Prova UFRGS 2002 — Física com Gabarito e Resolução

Mecânica — Descida em duas etapas

Em uma manhã de março de 2001, a plataforma petrolífera P-36, da Petrobrás, foi a pique. Em apenas três minutos, ela percorreu os 1320 metros de profundidade que a separavam do fundo do mar. Suponha que a plataforma, partindo do repouso, acelerou uniformemente durante os primeiros 30 segundos, ao final dos quais sua velocidade atingiu um valor V com relação ao fundo, e que, no restante do tempo, continuou a cair verticalmente, mas com velocidade constante de valor igual a V. Nessa hipótese, qual foi o valor V?

A)4,0 m/s.

B)7,3 m/s.

C)8,0 m/s.

D)14,6 m/s.

E)30,0 m/s.

Resolução comentada

Três minutos correspondem a 180 s. Nos primeiros 30 s, a velocidade cresce linearmente de zero a $V$, então sua média é $V/2$. Nos 150 s restantes, a velocidade é $V$. Somando as distâncias, $$1320\,\mathrm m=(V/2)(30\,\mathrm s)+V(150\,\mathrm s)=V(165\,\mathrm s).$$ Logo, $V=8{,}0\,\mathrm{m/s}$.

Alternativa C.

Mecânica — Lançamento vertical

Um projétil é lançado verticalmente para cima, a partir do nível do solo, com velocidade inicial de 30 m/s. Admitindo $g=10\,\mathrm{m/s^2}$ e desprezando a resistência do ar, analise as seguintes afirmações a respeito do movimento desse projétil.

I - 1 s após o lançamento, o projétil se encontra na posição de altura 25 m com relação ao solo.

II - 3 s após o lançamento, o projétil atinge a posição de altura máxima.

III - 5 s após o lançamento, o projétil se encontra na posição de altura 25 m com relação ao solo. Quais estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas III.

D)Apenas II e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

Com o sentido positivo para cima, $y=30t-5t^2$ e $v=30-10t$, em unidades do SI. Em 1 s e 5 s, as alturas são $30-5=25\,\mathrm m$ e $150-125=25\,\mathrm m$. A velocidade zera em 3 s, quando o projétil chega ao topo. As três afirmações são verdadeiras.

Alternativa E.

Mecânica — Velocidade relativa

Um automóvel que trafega em uma auto-estrada reta e horizontal, com velocidade constante, está sendo observado de um helicóptero. Relativamente ao solo, o helicóptero voa com velocidade constante de 100 km/h, na mesma direção e no mesmo sentido do movimento do automóvel. Para o observador situado no helicóptero, o automóvel avança a 20 km/h. Qual é, então, a velocidade do automóvel relativamente ao solo?

A)120 km/h.

B)100 km/h.

C)80 km/h.

D)60 km/h.

E)20 km/h.

Resolução comentada

O automóvel avança a 20 km/h em relação ao helicóptero. Como os dois se movem na mesma direção e sentido, a velocidade em relação ao solo é a soma. $$v_{\mathrm{auto,solo}}=100\,\mathrm{km/h}+20\,\mathrm{km/h}=120\,\mathrm{km/h}.$$

Alternativa A.

Mecânica — Galileu, Kepler e Newton

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas nas afirmações abaixo, na ordem em que elas aparecem.

- _________ descreveu movimentos acelerados sobre um plano inclinado e estudou os efeitos da gravidade terrestre local sobre tais movimentos.

- _________, usando dados coletados por Tycho Brahe, elaborou enunciados concisos para descrever os movimentos dos planetas em suas órbitas em torno do Sol.

- _________ propôs uma teoria que explica o movimento dos corpos celestes, segundo a qual a gravidade terrestre atinge a Lua, assim como a gravidade solar se estende à Terra e aos demais planetas.

A)Newton - Kepler - Galileu

B)Galileu - Kepler - Newton

C)Galileu - Newton - Kepler

D)Kepler - Newton - Galileu

E)Kepler - Galileu - Newton

Resolução comentada

Galileu estudou o movimento acelerado com planos inclinados. Kepler usou os dados astronômicos de Tycho Brahe para formular as leis das órbitas. Newton explicou o movimento celeste pela gravitação universal, aplicável também à interação da Terra com a Lua.

Alternativa B.

Mecânica — Resultante em movimento uniforme

Um foguete é disparado verticalmente a partir de uma base de lançamentos, onde seu peso é P. Inicialmente, sua velocidade cresce por efeito de uma aceleração constante. Segue-se, então, um estágio durante o qual o movimento se faz com velocidade constante relativamente a um observador inercial. Durante esse estágio, do ponto de vista desse observador, o módulo da força resultante sobre o foguete é

A)zero.

B)maior do que zero, mas menor do que P.

C)igual a P.

D)maior do que P, mas menor do que 2 P.

E)igual a 2 P.

Resolução comentada

No estágio descrito, a velocidade vetorial é constante no referencial inercial. Logo, $\vec a=\vec 0$ e a segunda lei de Newton dá $\sum\vec F=\vec 0$. O peso continua atuando e é compensado pelas demais forças.

Alternativa A.

Mecânica — Equilíbrio de uma barra

A figura abaixo representa uma alavanca constituída por uma barra homogênea e uniforme, de comprimento de 3 m, e por um ponto de apoio fixo sobre o solo. Sob a ação de um contrapeso P igual a 60N, a barra permanece em equilíbrio, em sua posição horizontal, nas condições especificadas na figura.

Barra de 3 m. O apoio fica a 2 m da extremidade direita. O contrapeso fica 50 cm à esquerda do apoio.

Qual é o peso da barra?

A)20 N.

B)30 N.

C)60 N.

D)90 N.

E)180 N.

Resolução comentada

O apoio fica a 1 m da extremidade esquerda. O centro de massa da barra uniforme está a 1,5 m dessa extremidade, portanto 0,50 m à direita do apoio. O contrapeso está 0,50 m à esquerda. Para o equilíbrio, os torques em sentidos opostos se igualam. $$P_{\mathrm{barra}}(0{,}50\,\mathrm m)=(60\,\mathrm N)(0{,}50\,\mathrm m).$$ Assim, o peso da barra é 60 N.

Alternativa C.

Mecânica — Momento linear no gráfico de velocidade

O gráfico de velocidade contra tempo mostrado abaixo representa o movimento executado por uma partícula de massa m sobre uma linha reta, durante um intervalo de tempo 2T.

A velocidade cai linearmente de V a −V entre zero e 2T e zera em T.

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas nas afirmações abaixo, referentes àquele movimento, na ordem em que elas aparecem.

- Em módulo, a quantidade de movimento linear da partícula no instante T é igual a ________.

- Em módulo, a variação da quantidade de movimento da partícula ao longo do intervalo de tempo, 2T é igual a ________.

A)zero - zero

B)zero - 2mV

C)zero - mV

D)mV - zero

E)mV - 2mV

Resolução comentada

O gráfico indica velocidade zero em $T$, logo $p(T)=0$. A velocidade inicial é $+V$, e a final é $-V$. A variação vetorial ao longo do eixo é $\Delta p=-mV-mV=-2mV$, de módulo $2mV$.

Alternativa B.

Mecânica — Trabalho do atrito

Uma pessoa em repouso sobre um piso horizontal observa um cubo, de massa 0,20 kg, que desliza sobre o piso, em movimento retilíneo de translação. Inicialmente, o cubo desliza sem atrito, com velocidade constante de 2 m/s. Em seguida, o cubo encontra pela frente, e atravessa em linha reta, um trecho do piso, de 0,3 m, onde existe atrito. Logo após a travessia deste trecho, a velocidade de deslizamento do cubo é de 1 m/s. Para aquele observador, qual foi o trabalho realizado pela força de atrito sobre o cubo?

A)-0,1 J.

B)-0,2 J.

C)-0,3 J.

D)-0,4 J.

E)-0,5 J.

Resolução comentada

O peso e a normal são perpendiculares ao deslocamento. No trecho rugoso, só o atrito realiza trabalho. Pelo teorema da energia cinética, $$W_{\mathrm{atrito}}=\tfrac12(0{,}20\,\mathrm{kg})\big[(1\,\mathrm{m/s})^2-(2\,\mathrm{m/s})^2\big]=-0{,}30\,\mathrm J.$$

Alternativa C.

Mecânica — Variação de energia cinética dos projéteis

A figura abaixo representa as trajetórias dos projéteis idênticos A, B, C e D, desde seu ponto comum de lançamento, na borda de uma mesa, até o ponto de impacto no chão, considerado perfeitamente horizontal. O projétil A é deixado cair a partir do repouso, e os outros três são lançados com velocidades iniciais não-nulas.

Quatro trajetórias partem da borda da mesa e chegam ao mesmo piso.

Desprezando o atrito com o ar, um observador em repouso no solo pode afirmar que, entre os níveis da mesa a do chão,

A)o projétil A é o que experimenta maior variação de energia cinética.

B)o projétil B é o que experimenta maior variação de energia cinética.

C)o projétil C é o que experimenta maior variação de energia cinética.

D)o projétil D é o que experimenta maior variação de energia cinética.

E)todos os projéteis experimentam a mesma variação de energia cinética.

Resolução comentada

As trajetórias e as velocidades iniciais diferem, mas todos têm a mesma massa e descem da mesma altura. Sem resistência do ar, só o peso realiza trabalho, igual a $mg\Delta h$, com $\Delta h$ a queda vertical. Pelo teorema da energia cinética, esse é o mesmo aumento de energia cinética para os quatro projéteis.

Alternativa E.

Q10

Mecânica — Volume imerso de gelo flutuante

Uma esfera de gelo, de massa igual a 300 g e massa específica igual a 0,92 g/cm³, flutua à superfície da água - cuja massa específica é igual a 1,00 g/cm³ - num recipiente em repouso com relação ao solo. Os valores aproximados do volume total do gelo e do seu volume imerso são dados, em cm³ , respectivamente, por

A)326 e 276.

B)300 e 300.

C)300 e 276.

D)326 e 300.

E)326 e 326.

Resolução comentada

Pela definição de massa específica, o volume total é $300\,\mathrm g/(0{,}92\,\mathrm{g/cm^3})\approx326\,\mathrm{cm^3}$. Na flutuação, o empuxo iguala o peso. Cancelando $g$ em $\rho_{\mathrm{água}}gV_{\mathrm{imerso}}=mg$, obtemos $V_{\mathrm{imerso}}=300\,\mathrm g/(1{,}00\,\mathrm{g/cm^3})=300\,\mathrm{cm^3}$.

Alternativa D.

Q11

Termologia — Conversão da unidade de calor específico

O calor específico de certa amostra de gás é igual a 1 kJ/(kg.°C). Qual das alternativas expressa corretamente esse valor nas unidades J/(g.K) ?

A)3,66x10^-3 .

B)1.

C)10.

D)273,16.

E)10³.

Resolução comentada

Um quilojoule tem 1000 J, e um quilograma tem 1000 g. Como se trata de uma variação de temperatura, um intervalo de 1 °C tem o mesmo tamanho de um intervalo de 1 K. Portanto, $$1\,\mathrm{kJ/(kg\,{}^\circ C)}=\frac{1000\,\mathrm J}{1000\,\mathrm g\cdot1\,\mathrm K}=1\,\mathrm{J/(g\,K)}.$$

Alternativa B.

Q12

Termologia — Aquecimento e fusão do gelo

Uma barra de gelo de 1 kg, que se encontrava inicialmente à temperatura de -10 °C, passa a receber calor de uma fonte térmica e, depois de algum tempo, acha-se totalmente transformada em água a 10 °C. Seja Qg a quantidade de calor necessária para o gelo passar de -10 °C a 0 °C, Qf a quantidade de calor necessária para fundir totalmente o gelo e Qa a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da água de 0 °C até 10 °C.

Substância	Calor específico	Calor de fusão
Gelo	2,09 J/(g·°C)	334,40 J/g
Água	4,18 J/(g·°C)	–

Considerando os dados da tabela acima, assinale a alternativa na qual as quantidades de calor Qg , Qf e Qa estão escritas em ordem crescente de seus valores, quando expressos numa mesma unidade.

A)Qg , Qf , Qa

B)Qg , Qa , Qf

C)Qf , Qg , Qa

D)Qf , Qa , Qg

E)Qa , Qg , Qf

Resolução comentada

Nos trechos com variação de temperatura, usamos $Q=mc\Delta T$. Com 1000 g e variações de 10 °C, o gelo recebe 20.900 J e a água recebe 41.800 J. Na fusão a 0 °C, usamos $Q=mL$, obtendo $(1000\,\mathrm g)(334{,}40\,\mathrm{J/g})=334400\,\mathrm J$. A ordem crescente é $Q_g,Q_a,Q_f$.

Alternativa B.

Q13

Termologia — Expansão isotérmica de um gás ideal

É correto afirmar que, durante a expansão isotérmica de uma amostra de gás ideal,

A)a energia cinética média das moléculas do gás aumenta.

B)o calor absorvido pelo gás é nulo.

C)o trabalho realizado pelo gás é nulo.

D)o trabalho realizado pelo gás é igual à variação da sua energia interna.

E)o trabalho realizado pelo gás é igual ao calor absorvido pelo mesmo.

Resolução comentada

A energia interna de um gás ideal depende da temperatura. Na expansão isotérmica, $\Delta U=0$. Pela primeira lei, com $W$ o trabalho realizado pelo gás, $\Delta U=Q-W$, logo $Q=W$. O calor recebido repõe a energia transferida pelo gás na forma de trabalho.

Alternativa E.

Q14

Termologia — Volume e densidade da água perto de 4 °C

Qualitativamente, os gráficos V1, V2 e V3, apresentados abaixo, propõem diferentes variações de volume com a temperatura para uma certa substância, no intervalo de temperaturas de 2 °C a 6 °C. Do mesmo modo, os gráficos D1, D2 e D3 propõem diferentes variações de densidade com a temperatura para a mesma substância, no mesmo intervalo de temperaturas.

Gráficos de volume: V1 crescente, V2 com mínimo em 4 °C e V3 com máximo em 4 °C.

Gráficos de densidade: D1 decrescente, D2 com máximo em 4 °C e D3 com mínimo em 4 °C.

Dentre esses gráficos, selecione o par que melhor representa, respectivamente, as variações de volume e de densidade da água com a temperatura, à pressão atmosférica, no intervalo de temperaturas considerado.

A)V1 - D1

B)V1 - D3

C)V2 - D1

D)V2 - D2

E)V3 - D3

Resolução comentada

A água líquida tem densidade máxima perto de 4 °C, sob pressão atmosférica. Para uma amostra de massa fixa, $V=m/\rho$, de modo que nessa temperatura o volume é mínimo. O gráfico V2 tem o mínimo, e o gráfico D2 tem o máximo.

Alternativa D.

Q15

Eletricidade — Carga elementar pela lei de Coulomb

O módulo da força eletrostática entre duas cargas elétricas elementares - consideradas puntiformes separadas pela distância nuclear típica de 10⁻¹⁵ m é 2,30 × 10² N. Qual é o valor aproximado da carga elementar? (Constante eletrostática $k=(4\pi\varepsilon_0)^{-1}=9\times10^9\,\mathrm{N\,m^2/C^2}$)

A)2,56 x 10^-38 C.

B)2,56 x 10^-20 C.

C)1,60 x 10^-19 C.

D)3,20 x 10^-19 C.

E)1,60 x 10^-10 C.

Resolução comentada

Como as duas cargas têm o mesmo módulo $e$, a lei de Coulomb dá $F=ke^2/r^2$. Assim, $$e=\sqrt{\frac{(2{,}30\times10^2\,\mathrm N)(10^{-15}\,\mathrm m)^2}{9\times10^9\,\mathrm{N\,m^2/C^2}}}\approx1{,}60\times10^{-19}\,\mathrm C.$$

Alternativa C.

Q16

Eletricidade — Cancelamento do campo de duas cargas

Duas cargas elétricas puntiformes, de valores +4q e -q, são fixadas sobre o eixo dos x, nas posições indicadas na figura abaixo.

A carga +4q está em x=0, a carga −q em x=1 m, e o ponto e em x=2 m.

Sobre esse eixo, a posição na qual o campo elétrico é nulo é indicada pela letra

A)a.

B)b.

C)c.

D)d.

E)e.

Resolução comentada

Entre as cargas, os campos apontam ambos da positiva para a negativa. À esquerda, o ponto está mais próximo da carga de maior módulo, cujo campo domina. À direita de $-q$, a igualdade de módulos exige que a distância até $+4q$ seja o dobro da distância até $-q$, pela dependência $1/r^2$. Isso ocorre em $x=2\,\mathrm m$, ponto e.

Alternativa E.

Q17

Eletricidade — Resistência e bitola de fios

Os fios comerciais de cobre, usados em ligações elétricas, são identificados através de números de bitola. À temperatura ambiente, os fios 14 e 10, por exemplo, têm áreas de seção reta iguais a 2,1 mm² e 5,3 mm², respectivamente. Qual é, àquela temperatura, o valor aproximado da razão $R_{14}/R_{10}$ entre a resistência elétrica, $R_{14}$, de um metro de fio 14 e a resistência elétrica, $R_{10}$, de um metro de fio 10?

A)2,5.

B)1,4.

C)1,0.

D)0,7.

E)0,4.

Resolução comentada

Os fios têm o mesmo comprimento, material e temperatura. Em $R=\rho L/A$, só varia a área. Assim, $$\frac{R_{14}}{R_{10}}=\frac{A_{10}}{A_{14}}=\frac{5{,}3\,\mathrm{mm^2}}{2{,}1\,\mathrm{mm^2}}\approx2{,}5.$$

Alternativa A.

Q18

Eletricidade — Resistor em série com uma lâmpada

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo. Para fazer funcionar uma lâmpada de lanterna, que traz as especificações 0,9W a 6V, dispõe-se, como única fonte de tensão, de uma bateria de automóvel de 12V. Uma solução para compatibilizar esses dois elementos de circuito consiste em ligar a lâmpada à bateria (considerada uma fonte ideal) em ______ com um resistor cuja resistência elétrica seja no mínimo de ______.

A)paralelo - 4 Ω

B)série - 4 Ω

C)paralelo - 40 Ω

D)série - 40 Ω

E)paralelo - 80 Ω

Resolução comentada

A lâmpada opera com $I=P/V=0{,}9\,\mathrm W/(6\,\mathrm V)=0{,}15\,\mathrm A$. Um resistor em série conduz essa mesma corrente e absorve a diferença de 6 V entre a bateria e a lâmpada. $$R=\frac{6\,\mathrm V}{0{,}15\,\mathrm A}=40\,\Omega.$$ Em paralelo, a lâmpada continuaria submetida aos 12 V da fonte.

Alternativa D.

Q19

Eletricidade — Correntes em ramos paralelos

No circuito elétrico abaixo, os amperímetros A1, A2, A3 e A4, a fonte de tensão e os resistores são todos ideais.

A1 e A4 medem a corrente total. Os amperímetros A2 e A3 estão nos dois ramos de 3 Ω.

Nessas condições, pode-se afirmar que

A)A1 e A2 registram correntes de mesma intensidade.

B)A1 e A4 registram correntes de mesma intensidade.

C)a corrente em A1 é mais intensa do que a corrente em A4.

D)a corrente em A2 é mais intensa do que a corrente em A3.

E)a corrente em A3 é mais intensa do que a corrente em A4.

Resolução comentada

A1 está antes da divisão da corrente e A4 está no retorno, depois que os ramos voltam a se juntar. Pela conservação da carga, ambos medem a corrente total. Os ramos têm 3 Ω cada e recebem 12 V, conduzindo 4 A cada. A1 e A4 medem 8 A.

Alternativa B.

Q20

Eletromagnetismo — Experiência de Oersted

A histórica experiência de Oersted, que unificou a eletricidade e o magnetismo, pode ser realizada por qualquer pessoa, bastando para tal que ela disponha de uma pilha comum de lanterna, de um fio elétrico e de

A)um reostato.

B)um eletroscópio.

C)um capacitor.

D)uma lâmpada.

E)uma bússola.

Resolução comentada

A pilha faz circular corrente no fio, produzindo um campo magnético ao seu redor. Uma bússola próxima mostra o efeito pelo desvio de sua agulha em relação à orientação anterior.

Alternativa E.

Q21

Eletromagnetismo — Indução em duas espiras

A figura abaixo representa um fio retilíneo que é percorrido por uma corrente elétrica no sentido indicado pela seta, cuja intensidade i aumenta à medida que o tempo decorre. Nas proximidades desse fio, encontram-se duas espiras condutoras, e1 e e2, simetricamente dispostas em relação a ele, todos no mesmo plano da página.

Fio com corrente para a direita, espira e1 acima e e2 abaixo.

Nessas condições, pode-se afirmar que as correntes elétricas induzidas nas espiras e1 e e2 são, respectivamente,

A)nula e nula.

B)de sentido anti-horário e de sentido horário.

C)de sentido horário e de sentido horário.

D)de sentido anti-horário e de sentido anti-horário.

E)de sentido horário e de sentido anti-horário.

Resolução comentada

Pela regra da mão direita, a corrente para a direita cria campo saindo da página acima do fio e entrando abaixo. Como a corrente aumenta, os dois fluxos crescem em módulo. Pela lei de Lenz, e1 deve produzir campo entrando, o que exige corrente horária. e2 deve produzir campo saindo, o que exige corrente anti-horária.

Alternativa E.

Q22

Ondulatória — Superposição de ondas na corda

A figura abaixo representa as configurações espaciais, em um certo instante t, de duas ondas transversais senoidais, U e V, que se propagam na direção x.

Onda V com amplitude de 0,5 m e fase oposta à onda U.

Qual das alternativas representa corretamente a configuração espacial, no mesmo instante t, da onda resultante da superposição de U e V?

Onda senoidal em fase com U, de amplitude 0,5 m.

Curva com máximos e mínimos de alturas diferentes.

Curva com dois máximos principais no intervalo mostrado.

Resolução comentada

Em cada posição, somamos os deslocamentos com sinal no mesmo instante. U tem amplitude de 1 m, V tem 0,5 m, e as curvas têm o mesmo comprimento de onda e fases opostas. Onde U tem crista, V tem vale. A soma mantém a fase de U, com amplitude $1-0{,}5=0{,}5\,\mathrm m$, como no gráfico A.

Alternativa A.

Q23

Ondulatória — Nível sonoro e razão de intensidades

A menor intensidade de som que um ser humano pode ouvir é da ordem de 10⁻¹⁶ W/cm². Já a maior intensidade suportável (limiar da dor) situa-se em torno de 10⁻³ W/cm². Usa-se uma unidade especial para expressar essa grande variação de intensidades percebidas pelo ouvido humano: o bel (B). O significado dessa unidade é o seguinte: dois sons diferem de 1 B quando a intensidade de um deles é 10 vezes maior (ou menor) que a do outro, diferem de 2 B quando essa intensidade é 100 vezes maior (ou menor) que a do outro, de 3 B quando ela é 1000 vezes maior (ou menor) que a do outro, e assim por diante. Na prática, usa-se o decibel (dB), que corresponde a 1/10 do bel. Quantas vezes maior é, então, a intensidade dos sons produzidos em concertos de rock (110 dB) quando comparada com a intensidade do som produzido por uma buzina de automóvel (90 dB)?

A)1,22.

B)10.

C)20.

D)100.

E)200.

Resolução comentada

A diferença é $110-90=20\,\mathrm{dB}=2\,\mathrm B$. Pela escala logarítmica descrita no enunciado, cada bel multiplica a razão de intensidades por dez. Assim, $I_{\mathrm{rock}}/I_{\mathrm{buzina}}=10^2=100$.

Alternativa D.

Q24

Ondulatória — Efeito Doppler em radar

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem. Os radares usados para a medida da velocidade dos automóveis em estradas têm como princípio de funcionamento o chamado efeito Doppler. O radar emite ondas eletromagnéticas que retornam a ele após serem refletidas no automóvel. A velocidade relativa entre o automóvel e o radar é determinada, então, a partir da diferença de ____________ entre as ondas emitida e refletida. Em um radar estacionado à beira da estrada, a onda refletida por um automóvel que se aproxima apresenta _________ freqüência ____________________ velocidade, comparativamente à onda emitida pelo radar.

A)velocidades - igual - maior

B)freqüências - menor - igual

C)velocidades - menor - maior

D)freqüências - maior - igual

E)velocidades - igual - menor

Resolução comentada

O radar mede a diferença de frequências. Na aproximação, o automóvel encontra as frentes de onda mais rapidamente e reflete um sinal que retorna ao radar com frequência maior. As duas ondas se propagam no mesmo meio, com a mesma velocidade nesse modelo.

Alternativa D.

Q25

Óptica — Posição da imagem em espelho plano

A figura abaixo representa um espelho plano S, colocado perpendicularmente ao plano da página. Também estão representados os observadores O1, O2 e O3, que olham no espelho a imagem da fonte de luz F.

Espelho plano S entre a fonte F e os pontos A a E. C é o simétrico de F.

As posições em que cada um desses observadores vê a imagem da fonte F são, respectivamente,

A)A, B e D.

B)B, B e D.

C)C, C e C.

D)D, D e B.

E)E, D e A.

Resolução comentada

A imagem virtual de uma fonte pontual fica na posição simétrica à fonte em relação ao plano do espelho. Na figura, C está na mesma altura de F e à mesma distância do espelho, no lado oposto. A posição da imagem é a mesma para os três observadores.

Alternativa C.

Q26

Óptica — Lei de Snell e razões geométricas

A figura abaixo representa um raio de luz monocromática que se refrata na superfície plana de separação de dois meios transparentes, cujos índices de refração são n1 e n2. Com base nas medidas expressas na figura, onde C é uma circunferência, pode-se calcular a razão $n_2/n_1$ dos índices de refração desses meios.

Raio incidente no meio n1 e refratado no meio n2. Os catetos opostos aos ângulos com a normal medem 4 m e 6 m.

Qual das alternativas apresenta corretamente o valor dessa razão?

A)2/3.

B)3/4.

C)1.

D)4/3.

E)3/2.

Resolução comentada

Os ângulos são medidos em relação à normal. Na circunferência, os catetos opostos a esses ângulos medem 4 m e 6 m, com o mesmo raio $r$ como hipotenusa. Pela lei de Snell, $$\frac{n_2}{n_1}=\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{4\,\mathrm m/r}{6\,\mathrm m/r}=\frac23.$$

Alternativa A.

Q27

Óptica — Imagem por reflexão interna em um prisma

Nas figuras abaixo está representado, em corte transversal, um prisma triangular de vidro, imerso no ar. O prisma reflete totalmente em sua face maior os raios de luz que incidem frontalmente nas outras duas faces. Qual das alternativas representa corretamente a imagem A'B' do objeto AB, vista por um observador situado em O?

Imagem horizontal com A′ à esquerda de B′.

Imagem horizontal com B′ à esquerda de A′.

Imagem inclinada com B′ abaixo e à esquerda de A′.

Resolução comentada

Como os raios incidem frontalmente nas faces de entrada e saída, nessas faces não há desvio angular. A reflexão interna na face inclinada funciona como a reflexão em um espelho plano. Ao espelhar o segmento horizontal AB nessa face, obtemos um segmento vertical com A′ abaixo de B′, como em A.

Alternativa A.

Q28

Física moderna — Interações no núcleo da partícula alfa

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem. Na partícula alfa - que é simplesmente um núcleo de Hélio - existem dois ______________, que exercem um sobre o outro uma força ____________ de origem eletromagnética e que são mantidos unidos pela ação de forças ______________.

A)nêutrons - atrativa - elétricas

B)elétrons - repulsiva - nucleares

C)prótons - repulsiva - nucleares

D)prótons - repulsiva - gravitacionais

E)nêutrons - atrativa - gravitacionais

Resolução comentada

A partícula alfa é um núcleo de hélio-4, com dois prótons e dois nêutrons. Os prótons têm cargas positivas e se repelem eletricamente. A interação nuclear atrativa em distâncias nucleares permite que permaneçam ligados no núcleo.

Alternativa C.

Q29

Física moderna — Espectro de raias do hidrogênio

Os modelos atômicos anteriores ao modelo de Bohr, baseados em conceitos da física clássica, não explicavam o espectro de raias observado na análise espectroscópica dos elementos químicos. Por exemplo, o espectro visível do átomo de hidrogênio - que possui apenas um elétron - consiste de quatro raias distintas, de freqüências bem definidas. No modelo que Bohr propôs para o átomo de hidrogênio, o espectro de raias de diferentes freqüências é explicado

A)pelo caráter contínuo dos níveis de energia do átomo de hidrogênio.

B)pelo caráter discreto dos níveis de energia do átomo de hidrogênio.

C)pela captura de três outros elétrons pelo átomo de hidrogênio.

D)pela presença de quatro isótopos diferentes numa amostra comum de hidrogênio.

E)pelo movimento em espiral do elétron em direção ao núcleo do átomo de hidrogênio.

Resolução comentada

No modelo de Bohr, o elétron ocupa níveis discretos. Cada transição emite ou absorve um fóton com $hf=|E_f-E_i|$. Como só há determinadas diferenças de energia, o espectro mostra raias em frequências específicas.

Alternativa B.

Q30

Física moderna — Energia, frequência e comprimento de onda

O decaimento de um átomo, de um nível de energia excitado para um nível de energia mais baixo, ocorre com a emissão simultânea de radiação eletromagnética. A esse respeito, considere as seguintes afirmações.

I - A intensidade da radiação emitida é diretamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial a final envolvidos.

II - A freqüência da radiação emitida é diretamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial a final envolvidos.

III - O comprimento de onda da radiação emitida é inversamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial e final envolvidos. Quais estão corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas I e III.

D)Apenas II e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

Na emissão, $\Delta E=hf$, logo a frequência é diretamente proporcional à diferença de energia. Como $\lambda=c/f$, o comprimento de onda é inversamente proporcional a essa diferença. A intensidade depende também da quantidade de fótons emitidos por unidade de tempo e área. Apenas II e III estão corretas.

Alternativa D.

UFRGS · 2002 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova