocidade (v) e aceleração (a) contra o tempo (t) representam o movimento "ideal" de um elevador que parte do repouso, sobe e pára.
Sabendo-se que os intervalos de tempo A e C são ambos de 1,5 s, qual é o módulo de a0 da aceleração com que o elevador se move durante esses intervalos?
No trecho A, o gráfico mostra que a velocidade sobe de zero a \(3\,\mathrm{m/s}\) em \(1{,}5\,\mathrm s\). A inclinação é \(a_A=(3-0)/1{,}5=2\,\mathrm{m/s^2}\). Em C, a velocidade cai de 3 a zero no mesmo tempo, dando \(a_C=-2\,\mathrm{m/s^2}\). O módulo é \(2{,}00\,\mathrm{m/s^2}\) nos dois trechos.
Alternativa B.
Instrução: A figura e o enunciado abaixo referem-se às questões de número 02 e 03.
Os gráficos de velocidade (v) e aceleração (a) contra o tempo (t) representam o movimento "ideal" de um elevador que parte do repouso, sobe e pára.
Sabendo-se que os intervalos de tempo A e C são ambos de 1,5 s e que o intervalo B é de 6 s, qual a distância total percorrida pelo elevador?
O elevador só sobe, portanto a distância é a área sob o gráfico de velocidade. Em A e C há dois triângulos, cada um com área \((1{,}5\,\mathrm s)(3\,\mathrm{m/s})/2=2{,}25\,\mathrm m\). Em B, o retângulo tem área \((6\,\mathrm s)(3\,\mathrm{m/s})=18\,\mathrm m\). Somando, \(d=2{,}25+18+2{,}25=22{,}50\,\mathrm m\).
Alternativa D.
Uma pessoa, parada à margem de um lago congelado cuja superfície é perfeitamente horizontal, observa um objeto em forma de disco que, em certo trecho, desliza com movimento retilíneo uniforme, tendo uma de suas faces planas em contato com o gelo. Do ponto de vista desse observador, considerado inercial, qual das alternativas indica o melhor diagrama para representar as forças exercidas sobre o disco nesse trecho? (Supõe-se a ausência total de forças dissipativas, como o atrito com a pista ou com o ar.)
O peso aponta para baixo e a força normal do gelo aponta para cima. Como o disco permanece à mesma altura, as duas têm módulos iguais. Com atrito e resistência do ar desprezados, não há força horizontal. A resultante nula é compatível com o movimento retilíneo uniforme pela primeira lei de Newton.
Alternativa A.
Considere o movimento de um veículo, totalmente fechado, sobre uma estrada perfeitamente plana e horizontal. Nesse contexto, o solo constitui um sistema de referência inercial, e o campo gravitacional é considerado uniforme na região. Suponha que você se encontre sentado no interior desse veículo, sem poder observar nada do que acontece do lado de fora. Analise as seguintes afirmações relativas à situação descrita.
I. Se o movimento do veículo fosse retilíneo e uniforme, o resultado de qualquer experimento mecânico realizado no interior do veículo em movimento seria idêntico ao obtido no interior do veículo parado.
II. Se o movimento do veículo fosse acelerado para frente, você perceberia seu tronco se inclinando involuntariamente para trás.
III. Se o movimento do veículo fosse acelerado para a direita, você perceberia seu tronco se inclinando involuntariamente para a esquerda.
Quais estão corretas?
Com velocidade retilínea e constante em relação ao solo, o veículo também constitui um referencial inercial. Experimentos mecânicos feitos em seu interior dão os mesmos resultados que com o veículo parado, como afirma I. Se o veículo acelera, o assento começa a acelerar a parte do corpo em contato com ele e o tronco tende a conservar a velocidade anterior. Em relação ao veículo, ele se inclina para trás em II e para a esquerda em III. As três afirmações estão corretas.
Alternativa E.
Duas partículas de massas diferentes, m1 e m2, estão sujeitas a uma mesma força resultante. Qual é a relação entre as respectivas acelerações, a1 e a2, dessas partículas?
As duas partículas estão submetidas à mesma força resultante. Pela segunda lei, \(m_1a_1=m_2a_2\). Dividindo por \(m_1\), resulta \(a_1=(m_2/m_1)a_2\). Para a mesma força, a partícula de maior massa tem aceleração de menor módulo.
Alternativa C.
Do ponto de vista de um certo observador inercial, um corpo executa movimento circular uniforme sob a ação de duas forças. Analise as seguintes afirmações a respeito dessa situação.
I. Uma dessas forças necessariamente é centrípeta.
II. Pode acontecer que nenhuma dessas forças seja centrípeta.
III. A resultante dessas forças é centrípeta.
Quais estão corretas?
No movimento circular uniforme, a aceleração muda a direção da velocidade e aponta para o centro. Pela segunda lei de Newton, a resultante também aponta para o centro, confirmando III. Duas forças oblíquas podem ter componentes tangenciais iguais e opostas, deixando apenas uma resultante radial. Assim, II é possível e I é falsa.
Alternativa E.
Para um dado observador, dois objetos A e B, de massas iguais, movem-se com velocidades constantes de 20 km/h e 30 km/h, respectivamente. Para o mesmo observador, qual a razão EA/EB entre as energias cinéticas desses objetos?
A energia cinética é \(E_c=mv^2/2\). Como as massas são iguais e as duas velocidades já estão na mesma unidade, \(E_A/E_B=(20/30)^2=4/9\). A razão depende do quadrado da velocidade.
Alternativa B.
Dois vagões de trem, de massas 4 × 10⁴ kg e 3 × 10⁴ kg, deslocam-se no mesmo sentido, sobre uma linha férrea retilínea. O vagão de menor massa está na frente, movendo-se com uma velocidade de 0,5 m/s. A velocidade do outro é 1 m/s. Em dado momento, se chocam e permanecem acoplados. Imediatamente após o choque, a quantidade de movimento do sistema formado pelos dois vagões é
Tomando como positivo o sentido de movimento, os dois momentos iniciais se somam. Durante a colisão, despreza-se o impulso externo sobre os vagões, então \(p_f=p_i=(4\times10^4\,\mathrm{kg})(1\,\mathrm{m/s})+(3\times10^4\,\mathrm{kg})(0{,}5\,\mathrm{m/s})=5{,}5\times10^4\,\mathrm{kg\,m/s}\). O acoplamento reduz a energia cinética e conserva o momento total nessa aproximação.
Alternativa C.
Uma balança de braços iguais encontra-se no interior de uma campânula de vidro, de onde foi retirado o ar. Na extremidade esquerda está suspenso um pequeno cubo de metal, e na extremidade direita está suspenso um cubo maior, de madeira bem leve. No vácuo, a balança está em equilíbrio na posição horizontal, conforme representado na figura.
O que aconteceria com a balança se o ar retornasse para o interior da campânula?
Em equilíbrio no vácuo, os braços iguais indicam pesos iguais. Quando o ar retorna, cada cubo recebe empuxo \(E=\rho_\mathrm{ar}gV\), que reduz a força que ele exerce sobre o braço. O cubo de madeira, à direita, tem maior volume e recebe maior empuxo. A força para baixo passa a ser maior à esquerda, e esse lado desce.
Alternativa E.
A seguir são feitas três afirmações sobre processos termodinâmicos envolvendo transferência de energia de um corpo para outro.
I. A radiação é um processo de transferência de energia que não ocorre se os corpos estiverem no vácuo.
II. A convecção é um processo de transferência de energia que ocorre em meios fluidos.
III. A condução é um processo de transferência de energia que não ocorre se os corpos estiverem à mesma temperatura.
Quais estão corretas?
A radiação pode transportar energia pelo vácuo, como a luz solar, tornando I falsa. Na convecção, o transporte ocorre com o movimento de um fluido, como em II. A condução transfere calor em resposta a uma diferença de temperatura. Entre corpos à mesma temperatura, o fluxo líquido de calor por condução é nulo, como em III.
Alternativa E.
Um sistema consiste de um cubo de 10 g de gelo, inicialmente à temperatura de 0 °C. Esse sistema passa a receber calor proveniente de uma fonte térmica e, ao fim de algum tempo, está transformado em uma massa de 10 g de água a 20 °C. Qual foi a quantidade de energia transferida ao sistema durante a transformação? [Dados: calor de fusão do gelo = 334,4 J/g; calor específico da água = 4,18 J/(g·°C)]
Primeiro, o gelo funde a \(0\,^\circ\mathrm C\), absorvendo \(Q_f=(10\,\mathrm g)(334{,}4\,\mathrm{J/g})=3344\,\mathrm J\). Depois a água aquece até \(20\,^\circ\mathrm C\), absorvendo \(Q_a=(10\,\mathrm g)(4{,}18\,\mathrm{J/(g\,^\circ C)})(20\,^\circ\mathrm C)=836\,\mathrm J\). O total é \(4180\,\mathrm J=4{,}18\,\mathrm{kJ}\).
Alternativa C.
O diagrama abaixo representa a pressão (p) em função da temperatura absoluta (T), para uma amostra de gás ideal. Os pontos A e B indicam dois estados desta amostra.
Sendo VA e VB os volumes correspondentes aos estados indicados, podemos afirmar que a razão VB/VA é
O gráfico mostra A em \((T_0,p_0)\) e B em \((2T_0,2p_0)\). Para a mesma quantidade de gás, \(V=nRT/p\). Ao dobrar a temperatura absoluta e a pressão, a razão \(T/p\) permanece igual. Portanto \(V_B/V_A=1\).
Alternativa C.
O diagrama abaixo representa, em unidades arbitrárias, o coeficiente de dilatação volumétrica (γ) de um certo material, como função da temperatura absoluta (T). Em todo o intervalo de temperaturas mostrado no gráfico, o material permanece sólido.
Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do parágrafo abaixo. Quando a temperatura aumenta de T1 para T2, o volume de um objeto feito com este material .......... ; na região de temperaturas maiores do que T2, o volume desse objeto .......... quando aumenta a temperatura.
O coeficiente volumétrico satisfaz \(\gamma=(1/V)(dV/dT)\). No gráfico, \(\gamma\) diminui de \(T_1\) a \(T_2\), mas permanece positivo. Logo o volume aumenta nessa faixa. Acima de \(T_2\), o coeficiente é constante e positivo, então o volume continua aumentando.
Alternativa A.
Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450 J de uma fonte de calor e liberando 300 J no ambiente. Uma segunda máquina térmica ideal opera recebendo 600 J e liberando 450 J. Se dividirmos o rendimento da segunda máquina pelo rendimento da primeira máquina, obteremos
O trabalho por ciclo é o calor recebido menos o rejeitado. As duas máquinas entregam \(150\,\mathrm J\), pois \(450-300=600-450=150\). O rendimento é a fração do calor recebido convertida em trabalho. Assim, \(\eta_1=150/450=1/3\), \(\eta_2=150/600=1/4\) e \(\eta_2/\eta_1=0{,}75\).
Alternativa D.
A figura abaixo representa, em corte, três objetos de formas geométricas diferentes, feitos de material bom condutor, que se encontram em repouso. Os objetos são ocos, totalmente fechados, e suas cavidades internas se acham vazias. A superfície de cada um dos objetos está carregada com carga elétrica estática de mesmo valor Q.
Em quais desses objetos o campo elétrico é nulo em qualquer ponto da cavidade interna?
Em equilíbrio, cada condutor é equipotencial, inclusive na parede da cavidade. Como a cavidade é fechada e vazia, a solução eletrostática em seu interior tem potencial constante, determinado por essa parede. O campo é nulo em toda a cavidade, seja ela esférica, cúbica ou piramidal.
Alternativa E.
A superfície de uma esfera isolante é carregada com carga elétrica positiva, concentrada em um dos seus hemisférios. Uma esfera condutora descarregada é, então, aproximada da esfera isolante. Assinale, entre as alternativas abaixo, o esquema que melhor representa a distribuição final de cargas nas duas esferas.
As cargas positivas ficam na região carregada da esfera isolante. Elas atraem elétrons livres da esfera condutora para o lado próximo, deixando excesso de carga positiva no lado distante. Sem contato ou aterramento, a esfera condutora mantém carga total zero. O esquema E representa essa separação.
Alternativa E.
Instrução: As questões de números 18 e 19 referem-se ao circuito elétrico representado na figura abaixo, no qual todos os resistores têm a mesma resistência elétrica R.
Em qual dos pontos assinalados na figura a corrente elétrica é mais intensa?
A corrente que passa por A atravessa \(R_4\) antes de se dividir entre o ramo de \(R_1\) e o ramo que contém \(R_5\) e o paralelo \(R_2,R_3\). Em C e E passa a corrente total do segundo ramo. Em D passa apenas a corrente de R₂, e em B passa a corrente de \(R_1\). Como em A passa a soma das correntes dos dois ramos, ali a corrente é maior.
Alternativa A.
Instrução: As questões de números 18 e 19 referem-se ao circuito elétrico representado na figura abaixo, no qual todos os resistores têm a mesma resistência elétrica R.
Qual dos resistores está submetido à maior diferença de potencial?
Todos os resistores têm resistência \(R\). Pela lei de Ohm, \(U=RI\), então a maior queda ocorre no resistor que conduz a maior corrente. \(R_4\) está em série com toda a associação à direita e conduz a corrente total da fonte. Os outros resistores conduzem apenas correntes de ramo. Portanto \(R_4\) tem a maior diferença de potencial.
Alternativa D.
Analise cada uma das seguintes afirmações, sobre gravitação, eletricidade e magnetismo, e indique se é verdadeira (V) ou falsa (F).
( ) Sabe-se que existem dois tipos de carga elétrica e dois tipos de pólos magnéticos, mas não se conhece a existência de dois tipos de massa gravitacional.
( ) Um ímã pode ser magnetizado pelo atrito com um pano, como se faz para eletrizar um corpo.
( ) Um ímã permanente pode ser "descarregado" de seu magnetismo por um leve toque com a mão, assim como se descarrega um corpo eletrizado de sua carga elétrica.
Assinale a alternativa que apresenta a seqüência correta de indicações, de cima para baixo.
Na comparação proposta, há cargas elétricas positivas e negativas e polos magnéticos norte e sul, enquanto a massa gravitacional observada tem um único sinal. A primeira afirmação é verdadeira. Esfregar um ímã com um pano pode eletrizá-lo, mas a magnetização depende da orientação de seus domínios magnéticos. Um toque com a mão pode escoar carga elétrica sem apagar essa orientação. As duas últimas afirmações são falsas.
Alternativa C.
A figura abaixo representa uma espira condutora quadrada, inicialmente em repouso no plano da página. Na mesma região, existe um campo magnético uniforme, de intensidade B, perpendicular ao plano da página.
Considere as seguintes situações.
I. A espira se mantém em repouso e a intensidade do campo magnético varia no tempo.
II. A espira se mantém em repouso e a intensidade do campo magnético permanece constante no tempo.
III. A espira passa a girar em torno do eixo OO′ e a intensidade do campo magnético permanece constante no tempo.
Em quais dessas situações ocorre indução de corrente elétrica na espira?
A lei de Faraday relaciona a corrente induzida à variação do fluxo \(\Phi=BA\cos\theta\), com \(\theta\) medido em relação à normal da espira. Em I, \(B\) varia. Em II, campo, área e orientação ficam constantes. Em III, o giro em torno de um eixo no plano da espira muda \(\theta\). Portanto há indução em I e III.
Alternativa D.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do parágrafo abaixo.
Quando um ímã é aproximado de uma espira condutora mantida em repouso, de modo a induzir nessa espira uma corrente contínua, o agente que movimenta o ímã sofre o efeito de uma força que .......... ao avanço do ímã, sendo .......... a realização de trabalho para efetuar o deslocamento do ímã.
A aproximação do ímã altera o fluxo pela espira. Pela lei de Lenz, a corrente induzida cria um campo que se opõe à variação do fluxo, produzindo uma força contrária ao avanço. Para manter a aproximação, o agente fornece trabalho, que pode ser dissipado como calor na espira.
Alternativa A.
Uma onda mecânica senoidal propaga-se em um certo meio. Se aumentarmos o comprimento de onda dessa oscilação, sem alterar-lhe a amplitude, qual das seguintes grandezas também aumentará?
No modelo da questão, a velocidade de propagação é fixa no mesmo meio. Como \(v=\lambda/T\), vale \(T=\lambda/v\). Assim, aumentar o comprimento de onda aumenta o período e diminui a frequência e a frequência angular.
Alternativa D.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do parágrafo abaixo.
As emissoras de rádio emitem ondas ........... que são sintonizadas pelo radiorreceptor. No processo de transmissão, essas ondas devem sofrer modulação. A sigla FM adotada por certas emissoras de rádio significa .......... modulada.
A antena transmite ondas eletromagnéticas, e o receptor recupera delas o sinal de áudio. Em FM, frequência modulada, a frequência instantânea da onda portadora varia de acordo com o sinal transmitido.
Alternativa A.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do parágrafo abaixo.
Cada modo de oscilação da onda estacionária que se forma em uma corda esticada pode ser considerado o resultado da .......... de duas ondas senoidais idênticas que se propagam .......... .
Numa corda, a onda incidente e a refletida se propagam em sentidos contrários. Quando têm a mesma amplitude e frequência, sua superposição produz nós fixos, onde o cancelamento é permanente, e ventres, onde a oscilação é máxima. Esse padrão é uma onda estacionária.
Alternativa A.
A distância focal de uma lente convergente é de 10,0 cm. A que distância da lente deve ser colocada uma vela para que sua imagem seja projetada, com nitidez, sobre um anteparo situado a 0,5 m da lente?
O anteparo recebe uma imagem real a \(p'=0{,}5\,\mathrm m=50\,\mathrm{cm}\). Para a lente convergente, \(f=+10\,\mathrm{cm}\). Pela equação de Gauss, \(1/p=1/f-1/p'=1/10-1/50=0{,}08\,\mathrm{cm^{-1}}\). Invertendo, a vela deve ficar a \(p=12{,}5\,\mathrm{cm}\) da lente.
Alternativa B.
Considere as afirmações abaixo.
I. Para que uma pessoa consiga observar sua imagem por inteiro em um espelho retangular plano, o comprimento do espelho deve ser, no mínimo, igual à altura da pessoa.
II. Reflexão total pode ocorrer quando raios luminosos que se propagam em um dado meio atingem a superfície que separa esse meio de outro com menor índice de refração.
III. A imagem de um objeto real fornecida por um espelho convexo é sempre virtual, direita e menor do que o objeto, independentemente da distância deste ao espelho.
Quais estão corretas?
Os raios que saem dos pés e do topo da cabeça atingem o espelho nas alturas médias entre cada extremo e os olhos. A separação entre esses pontos é metade da altura da pessoa, tornando I falsa. A reflexão total pode ocorrer do meio de maior para o de menor índice quando a incidência supera o ângulo crítico, confirmando II. Para um objeto real, o espelho convexo forma imagem virtual, direita e reduzida, confirmando III.
Alternativa D.
Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.
O ano de 1900 pode ser considerado o marco inicial de uma revolução ocorrida na Física do século XX. Naquele ano, Max Planck apresentou um artigo à Sociedade Alemã de Física, introduzindo a idéia da .......... da energia, da qual Einstein se valeu para, em 1905, desenvolver sua teoria sobre o efeito fotoelétrico.
Planck introduziu a ideia de trocas de energia em múltiplos de \(hf\) no estudo da radiação térmica. Einstein aplicou a ideia dos quanta à própria luz para explicar o efeito fotoelétrico, no qual um fóton transfere energia \(hf\) a um elétron.
Alternativa B.
Os raios X são produzidos em tubos de vácuo, nos quais elétrons são submetidos a uma rápida desaceleração ao colidir contra um alvo metálico. Os raios X consistem em um feixe de
Os elétrons incidentes são freados ao interagir com o alvo. Parte de sua energia cinética é emitida como radiação eletromagnética de alta frequência, chamada radiação de frenagem. Os quanta dessa radiação são fótons.
Alternativa B.
Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.
O Sol é a grande fonte de energia para toda a vida na Terra. Durante muito tempo, a origem da energia irradiada pelo Sol foi um mistério para a humanidade. Hoje, as modernas teorias de evolução das estrelas nos dizem que a energia irradiada pelo Sol provém de processos de .......... que ocorrem no seu interior, envolvendo núcleos de elementos leves.
No núcleo solar, a temperatura e a densidade permitem reações que, ao longo da cadeia próton-próton, convertem hidrogênio em hélio. A massa final é menor que a massa inicial dos reagentes. A diferença é liberada como energia de acordo com \(E=\Delta m c^2\).
Alternativa B.