Prova UFRGS 2001 — Física com Gabarito e Resolução

Mecânica — Gráfico de velocidade

O gráfico de velocidade (V) contra tempo (t), mostrado abaixo, representa, em unidades arbitrárias, o movimento retilíneo de uma partícula.

Velocidade igual a 1 de t=0 a t=1 e decrescendo em linha reta até zero em t=3.

O quociente d1/d2 entre a distância d1, percorrida pela partícula no intervalo de tempo ∆t1, e a distância d2, percorrida pela partícula no intervalo de tempo ∆t2, é

A)3

B)2

C)1

D)1 / 2

E)1 / 3

Resolução comentada

A velocidade permanece positiva nos dois intervalos, então a distância é a área sob o gráfico de velocidade. Até \(t=1\), o retângulo tem área \(d_1=1\cdot1=1\). De \(t=1\) a \(t=3\), o triângulo tem área \(d_2=(3-1)\cdot1/2=1\). Em unidades arbitrárias, as duas distâncias são iguais e \(d_1/d_2=1\).

Alternativa C.

Mecânica — Velocidade média

Um automóvel, A, faz o percurso de ida e de volta sobre o mesmo trecho, de 20 km, de uma rodovia. Na ida sua velocidade média é de 60 km/h e na volta sua velocidade média é de 40 km/h, sendo tA o intervalo de tempo para completar a viagem. Outro automóvel, B, faz o mesmo percurso, mas vai e volta com a mesma velocidade média, de 50 km/h, completando a viagem em um intervalo de tempo tB. Qual é a razão tA / tB entre os citados intervalos de tempo?

A)5 / 4

B)25 / 24

C)1

D)25 / 28

E)5 / 6

Resolução comentada

Cada trecho tem 20 km. Somando os tempos de ida e volta, \(t_A=20/60+20/40=5/6\,\mathrm h\). Para B, \(t_B=40/50=4/5\,\mathrm h\). Logo \(t_A/t_B=(5/6)/(4/5)=25/24\). A média aritmética de 60 e 40 km/h não dá a velocidade média da viagem, pois os trechos são percorridos em tempos diferentes.

Alternativa B.

Mecânica — Leis de Newton

Selecione a alternativa que, do ponto de vista de um observador inercial, preenche corretamente as lacunas nas afirmações abaixo, na ordem em que elas aparecem.

- Um núcleo de um gás monoatômico radioativo ....... aceleração ao emitir uma partícula.

- A velocidade de uma partícula só se modifica se a soma de todas as forças exercidas sobre ela é ........ .

- Na ausência de força resultante, o movimento retilíneo uniforme de uma partícula ....... indefinidamente.

A)sofre – nula – não persiste.

B)não sofre – não nula – não persiste.

C)não sofre – nula – persiste.

D)não sofre – nula – não persiste.

E)sofre – não nula – persiste.

Resolução comentada

Na emissão, a partícula e o núcleo interagem. O núcleo recua e sua velocidade muda durante o processo, portanto sofre aceleração. Pela segunda lei de Newton, uma mudança de velocidade exige resultante não nula. Pela primeira lei, com resultante zero a velocidade permanece constante e o movimento retilíneo uniforme persiste.

Alternativa E.

Mecânica — Atrito estático

Um livro encontra-se deitado sobre uma folha de papel, ambos em repouso sobre uma mesa horizontal. Para aproximá-lo de si, um estudante puxa a folha em sua direção, sem tocar no livro. O livro acompanha o movimento da folha e não desliza sobre ela. Qual é a alternativa que melhor descreve a força que, ao ser exercida sobre o livro, o colocou em movimento?

A)É uma força de atrito cinético de sentido contrário ao do movimento do livro.

B)É uma força de atrito cinético de sentido igual ao do movimento do livro.

C)É uma força de atrito estático de sentido contrário ao do movimento do livro.

D)É uma força de atrito estático de sentido igual ao do movimento do livro.

E)É uma força que não pode ser caracterizada como força de atrito.

Resolução comentada

Ao puxar a folha, ela tende a deslizar para a frente sob o livro, que inicialmente está em repouso. O atrito da folha sobre o livro se opõe a esse deslizamento relativo e acelera o livro no sentido da puxada. Como as superfícies permanecem em repouso uma em relação à outra, o atrito é estático.

Alternativa D.

Mecânica — Período e frequência

Instrução: o enunciado e a tabela abaixo referem-se às questões de números 05 e 06.

Foi determinado o período de cinco diferentes movimentos circulares uniformes, todos referentes a partículas de mesma massa percorrendo a mesma trajetória. A tabela apresenta uma coluna com os valores do período desses movimentos e uma coluna (incompleta) com os correspondentes valores da freqüência.

Movimento	Período	Freqüência (Hz)
I	1/4
II	1/2
III	1	1
IV	2
V	4

Qual das alternativas apresenta os valores da freqüência correspondentes, respectivamente, aos movimentos I, II, IV e V?

A)1 / 2, 1 / √2, √2 e 2

B)4, 2, 1 / 2 e 1 / 4

C)1 / 4, 1 / 2, 2 e 4

D)16, 4, 1 / 4 e 1 / 16

E)1 / 16, 1 / 4, 4 e 16

Resolução comentada

O período é o tempo de uma volta. A frequência é o número de voltas por segundo, de modo que \(f=1/T\). Invertendo os períodos de I, II, IV e V, obtemos, na ordem, \(4\), \(2\), \(1/2\) e \(1/4\,\mathrm{Hz}\).

Alternativa B.

Mecânica — Força centrípeta

Instrução: o enunciado e a tabela abaixo referem-se às questões de números 05 e 06.

Movimento	Período	Freqüência (Hz)
I	1/4
II	1/2
III	1	1
IV	2
V	4

Em qual dos movimentos o módulo da força centrípeta é maior?

A)I

B)II

C)III

D)IV

E)V

Resolução comentada

Em cada movimento, \(v=2\pi r/T\), pois uma volta tem comprimento \(2\pi r\). A força centrípeta vale \(F_c=mv^2/r=4\pi^2mr/T^2\). A massa e o raio são iguais para todos os casos, então o menor período dá a maior força. Isso ocorre em I, com \(T=1/4\,\mathrm s\).

Alternativa A.

Mecânica — Colisão e terceira lei

Um jipe choca-se frontalmente com um automóvel estacionado. A massa do jipe é aproximadamente o dobro da massa do automóvel. Considerando que durante o tempo de colisão atuam apenas as forças que os dois veículos se exercem mutuamente, pode-se afirmar que, nesse mesmo intervalo de tempo,

A)a força média que o automóvel exerce sobre o jipe é maior em módulo do que a força média que o jipe exerce sobre o automóvel.

B)a força média que o jipe exerce sobre o automóvel é maior em módulo do que a força média que o automóvel exerce sobre o jipe.

C)a aceleração média que o automóvel sofre é maior em módulo do que a aceleração média que o jipe sofre.

D)a aceleração média que o jipe sofre é maior em módulo do que a aceleração média que o automóvel sofre.

E)a variação de velocidade que o jipe experimenta é maior em módulo do que a variação de velocidade que o automóvel experimenta.

Resolução comentada

As forças que os veículos exercem entre si têm módulos iguais e sentidos opostos a cada instante, pela terceira lei de Newton. O mesmo vale para suas forças médias no intervalo. Pela segunda lei, \(|a_\mathrm{méd}|=|F_\mathrm{méd}|/m\). Como a massa do automóvel é aproximadamente metade da do jipe, sua aceleração média tem aproximadamente o dobro do módulo.

Alternativa C.

Mecânica — Trabalho e energia cinética

Num sistema de referência inercial, é exercida uma força resultante sobre um corpo de massa igual a 0,2 kg, que se encontra inicialmente em repouso. Essa força resultante realiza sobre o corpo um trabalho de 1 J, produzindo nele apenas movimento de translação. No mesmo sistema de

referência, qual é o módulo da velocidade adquirida pelo corpo em conseqüência do trabalho realizado sobre ele?

A)√5 m/s

B)√10 m/s

C)5 m/s

D)10 m/s

E)20 m/s

Resolução comentada

O trabalho da força resultante é a variação da energia cinética. Como o corpo parte do repouso e apenas se translada, \(1\,\mathrm J=\tfrac12(0{,}2\,\mathrm{kg})v^2\). Assim \(v^2=10\,\mathrm{m^2/s^2}\) e \(v=\sqrt{10}\,\mathrm{m/s}\).

Alternativa B.

Mecânica — Empuxo

Quando uma pedra de 200 g, que se acha suspensa em um dinamômetro, é mergulhada inteiramente na água, a leitura do dinamômetro sofre um decréscimo de 30%. Qual é, aproximadamente, a massa específica da pedra, em g/cm³? (Considere a massa específica da água igual a 1 g/cm³.)

A)1,33

B)2,33

C)3,33

D)4,33

E)5,33

Resolução comentada

Submersa, a pedra recebe empuxo para cima. A queda na leitura do dinamômetro é o empuxo, igual a \(0{,}30P\), sendo \(P\) o peso da pedra. Como o volume de água deslocado é o volume \(V\) da pedra, \(E/P=(\rho_\mathrm{água}Vg)/(\rho_\mathrm{pedra}Vg)=0{,}30\). Portanto \(\rho_\mathrm{pedra}=1/0{,}30\simeq3{,}33\,\mathrm{g/cm^3}\).

Alternativa C.

Q10

Mecânica — Energia elástica

A figura abaixo representa um bloco que, deslizando sem atrito sobre uma superfície horizontal, se choca frontalmente contra a extremidade de uma mola ideal, cuja extremidade oposta está presa a uma parede vertical rígida.

Bloco de massa m movendo-se para a esquerda em direção a uma mola presa à parede.

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem.

Durante a etapa de compressão da mola, a energia cinética do bloco ........ e a energia potencial elástica armazenada no sistema massa-mola ........ . No ponto de inversão do movimento, a velocidade do bloco é zero e sua aceleração é ........ .

A)aumenta – diminui – zero.

B)diminui – aumenta – máxima.

C)aumenta – diminui – máxima.

D)diminui – aumenta – zero.

E)diminui – diminui – zero.

Resolução comentada

O bloco se move para a esquerda e comprime a mola. A força elástica aponta para a direita e realiza trabalho negativo sobre o bloco. Sem atrito, a energia cinética diminui à medida que aumenta a energia elástica \(kx^2/2\). Na inversão, \(v=0\) e a compressão é máxima. Pela lei de Hooke, \(|a|=k|x|/m\) também atinge seu máximo.

Alternativa B.

Q11

Termologia — Fusão e aquecimento

Uma mistura de gelo e água em estado líquido, com massa total de 100 g, encontra-se à temperatura de 0 °C. Um certo tempo após receber 16.000 J de calor, a mistura acha-se completamente transformada em água líquida a 20 °C. Qual era, aproximadamente, a massa de gelo contida na mistura inicial? [Dados: Calor de fusão do gelo = 334,4 J/g; calor específico da água = 4,18 J/(g.°C)].

A)22,8 g

B)38,3 g

C)47,6 g

D)72,8 g

E)77,2 g

Resolução comentada

A mistura começa a \(0\,^\circ\mathrm C\). Parte do calor derrete o gelo a essa temperatura e o restante aquece os 100 g de água até \(20\,^\circ\mathrm C\). O aquecimento requer \(Q_a=100\cdot4{,}18\cdot20=8360\,\mathrm J\). Sobram \(16000-8360=7640\,\mathrm J\) para a fusão. Dividindo pelo calor latente, \(m_g=7640/(334{,}4\,\mathrm{J/g})\simeq22{,}8\,\mathrm g\).

Alternativa A.

Q12

Termologia — Primeira lei da termodinâmica

Um recipiente hermeticamente fechado, de paredes rígidas e permeáveis à passagem de calor, contém uma certa quantidade de gás à temperatura absoluta T. Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem. Se o recipiente for mergulhado em um tanque contendo um líquido à temperatura absoluta 2T, a temperatura do gás ........, e sua energia interna ........ .

A)diminuirá – diminuirá

B)diminuirá – permanecerá constante

C)permanecerá constante – aumentará

D)aumentará – aumentará

E)aumentará – permanecerá constante

Resolução comentada

O tanque está mais quente e fornece calor ao gás através da parede. O recipiente é rígido, de modo que o gás não realiza trabalho de expansão. Pela primeira lei, \(\Delta U=Q-W=Q>0\). O gás se aquece enquanto se aproxima do equilíbrio térmico com o líquido, e sua energia interna aumenta.

Alternativa D.

Q13

Termologia — Gráfico de calor e temperatura

Calor é absorvido por uma amostra de certa substância, em condições nas quais sua massa é mantida constante e é nulo o trabalho realizado pela amostra. O gráfico abaixo representa, em unidades arbitrárias, o calor (Q) absorvido pela amostra, como função da variação de temperatura (∆T) que este calor provoca na mesma.

No gráfico de Q em função de ΔT, AB é uma reta crescente mais inclinada que CD. BC é um trecho vertical.

Analise as seguintes afirmações, referentes a esse gráfico.

I. O calor específico da substância tem um valor constante na etapa entre A e B e outro valor constante na etapa entre C e D, sendo menor na etapa entre A e B.

II. O calor específico da substância tem valor crescente tanto na etapa entre A e B como na etapa entre C e D.

III. A linha vertical que aparece no gráfico entre os pontos B e C indica que nessa etapa a amostra sofre uma mudança de estado.

Quais estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas III.

D)Apenas I e III.

E)Apenas II e III.

Resolução comentada

O gráfico tem \(Q\) no eixo vertical e \(\Delta T\) no horizontal. Nas etapas de aquecimento sem mudança de fase, \(Q=mc\Delta T\), logo a inclinação vale \(mc\). Os segmentos AB e CD são retos e AB é mais inclinado. Portanto o calor específico é constante em cada etapa e maior em AB, o que torna I e II falsas. De B a C, entra calor sem mudança de temperatura, o que caracteriza a mudança de estado indicada em III.

Alternativa C.

Q14

Termologia — Entropia

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem. A entropia de um sistema termodinâmico isolado nunca ........ : se o sistema sofre uma transformação reversível, sua entropia ........ ; se o sistema sofre uma transformação irreversível, sua entropia ........

A)aumenta – permanece constante – diminui

B)aumenta – diminui – permanece constante

C)diminui – aumenta – aumenta

D)diminui – permanece constante – aumenta

E)diminui – permanece constante – permanece constante

Resolução comentada

Um sistema isolado não troca calor nem matéria com o exterior. Sua variação de entropia decorre da produção interna de entropia. Em uma transformação reversível essa produção é zero e a entropia permanece constante. Em uma transformação irreversível ela é positiva e a entropia aumenta.

Alternativa D.

Q15

Termologia — Gás ideal e energia interna

O diagrama abaixo representa, em unidades arbitrárias, a pressão (p) em um recipiente contendo um gás ideal, como função do volume (V) do gás, durante um processo de expansão.

Gráfico p versus V com vértices em (1,1), (2,3), (3,3) e (4,1).

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem. Na etapa em que o volume aumenta de 1 para 2, a energia interna do gás ........ ; na etapa em que o volume aumenta de 2 para 3, a energia interna do gás ........ ; na etapa em que o volume aumenta de 3 para 4, a energia interna do gás ........ .

A)diminui – permanece constante – diminui

B)diminui – permanece constante – aumenta

C)aumenta – permanece constante – diminui

D)aumenta – aumenta – aumenta

E)aumenta – aumenta – diminui

Resolução comentada

Para a quantidade fixa de gás ideal, \(pV=nRT\). A energia interna acompanha a temperatura, que é proporcional a \(pV\). Lendo os quatro pontos do gráfico, os produtos \(pV\) são \(1\), \(6\), \(9\) e \(4\), em unidades arbitrárias. Assim a energia interna aumenta de 1 para 2, aumenta de 2 para 3 e diminui de 3 para 4. Na etapa de pressão constante o aumento de volume também eleva a temperatura.

Alternativa E.

Q16

Eletricidade — Campo elétrico e simetria esférica

A figura (I) representa, em corte, uma esfera maciça de raio R, contendo carga elétrica Q, uniformemente distribuída em todo o seu volume. Essa distribuição de carga produz no ponto P1, a uma distância d do centro da esfera maciça, um campo elétrico de intensidade E1. A figura (II) representa, em corte, uma casca esférica de raio 2R, contendo a mesma carga elétrica Q, porém uniformemente distribuída sobre sua superfície. Essa distribuição de carga produz no ponto P2, à mesma distância d do centro da casca esférica, um campo elétrico de intensidade E2.

Esfera maciça de raio R e casca esférica de raio 2R. Os pontos P₁ e P₂ estão fora das esferas, à mesma distância d dos centros.

Selecione a alternativa que expressa corretamente a relação entre as intensidades de campo elétrico E1 e E2.

A)E2 = 4 E1

B)E2 = 2 E1

C)E2 = E1

D)E2 = E1 / 2

E)E2 = E1 / 4

Resolução comentada

A figura mostra os pontos fora das duas distribuições esféricas. Pela simetria, o campo em uma superfície gaussiana de raio \(d\) é radial e tem o mesmo módulo em toda a superfície. Como cada superfície envolve a mesma carga \(Q\), a lei de Gauss dá \(E=|Q|/(4\pi\varepsilon_0d^2)\) nos dois casos. Logo \(E_2=E_1\).

Alternativa C.

Q17

Eletricidade — Potência e resistência

Uma lâmpada de lanterna, que traz as especificações 0,9 W e 6 V, tem seu filamento projetado para operar a alta temperatura. Medindo a resistência elétrica do filamento à temperatura ambiente (isto é: estando a lâmpada desligada), encontramos o valor R0 = 4 Ω. Sendo R o valor da resistência do filamento à temperatura de operação, qual é, aproximadamente, a razão R/R0?

A)0,10

B)0,60

C)1,00

D)1,66

E)10,00

Resolução comentada

As especificações de 6 V e 0,9 W valem para o filamento quente. Usando \(P=U^2/R\), obtemos \(R=(6\,\mathrm V)^2/(0{,}9\,\mathrm W)=40\,\Omega\). A resistência a frio é \(4\,\Omega\). Portanto \(R/R_0=40/4=10\).

Alternativa E.

Q18

Eletricidade — Potência em lâmpadas

Nos circuitos representados na figura abaixo, as lâmpadas 1, 2, 3, 4 e 5 são idênticas. As fontes que alimentam os circuitos são idênticas e ideais.

Três circuitos: lâmpada 1 sozinha, lâmpadas 2 e 3 em série, e lâmpadas 4 e 5 em paralelo.

Considere as seguintes afirmações sobre o brilho das lâmpadas.

I. As lâmpadas 1, 4 e 5 brilham com mesma intensidade.

II. As lâmpadas 2 e 3 brilham com mesma intensidade.

III. O brilho da lâmpada 4 é maior do que o da lâmpada 2.

Quais estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas III.

D)Apenas I e II.

E)I, II e III.

Resolução comentada

A lâmpada 1 está sozinha ligada à fonte, e 4 e 5 estão em paralelo, cada uma sob a mesma tensão da fonte. Assim, as três dissipam a mesma potência. Já 2 e 3 estão em série e são idênticas, por isso têm a mesma corrente e dividem igualmente a tensão. A tensão em 4 é maior do que em 2, logo 4 dissipa mais potência e brilha mais. As três afirmações estão corretas.

Alternativa E.

Q19

Eletricidade — Associação mista de resistores

No circuito representado na figura abaixo, a intensidade da corrente elétrica através do resistor de 2 Ω é de 2 A. O circuito é alimentado por uma fonte de tensão ideal ε.

Dois resistores de 1/3 Ω em série com um paralelo de 2 Ω e 4 Ω. O ramo de 2 Ω conduz 2 A.

Qual o valor da diferença de potencial entre os terminais da fonte?

A)4 V

B)14/3 V

C)16/3 V

D)6 V

E)40/3 V

Resolução comentada

No ramo de \(2\,\Omega\), a tensão é \(U=(2\,\mathrm A)(2\,\Omega)=4\,\mathrm V\). O ramo de \(4\,\Omega\) está em paralelo e tem a mesma tensão, então conduz \(4\,\mathrm V/(4\,\Omega)=1\,\mathrm A\). Os dois resistores de \(1/3\,\Omega\) conduzem a corrente total de \(3\,\mathrm A\) e apresentam queda de \(1\,\mathrm V\) cada. A fonte fornece \(1+4+1=6\,\mathrm V\).

Alternativa D.

Q20

Eletromagnetismo — Lei de Faraday

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no texto abaixo. Materiais com propriedades magnéticas especiais têm papel muito importante na tecnologia moderna. Entre inúmeras aplicações, podemos mencionar a gravação e a leitura magnéticas, usadas em fitas magnéticas e discos de computadores. A idéia básica na qual se fundamenta a leitura magnética é a seguinte: variações nas intensidades de campos ........ , produzidos pela fita ou pelo disco em movimento, induzem ........ em uma bobina existente no cabeçote de leitura, dando origem a sinais que são depois amplificados.

A)magnéticos – magnetização

B)magnéticos – correntes elétricas

C)elétricos – correntes elétricas

D)elétricos – magnetização

E)elétricos – cargas elétricas

Resolução comentada

Ao passar pelo cabeçote, trechos magnetizados da fita ou do disco produzem um campo magnético variável na região da bobina. O fluxo magnético através das espiras varia, induzindo uma força eletromotriz pela lei de Faraday. A corrente elétrica induzida no circuito varia com o sinal gravado.

Alternativa B.

Q21

Eletromagnetismo — Fluxo magnético e lei de Lenz

A figura abaixo representa as espiras I e II, ambas com a mesma resistência elétrica, movendo-se no plano da página com velocidades de mesmo módulo, em sentidos opostos. Na mesma

região, existe um campo magnético uniforme que aponta perpendicularmente para dentro da página, cuja intensidade está aumentando à medida que o tempo decorre.

Espira I maior se movendo à esquerda e espira II menor se movendo à direita, em um campo para dentro da página.

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo. A intensidade da corrente induzida na espira I é ........ que a intensidade da corrente induzida na espira II, e as suas correntes têm ........ .

A)a mesma – sentidos opostos

B)a mesma – o mesmo sentido

C)menor – sentidos opostos

D)maior – sentidos opostos

E)maior – o mesmo sentido

Resolução comentada

As espiras se deslocam dentro de um campo espacialmente uniforme, com área e orientação fixas. Assim, a translação em sentidos opostos não muda o fluxo. Como o campo para dentro da página aumenta, \(|\mathcal E|=A|dB/dt|\). A espira I tem maior área e, para resistências iguais, maior corrente. Pela lei de Lenz, as duas correntes geram campo para fora da página e são anti-horárias.

Alternativa E.

Q22

Ondulatória — Período e comprimento de onda

Entre os gráficos apresentados abaixo, em escalas lineares e unidades arbitrárias, assinale aquele que, pela sua forma, melhor representa a relação entre período (T) e comprimento de onda (λ) da luz ao propagar-se no vácuo.

Curva crescente com inclinação decrescente.

Curva decrescente que se achata à direita.

Resolução comentada

No vácuo, a luz de qualquer comprimento de onda se propaga com a mesma velocidade \(c\). A onda percorre \(\lambda\) durante um período \(T\), portanto \(c=\lambda/T\). Daí \(T=\lambda/c\), uma relação de proporcionalidade direta representada por uma reta crescente.

Alternativa B.

Q23

Ondulatória — Polarização, interferência e Doppler

Considere as seguintes afirmações a respeito de ondas transversais e longitudinais.

I. Ondas transversais podem ser polarizadas e ondas longitudinais não.

II. Ondas transversais podem sofrer interferência e ondas longitudinais não.

III. Ondas transversais podem apresentar efeito Doppler e ondas longitudinais não.

Quais estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas III.

D)Apenas I e II.

E)Apenas I e III.

Resolução comentada

A polarização seleciona uma direção de oscilação transversal. Em uma onda longitudinal, a oscilação já se dá ao longo da direção de propagação, portanto I está correta. A interferência resulta da superposição de ondas, inclusive longitudinais, como o som. O som também apresenta efeito Doppler quando muda o movimento relativo entre fonte e observador. Logo II e III estão incorretas.

Alternativa A.

Q24

Ondulatória — Propagação do som

Percute-se a extremidade de um trilho retilíneo de 102 m de comprimento. Na extremidade oposta do trilho, uma pessoa escuta dois sons: um deles produzido pela onda que se propagou no trilho e o outro produzido pela onda que se propagou pelo ar. O intervalo de tempo que separa a chegada dos dois sons é de 0,28 s. Considerando a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, qual é o valor aproximado da velocidade com que o som se propaga no trilho?

A)5100 m/s

B)1760 m/s

C)364 m/s

D)176 m/s

E)51 m/s

Resolução comentada

O som percorre 102 m pelo ar em \(t_\mathrm{ar}=102/340=0{,}30\,\mathrm s\). O pulso no trilho chega primeiro, de modo que \(t_\mathrm{trilho}=0{,}30-0{,}28=0{,}02\,\mathrm s\). A velocidade no trilho é \(102\,\mathrm m/(0{,}02\,\mathrm s)=5100\,\mathrm{m/s}\).

Alternativa A.

Q25

Óptica — Rotação de espelho plano

A figura abaixo representa um raio luminoso R incidindo obliquamente sobre um espelho plano que se encontra na posição horizontal E. No ponto de incidência O, foi traçada a vertical V. Gira-se, então, o espelho de um ângulo α (em torno de um eixo que passa pelo ponto O) para a posição E’, conforme indica a figura.

Raio incidente vindo de cima à esquerda. O espelho gira a partir da horizontal, subindo à direita, enquanto o ponto de incidência O permanece fixo.

Não sendo alterada a direção do raio luminoso incidente R com respeito à vertical V, pode-se afirmar que a direção do raio refletido

A)também não será alterada, com respeito à vertical V.

B)será girada de um ângulo α, aproximando-se da vertical V.

C)será girada de um ângulo 2α, aproximando-se da vertical V.

D)será girada de um ângulo α, afastando-se da vertical V.

E)será girada de um ângulo 2α, afastando-se da vertical V.

Resolução comentada

A normal ao espelho também gira de \(\alpha\), inclinando-se em direção ao raio incidente no lado esquerdo da vertical. A normal é a bissetriz do ângulo entre o raio que chega e o que sai. Como a direção incidente é fixa, o raio refletido gira \(2\alpha\) no mesmo sentido da normal. Na geometria mostrada, isso o aproxima da vertical.

Alternativa C.

Q26

Óptica — Dispersão da luz

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem.

As cores que compõem a luz branca podem ser visualizadas quando um feixe de luz, ao atravessar um prisma de vidro, sofre.......... , separando-se nas cores do espectro visível. A luz de cor ......... é a menos desviada, e a de cor .......... é a mais desviada de sua direção de incidência.

A)dispersão – vermelha – violeta

B)dispersão – violeta – vermelha

C)difração – violeta – vermelha

D)reflexão – vermelha – violeta

E)reflexão – violeta – vermelha

Resolução comentada

O índice de refração do vidro depende do comprimento de onda. Ao atravessar o prisma, as cores sofrem desvios diferentes, separando-se por dispersão. No vidro usual, o índice é menor para o vermelho e maior para o violeta. Por isso a luz vermelha é a menos desviada e a violeta é a mais desviada.

Alternativa A.

Q27

Óptica — Lente em meio refringente

Considere uma lente com índice de refração igual a 1,5 imersa completamente em um meio cujo índice de refração pode ser considerado igual a 1. Um feixe luminoso de raios paralelos incide sobre a lente e converge para um ponto P situado sobre o eixo principal da lente.

Sendo a lente mantida em sua posição e substituído o meio no qual ela se encontra imersa, são feitas as seguintes afirmações a respeito do experimento.

I. Em um meio com índice de refração igual ao da lente, o feixe luminoso converge para o mesmo ponto P.

II. Em um meio com índice de refração menor do que o da lente, porém maior do que 1, o feixe luminoso converge para um ponto P’ mais afastado da lente do que o ponto P.

III. Em um meio com índice de refração maior do que o da lente, o feixe luminoso diverge ao atravessar a lente.

Quais estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas III.

D)Apenas II e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

A potência da lente depende do contraste de índices. Na expressão de lente delgada, \(1/f=(n_\mathrm{lente}/n_\mathrm{meio}-1)(1/R_1-1/R_2)\), e o fator geométrico é fixo. Com índices iguais, a potência zera e o feixe segue paralelo, o que torna I falsa. Se o índice do meio sobe mas continua abaixo de 1,5, a potência diminui e o foco se afasta, como em II. Acima de 1,5, a potência troca de sinal e o feixe diverge, como em III.

Alternativa D.

Q28

Física moderna — Espalhamento de Rutherford

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no texto abaixo.

A chamada experiência de Rutherford (1911-1913), consistiu essencialmente em lançar, contra uma lâmina muito delgada de ouro, um feixe de partículas emitidas por uma fonte radioativa. Essas partículas, cuja carga elétrica é .........., são conhecidas como partículas......... .

A)positiva – alfa

B)positiva – beta

C)nula – gama

D)negativa – alfa

E)negativa – beta

Resolução comentada

O feixe usado para bombardear a lâmina de ouro era formado por partículas alfa. Cada uma é um núcleo de hélio, com dois prótons e dois nêutrons. Os dois prótons dão carga \(+2e\) à partícula.

Alternativa A.

Q29

Física moderna — Modelo nuclear do átomo

A experiência de Rutherford ( 1911-1913), na qual uma lâmina delgada de ouro foi bombardeada com um feixe de partículas, levou à conclusão de que

A)a carga positiva do átomo está uniformemente distribuída no seu volume.

B)a massa do átomo está uniformemente distribuída no seu volume.

C)a carga negativa do átomo está concentrada em um núcleo muito pequeno.

D)a carga positiva e quase toda a massa do átomo estão concentradas em um núcleo muito pequeno.

E)os elétrons, dentro do átomo, movem-se somente em certas órbitas, correspondentes a valores bem definidos de energia.

Resolução comentada

A maioria das partículas alfa atravessou a lâmina com pouco desvio. Algumas sofreram desvios muito grandes, inclusive voltando para o lado de onde vieram. A repulsão necessária para desviar tanto uma partícula positiva aparece quando ela passa perto de um centro pequeno e muito concentrado de carga positiva. Rutherford concluiu que ali também se concentra quase toda a massa do átomo.

Alternativa D.

Q30

Física moderna — Efeito fotoelétrico

Considere as seguintes afirmações sobre o efeito fotoelétrico.

I. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica atingida por radiação eletromagnética.

II. O efeito fotoelétrico pode ser explicado satisfatoriamente com adoção de um modelo corpuscular para a luz.

III. Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a freqüência da luz que incide nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal.

Quais estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas I e II.

D)Apenas I e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

A radiação pode arrancar elétrons do metal, como em I. O modelo de fótons explica o fenômeno porque cada elétron absorve energia \(hf\) de um fóton, como em II. Para escapar, o elétron precisa vencer a função trabalho \(\phi\). A frequência de corte \(f_0=\phi/h\) depende do metal. Acima dela, os elétrons podem sair com energia cinética, como em III. No modelo ideal, em \(f=f_0\) a energia cinética máxima é zero.

Alternativa E.

UFRGS · 2001 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova