Prova UFRGS 2003 — Física com Gabarito e Resolução

Mecânica — Velocidade média com aceleração constante

Um automóvel que trafega com velocidade de 5 m/s, em uma estrada reta e horizontal, acelera uniformemente, aumentando sua velocidade para 25 m/s em 5,2 s. Que distância percorre o automóvel durante esse intervalo de tempo?

A)180 m.

B)156 m.

C)144 m.

D)78 m.

E)39 m.

Resolução comentada

A velocidade cresce linearmente de 5 a 25 m/s. Por isso, a média no intervalo é a média aritmética dos extremos. $$\bar v=(5+25)/2=15\,\mathrm{m/s},\qquad \Delta x=(15\,\mathrm{m/s})(5{,}2\,\mathrm s)=78\,\mathrm m.$$

Alternativa D.

Mecânica — Aceleração entre quiques

A figura abaixo representa a trajetória de uma bola que se move livremente da esquerda para a direita, batendo repetidamente no piso horizontal de um ginásio.

Trajetória da bola entre quiques, com os pontos P, Q e R no ar.

Desconsiderando a pequena resistência que o ar exerce sobre a bola, selecione a alternativa que melhor representa - em módulo, direção e sentido - a aceleração do centro de gravidade da bola nos pontos P, Q e R, respectivamente.

A)↘ ↗ ↓

B)↘ ↗ Zero

C)↓ ↑ Zero

D)↓ ↓ Zero

E)↓ ↓ ↓

Resolução comentada

P, Q e R estão em trechos em que a bola não toca o piso. Desprezando o ar, só o peso atua. A aceleração tem módulo $g$ e aponta para baixo nos três pontos. No topo R, a componente vertical da velocidade zera instantaneamente, mas a gravidade continua atuando.

Alternativa E.

Mecânica — Deslocamento angular uniforme

O ponteiro de certo instrumento de medição executa um movimento circular uniforme, percorrendo um ângulo de $\omega$ radianos em 1 segundo.

Quais são, em radianos, os ângulos percorridos por esse ponteiro em $1/\omega$ segundos e em $2\pi/\omega$ segundos, respectivamente?

A)1 e $2\pi$.

B)$\omega$ e $2\pi\omega$.

C)1 e $\pi$.

D)$\pi$ e $2\pi$.

E)$\pi/2$ e $\pi$.

Resolução comentada

A taxa angular é $\omega$ rad/s. Como é constante, $\Delta\theta=\omega\Delta t$. Para $\Delta t=1/\omega$, o ângulo é 1 rad. Para $\Delta t=2\pi/\omega$, o ângulo é $2\pi$ rad, uma volta completa.

Alternativa A.

Mecânica — Leitura de dinamômetro em equilíbrio

Um dinamômetro, em que foi suspenso um cubo de madeira, encontra-se em repouso, preso a um suporte rígido. Nessa situação, a leitura do dinamômetro é 2,5 N. Uma pessoa puxa, então, o cubo verticalmente para baixo, fazendo aumentar a leitura do dinamômetro. Qual será o módulo da força exercida pela pessoa sobre o cubo, quando a leitura do dinamômetro for 5,5 N?

A)2,2 N.

B)2,5 N.

C)3,0 N.

D)5,5 N.

E)8,0 N.

Resolução comentada

Antes de a pessoa puxar o cubo, a tração equilibra o peso de 2,5 N. Na nova leitura em equilíbrio, a tração de 5,5 N compensa o peso e a força da pessoa, ambas para baixo. $$F=5{,}5\,\mathrm N-2{,}5\,\mathrm N=3{,}0\,\mathrm N.$$

Alternativa C.

Mecânica — Tração em um pêndulo

Um artista de circo, agarrado a uma longa corda suspensa do alto, balança como um pêndulo num plano vertical, fazendo com que o centro de gravidade do seu corpo percorra um arco de circunferência. Saindo de uma posição P1, à direita do público que o assiste, o artista passa pelo ponto mais baixo, Po, e pára na posição oposta P2, à esquerda do público. Se compararmos as intensidades da força de tensão que a corda exerce sobre o artista quando ele se encontra nos pontos P1, Po e P2, verificaremos que a tensão é

A)maior em P1.

B)maior em Po.

C)menor em Po.

D)maior em P2.

E)igual em todos os pontos da trajetória.

Resolução comentada

Na direção radial, $T-mg\cos\theta=mv^2/r$, com $\theta$ medido a partir da vertical para baixo. Nos extremos, a velocidade é nula e a tração vale $mg\cos\theta$. No ponto mais baixo, $\cos\theta=1$ e a velocidade é máxima. A tração é $mg+mv^2/r$, maior nesse ponto.

Alternativa B.

Eletricidade — Carga solta em campo uniforme

Para um observador O, situado em um sistema de referência inercial, o único campo existente no interior de um tubo de vidro - dentro do qual foi feito vácuo - é um campo elétrico uniforme cujo valor permanece constante no tempo. Uma pequena esfera metálica eletricamente carregada é introduzida no tubo e o seu comportamento é observado, a partir do instante em que ela é solta.

As afirmações abaixo são feitas para o caso em que a esfera, com relação ao observador O, é solta com velocidade inicial nula.

I - A esfera permanece imóvel.

II - A esfera se move com velocidade constante.

III - A esfera se move numa trajetória retilínea.

IV - A esfera se move com aceleração constante. Quais estão corretas do ponto de vista do observador O?

A)Apenas I

B)Apenas II.

C)Apenas IV.

D)Apenas II e III.

E)Apenas III e IV.

Resolução comentada

A força $q\vec E$ é constante e não nula. Pela segunda lei de Newton, a aceleração também é constante. Como a esfera parte do repouso, a velocidade cresce na direção da aceleração, o que dá uma trajetória retilínea. III e IV estão corretas.

Alternativa E.

Eletricidade — Carga lançada em campo uniforme

As afirmações abaixo são feitas para o caso em que a esfera, com relação ao observador O, é solta com velocidade inicial diferente de zero.

I - A quantidade de movimento linear da esfera permanece constante.

II - A energia cinética da esfera permanece constante.

III - A força exercida sobre a esfera se mantém constante. Quais estão corretas do ponto de vista do observador O?

A)Apenas II.

B)Apenas III.

C)Apenas I e II.

D)Apenas I e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

O campo uniforme exerce a força constante $q\vec E$, logo III é correta. A força modifica a quantidade de movimento. A energia cinética também não se mantém constante durante o movimento: mesmo se a velocidade inicial for perpendicular ao campo, a aceleração cria uma componente de velocidade na direção da força.

Alternativa B.

Mecânica — Ajuste do atrito estático

Um caixote se encontra em repouso sobre o piso horizontal de uma sala (considerada um sistema de referência inercial). Primeiramente, é exercida sobre o caixote uma força horizontal Fo, de módulo igual a 100 N, constatando-se que o caixote se mantém em repouso devido ao atrito entre ele e o piso. A seguir, acrescenta-se ao sistema de forças outra força horizontal Fl, de módulo igual a 20 N e de sentido contrário a Fo, conforme representa a figura abaixo.

Caixote no piso submetido a duas forças horizontais opostas.

A respeito dessa nova situação, é correto afirmar que o trabalho realizado subseqüentemente pela resultante das forças exercidas sobre o caixote, no mesmo referencial da sala, é igual a

A)zero, pois a força resultante é nula.

B)20 J para um deslocamento de 1 m.

C)160 J para um deslocamento de 2 m.

D)300 J para um deslocamento de 3 m.

E)480 J para um deslocamento de 4 m.

Resolução comentada

O atrito estático já conseguia equilibrar a força de 100 N. Com a força contrária de 20 N, a soma das forças aplicadas passa a 80 N. O atrito se ajusta para equilibrar esses 80 N e o caixote segue em repouso. Sem deslocamento, o trabalho da resultante é zero.

Alternativa A.

Mecânica — Órbita geoestacionária

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no texto abaixo, na ordem em que elas aparecem. Alguns satélites artificiais usados em telecomunicações são geoestacionários, ou seja, no seu movimento de revolução em torno da Terra, eles devem se manter fixos sobre o mesmo ponto da superfície terrestre, apesar do movimento de rotação da Terra em torno do próprio eixo. Para isso, esses satélites precisam: 1°) ter uma órbita circular, cujo plano coincida com o plano do equador terrestre; 2°) ter o sentido de revolução ............ ao sentido de rotação da Terra; e 3°) ter o período de revolução ........... período de rotação da Terra.

A)contrário - igual ao dobro do

B)igual - igual à metade do

C)contrário - igual à metade do

D)igual - igual ao

E)contrário - igual ao

Resolução comentada

Para permanecer sobre o mesmo ponto, o satélite deve acompanhar a rotação terrestre. A órbita é circular e equatorial, com o mesmo sentido de rotação e o mesmo período de uma rotação da Terra em relação às estrelas.

Alternativa D.

Q10

Mecânica — Pressão e densidade atmosféricas

A idéia da existência da pressão atmosférica surgiu no século XVII. Até então, o comportamento dos fluidos era explicado com base na teoria aristotélica, segundo a qual a natureza tem "horror ao vácuo". Por exemplo, de acordo com essa teoria, um líquido não escorre do recipiente, a menos que entre ar no lugar do líquido que sai. Se o ar não puder entrar e, por hipótese, o líquido sair, vai formar-se vácuo no interior do recipiente; portanto, como a natureza tem "horror ao vácuo", o líquido não sai. Torricelli duvidou dessa teoria e a refutou através de um célebre experimento com o qual demonstrou, entre outras coisas, que a natureza não tem "horror ao vácuo", como bem sabemos nos dias de hoje. Partindo da idéia de que existe uma pressão atmosférica, ele lançou uma nova teoria que implicava, entre outras, as seguintes afirmações.

I - A camada de ar que envolve a Terra exerce peso sobre ela.

II - Devido ao efeito da gravidade, a densidade do ar é maior ao nível do mar do que a grandes altitudes.

III- A pressão atmosférica é maior ao nível do mar do que a grandes altitudes. Quais dessas afirmações são hoje aceitas como corretas?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas I e III.

D)Apenas II e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

O ar tem massa e peso, o que confirma I. A pressão cai com a altitude porque diminui a coluna de ar acima do ponto, como expressa $\mathrm dp/\mathrm dz=-\rho g$. Isso confirma III. Nas condições atmosféricas usuais, o ar é mais comprimido e mais denso ao nível do mar, confirmando II.

Alternativa E.

Q11

Termologia — Conversão ideal de calor em energia potencial

Uma amostra de água sofre um processo de resfriamento através do qual passa de 30 °C para 20 °C. Imagine que, por algum procedimento engenhoso, seja possível usar toda a energia liberada nesse processo para erguer a amostra no campo gravitacional terrestre. Indique de quanto ela será erguida, supondo que a aceleração da gravidade é constante e igual a 10 m/s². (Calor específico da água: 4,2 × 10³ J/kg °C)

A)4,2 m.

B)42 m.

C)420 m.

D)4,2 km.

E)42 km.

Resolução comentada

A água libera $mc\Delta T$, com queda de temperatura de 10 °C. Na hipótese do enunciado, essa energia se transforma integralmente em $mgh$. A massa se cancela. $$h=\frac{(4{,}2\times10^3\,\mathrm{J/(kg\,K)})(10\,\mathrm K)}{10\,\mathrm{m/s^2}}=4200\,\mathrm m=4{,}2\,\mathrm{km}.$$

Alternativa D.

Q12

Termologia — Dilatação igual de duas hastes

Os respectivos coeficientes de dilatação linear, $\alpha_A$ e $\alpha_B$, de duas hastes metálicas, A e B, guardam entre si a relação $\alpha_A=2\alpha_B$. Ao sofrerem um aquecimento de 20 °C, a partir da temperatura ambiente, as hastes exibem a mesma variação $\Delta L$ no seu comprimento. Qual é a relação entre os respectivos comprimentos iniciais, $L_A$ e $L_B$, das hastes?

A)$L_B=2L_A$.

B)$L_B=4L_A$.

C)$L_B=L_A$.

D)$L_B=L_A/4$.

E)$L_B=L_A/2$.

Resolução comentada

Pela dilatação linear, $\Delta L=\alpha L\Delta T$. Com o mesmo aquecimento e o mesmo alongamento, $\alpha_A L_A=\alpha_B L_B$. A cópia consultada imprime $\alpha_A=2\alpha_B$, o que implica $L_B=2L_A$, alternativa A. O gabarito indica E, que seria obtida se a relação dos coeficientes fosse $\alpha_B=2\alpha_A$.

Gabarito E, com a ressalva acima.

Q13

Termologia — Trabalho em um ciclo triangular

Uma amostra de gás ideal, quando submetida à pressão PA = 100 kPa, ocupa o volume VA = 25 l. O ponto A do diagrama P x V abaixo representa esse estado. A partir do ponto A, a amostra sofre três transformações termodinâmicas e completa o ciclo que aparece no diagrama.

Ciclo horário triangular entre 25 e 50 litros e entre 100 e 200 quilopascais.

Qual é o trabalho líquido realizado pelo gás no ciclo completo?

A)1,25 J.

B)2,50 J.

C)1,25 × 10³ J.

D)2,50 × 10³ J.

E)2,50 × 10⁶ J.

Resolução comentada

No gráfico pressão–volume, o trabalho líquido é a área interna com sinal. O ciclo é horário, portanto o trabalho do gás é positivo. O triângulo tem base de 25 L e altura de 100 kPa. Como $1\,\mathrm{kPa\cdot L}=1\,\mathrm J$, $$W=\frac{(25\,\mathrm L)(100\,\mathrm{kPa})}{2}=1250\,\mathrm J.$$

Alternativa C.

Q14

Termologia — Energia cinética média de gases

Dois recipientes - um contendo gás hélio e o outro contendo gás neônio, ambos constituídos de moléculas monoatômicas - encontram-se à mesma temperatura de 35 °C. Nessa temperatura, de acordo com a teoria cinética dos gases, a energia cinética média de uma molécula de hélio é de, aproximadamente, 6,4 × 10⁻²¹ J. Segundo a mesma teoria, a energia cinética média de uma molécula de neônio seria de, aproximadamente,

A)$0{,}4\times10^{-21}\,\mathrm J$.

B)$6{,}4\times10^{-21}\,\mathrm J$.

C)$12{,}8\times10^{-21}\,\mathrm J$.

D)$25{,}6\times10^{-21}\,\mathrm J$.

E)$102{,}4\times10^{-21}\,\mathrm J$.

Resolução comentada

Para partículas monoatômicas, a energia cinética média de translação é $3kT/2$, com $T$ em kelvins. Os gases estão à mesma temperatura, logo o neônio também apresenta $6{,}4\times10^{-21}\,\mathrm J$ por partícula em média. A massa altera a rapidez típica, mas não essa energia média.

Alternativa B.

Q15

Eletricidade — Resistência de uma lâmpada incandescente

O gráfico abaixo mostra a curva volt-ampère de uma lâmpada incandescente comum. A lâmpada consiste basicamente de um filamento de tungstênio que, dentro de um bulbo de vidro, está imerso em um gás inerte. A lâmpada dissipa 60 W de potência, quando opera sob tensão nominal de 120 V.

Curva da corrente em função da tensão para a lâmpada.

Com base no gráfico e nas características da lâmpada, é correto afirmar que

A)a resistência elétrica do filamento, no intervalo de tensão mostrado pelo gráfico, é constante e igual a 40Ω.

B)a potência dissipada pela lâmpada, quando submetida a uma tensão de 10 V, é de 5 W.

C)a resistência elétrica do filamento, quando a lâmpada opera na tensão de 120 V, é seis vezes maior do que quando ela está submetida à tensão de apenas 10 V.

D)a corrente elétrica na lâmpada, quando ela está submetida à tensão de 120 V, é de 1 A.

E)a resistência elétrica do filamento, quando a lâmpada opera na tensão de 120 V, é de 300 Ω.

Resolução comentada

Em 120 V, a potência nominal dá $I=P/V=60\,\mathrm W/(120\,\mathrm V)=0{,}50\,\mathrm A$, e a resistência é 240 Ω. Pelo gráfico, em 10 V a corrente é aproximadamente 0,25 A, dando 40 Ω. A razão é $240/40=6$. A curva não é uma reta, pois a resistência do filamento muda com a temperatura.

Alternativa C.

Q16

Eletricidade — Tensão terminal de uma bateria

No circuito elétrico abaixo, a fonte de tensão é uma bateria de força eletromotriz igual a 12 V, do tipo que se usa em automóveis. Aos pólos, A e B, dessa bateria está conectada uma resistência externa R. No mesmo circuito, r representa a resistência interna da bateria, e V é um voltímetro ideal ligado entre os pólos da mesma.

Bateria de 12 V com resistência interna r e resistência externa R. O voltímetro está ligado aos polos.

Indique qual dos gráficos abaixo melhor representa a leitura (V) do voltímetro, como função do valor (R) da resistência externa.

Curva crescente a partir de zero que se aproxima de 12 V.

Curva crescente com inclinação cada vez maior.

Resolução comentada

O voltímetro ideal não desvia corrente. A resistência interna $r$ fica em série com $R$, então $I=\varepsilon/(r+R)$. A tensão entre os polos é $$V=IR=\frac{(12\,\mathrm V)R}{r+R}.$$ Em curto ideal, $R=0$ dá $V=0$. Com $R$ crescente, a tensão sobe cada vez mais lentamente e se aproxima de 12 V. Esse comportamento aparece no gráfico B.

Alternativa B.

Q17

Eletricidade — Queda de tensão em associação mista

No circuito abaixo, todos os resistores têm resistências idênticas, de valor 10Ω. A corrente elétrica i, através de R2, é de 500 mA. A fonte, os fios e os resistores são todos ideais.

R1 em série com o paralelo de R2, R3 e R4.

Selecione a alternativa que indica o valor correto da diferença de potencial a que está submetido o resistor R1.

A)5 V

B)7,5 V

C)10 V

D)15 V

E)20 V

Resolução comentada

Na figura, R2, R3 e R4 são iguais e estão em paralelo. Como compartilham a mesma tensão, cada ramo conduz 500 mA. A corrente em R1, antes da divisão, é $3(0{,}500\,\mathrm A)=1{,}50\,\mathrm A$. Pela lei de Ohm, $V_1=(10\,\Omega)(1{,}50\,\mathrm A)=15\,\mathrm V$.

Alternativa D.

Q18

Eletricidade — Campo entre placas paralelas

A figura abaixo representa duas placas metálicas planas e paralelas, perpendiculares à página, de dimensões muito maiores do que a distância d que as separa. As placas estão eletrizadas com cargas de mesmo módulo, porém de sinais contrários.

Ponto 2 entre as duas placas, pontos 1 e 3 do lado de fora.

Nessas condições, é correto afirmar que o campo elétrico resultante é nulo

A)apenas no ponto 1.

B)apenas no ponto 2.

C)apenas no ponto 3.

D)apenas nos pontos 1 e 3.

E)nos pontos 1, 2 e 3.

Resolução comentada

No modelo de placas muito grandes, cada placa produz campos de mesmo módulo nos dois lados. Fora do par, os campos das placas têm sentidos contrários e se cancelam nos pontos 1 e 3. Entre elas, os dois campos apontam da placa positiva para a negativa e se somam no ponto 2.

Alternativa D.

Q19

Eletromagnetismo — Corrente induzida pelo fluxo variável

Um fio condutor enrolado em forma de solenóide encontra-se em repouso no interior de um campo magnético uniforme cuja intensidade (B) varia, em função do tempo (t), do modo indicado no gráfico abaixo. O campo magnético é perpendicular às espiras do solenóide.

Campo magnético cresce linearmente até t1, fica constante até t2 e diminui linearmente até t3.

Nessas condições, indique qual dos seguintes gráficos melhor representa a corrente elétrica (i), induzida no solenóide, como função do tempo (t).

Patamar negativo, zero e patamar positivo.

Dois patamares negativos separados por corrente nula.

Patamar positivo entre t1 e t2, com corrente nula fora desse intervalo.

Subida linear e, depois de t2, descida linear.

Subida linear, patamar e descida linear.

Resolução comentada

Pela lei de Faraday–Lenz, $\mathcal E=-N\,\mathrm d\Phi_B/\mathrm dt$. A área e a orientação das espiras são fixas, portanto a corrente acompanha, com sinal oposto na convenção da figura, a inclinação do gráfico de $B$. Até $t_1$, a inclinação é positiva e constante. Entre $t_1$ e $t_2$, é zero. Até $t_3$, é negativa e constante. Isso dá os patamares negativo, nulo e positivo do gráfico A.

Alternativa A.

Q20

Eletromagnetismo — Campo entre fios com correntes opostas

Dois longos fios retilíneos e paralelos, A e C, que atravessam perpendicularmente o plano da página, são percorridos por correntes elétricas de mesma intensidade e de sentidos contrários, conforme representa, em corte transversal, a figura abaixo. Como é convencional, o ponto no fio A indica que a corrente desse fio está saindo da página, e o "X" indica que a corrente do fio C está entrando na página.

Fios A e C, com correntes saindo e entrando na página, respectivamente. P fica entre eles.

No ponto P da figura, o vetor campo magnético

A)é nulo.

B)aponta para o alto da página.

C)aponta para o pé da página.

D)aponta para a esquerda.

E)aponta para a direita.

Resolução comentada

P está à direita de A e à esquerda de C. Pela regra da mão direita, a corrente que sai da página em A produz ali um campo para cima. A corrente que entra na página em C também produz em P um campo para cima. Os campos se somam nessa direção.

Alternativa B.

Q21

Eletromagnetismo — Repulsão entre fios paralelos

A força magnética, por metro, exercida pelo fio A sobre o fio C

A)é nula.

B)aponta para o alto da página.

C)aponta para o pé da página.

D)aponta para a esquerda.

E)aponta para a direita.

Resolução comentada

Correntes paralelas de sentidos opostos se repelem. Na figura, C está à direita de A, de modo que a força de A sobre C aponta para a direita. A intensidade por unidade de comprimento é $\mu_0 I_A I_C/(2\pi d)$, com $d$ igual à distância entre os fios.

Alternativa E.

Q22

Ondulatória — Comprimento de onda e frequência na corda

Na figura abaixo estão representadas as configurações espaciais instantâneas de duas ondas transversais senoidais, M e N, que se propagam na direção x, ao longo de uma mesma corda musical.

No mesmo trecho da corda, a onda N completa três ciclos e M completa um.

Sendo $\lambda_M$ e $f_M$, respectivamente, o comprimento de onda e a freqüência da onda M, é correto afirmar que o comprimento de onda $\lambda_N$ e a freqüência $f_N$ da onda N são tais que

A)$\lambda_N=3\lambda_M$ e $f_N=f_M/3$.

B)$\lambda_N=3\lambda_M$ e $f_N=f_M$.

C)$\lambda_N=\lambda_M/3$ e $f_N=3f_M$.

D)$\lambda_N=\lambda_M/3$ e $f_N=f_M/3$.

E)$\lambda_N=\lambda_M$ e $f_N=3f_M$.

Resolução comentada

No gráfico espacial, M completa um ciclo na extensão em que N completa três. Assim, $\lambda_N=\lambda_M/3$. As ondas se propagam na mesma corda, com a mesma velocidade no modelo da questão. Como $v=\lambda f$, segue que $f_N=3f_M$.

Alternativa C.

Q23

Ondulatória — Ondas mecânicas, eletromagnéticas e de matéria

Considere as seguintes afirmações a respeito da natureza das ondas e da forma como elas se propagam.

I - Ondas mecânicas consistem em oscilações na densidade do meio em que se transmitem e podem se propagar no vácuo.

II - Microondas, luz visível e raios-X são ondas eletromagnéticas e se propagam tanto no vácuo como em meios materiais.

III - Sob condições adequadas, um feixe de elétrons apresenta propriedades ondulatórias, conhecidas como ondas de matéria. 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

I é falsa porque ondas mecânicas exigem um meio material. II é correta: microondas, luz visível e raios X são radiação eletromagnética e podem atravessar o vácuo e meios materiais adequados. III também é correta: elétrons apresentam comportamento ondulatório, observado, por exemplo, em difração.

Alternativa D.

Q24

Ondulatória — Polarização de um pulso transversal

As figuras abaixo ilustram um experimento muito simples, que consiste em fazer um pulso transversal, que se propaga ao longo de uma mola fina e muito longa, passar por uma fenda estreita.

Três orientações do plano de oscilação de um pulso em relação à fenda.

As figuras (a), (b) e (c) procuram mostrar o seguinte: (a) Se a direção do plano de oscilação do pulso for paralelo à fenda, o pulso passa por ela. (b) Se a direção do plano de oscilação do pulso for perpendicular à fenda, o pulso não passa pela fenda e, em vez disso, reflete-se nela. (c) Se a direção do plano de oscilação do pulso for oblíquo à fenda, o pulso passará parcialmente por ela. Pode-se afirmar que, nesse experimento, está sendo demonstrado o fenômeno ondulatório da

A)polarização.

B)refração.

C)difração.

D)interferência.

E)dispersão.

Resolução comentada

A fenda seleciona a componente da oscilação paralela à sua abertura. A figura mostra transmissão completa nessa orientação, bloqueio da componente perpendicular e transmissão parcial quando a orientação é oblíqua. Essa seleção de direção de oscilação é polarização.

Alternativa A.

Q25

Óptica — Reflexão em espelho convexo

Na figura abaixo estão representados cinco raios luminosos, refletidos por um espelho esférico convexo, e um raio incidente, indicado pela linha de traçado mais espesso. As letras f e C designam, respectivamente, o foco e o centro de curvatura do espelho.

Espelho convexo com cinco direções candidatas, além do raio incidente.

Dentre as cinco linhas mais finas numeradas na figura, a que melhor representa o raio refletido pelo espelho é identificada pelo número

A)1.

B)2.

C)3.

D)4.

E)5.

Resolução comentada

A normal no ponto de incidência é a reta que liga esse ponto ao centro de curvatura C. Na figura, a direção refletida deve ficar do outro lado dessa normal em relação à direção de onde veio o raio, formando o mesmo ângulo com ela. A linha 2 satisfaz essa simetria.

Alternativa B.

Q26

Óptica — Refração e reflexão interna total

Na figura abaixo, a linha cheia representa o percurso de um raio de luz que se propaga numa lâmina formada por três camadas de diferentes materiais transparentes, cujos índices de refração absolutos são n₁, n₂ e n₃. Na interface das camadas com índices de refração n₂ e n₃, o raio sofre reflexão total.

Raio passa de n1 para n2 e sofre reflexão total na interface com n3.

Selecione a alternativa que indica a relação correta entre os índices de refração n₁, n₂ e n₃.

A)$n_1>n_2<n_3$

B)$n_1>n_2=n_3$

C)$n_1>n_2>n_3$

D)$n_1<n_2<n_3$

E)$n_1<n_2>n_3$

Resolução comentada

Na primeira interface, o raio se afasta da normal ao passar de $n_1$ para $n_2$, portanto $n_1>n_2$ pela lei de Snell. Na segunda interface ocorre reflexão total. Isso exige incidência do meio de maior índice para o de menor índice, então $n_2>n_3$. Combinando, $n_1>n_2>n_3$.

Alternativa C.

Q27

Óptica — Foco de uma lente convergente

Na figura abaixo, L representa uma lente convergente de vidro, imersa no ar, e 0 representa um objeto luminoso colocado diante dela. Dentre os infinitos raios de luz que atingem a lente, provenientes do objeto, estão representados apenas dois. Os números na figura identificam pontos sobre o eixo ótico da lente.

Lente convergente com raios provenientes do objeto e cinco pontos numerados no eixo.

Analisando a figura, conclui-se que apenas um, dentre os cinco pontos, está situado no plano focal da lente. O número que identifica esse ponto é

A)1.

B)2.

C)3.

D)4.

E)5.

Resolução comentada

Na figura, um dos raios sai do objeto e chega à lente paralelo ao eixo óptico. Em uma lente convergente, esse raio refrata em direção ao foco do lado oposto. Ele cruza o eixo no ponto 3, que identifica o foco.

Alternativa C.

Q28

Física moderna — Constantes físicas

Nas equações matemáticas utilizadas na física, freqüentemente encontramos um elemento básico que chamamos constante física. São exemplos bem conhecidos de constante física a constante k de Boltzmann, a constante universal R dos gases, a velocidade c da luz e a constante h de Planck. As duas primeiras estão presentes na teoria cinética dos gases, a velocidade da luz aparece como constante na teoria da relatividade e a constante de Planck está presente na teoria quântica. A respeito das constantes citadas, são feitas as seguintes afirmações.

I - Há uma relação de proporcionalidade entre a constante k de Boltzmann e a constante universal R dos gases.

II - Desde 1983, o valor da velocidade da luz no vácuo é usado para definir o metro, por decisão do Comitê Internacional de Pesos e Medidas.

III - O quociente da energia pela freqüência de um fóton é igual à constante de Planck. 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

I é verdadeira porque $R=N_Ak$, com $N_A$ igual à constante de Avogadro. II é verdadeira: a definição do metro usa o valor fixado de $c$ no vácuo. III também é verdadeira, pois a energia de um fóton é $E=hf$, logo $E/f=h$.

Alternativa E.

Q29

Física moderna — Postulados de Bohr

No início do século XX, as teorias clássicas da física - como o eletromagnetismo de Maxwell e a mecânica de Newton - não conduziam a uma explicação satisfatória para a dinâmica do átomo. Nessa época, duas descobertas históricas tiveram lugar: o experimento de Rutherford demonstrou a existência do núcleo atômico, e a interpretação de Einstein para o efeito fotoelétrico revelou a natureza corpuscular da interação da luz com a matéria. Em 1913, incorporando o resultado dessas descobertas, Bohr propôs um modelo atômico que obteve grande sucesso, embora não respeitasse as leis da física clássica. Considere as seguintes afirmações sobre a dinâmica do átomo.

I - No átomo, os raios das órbitas dos elétrons podem assumir um conjunto contínuo de valores, tal como os raios das órbitas dos planetas em torno do Sol.

II - O átomo pode existir, sem emitir radiação, em estados estacionários cujas energias só podem assumir um conjunto discreto de valores.

III - O átomo absorve ou emite radiação somente ao passar de um estado estacionário para outro. Quais dessas afirmações foram adotadas por Bohr como postulados para o seu modelo atômico?

A)Apenas I.

B)Apenas II.

C)Apenas III.

D)Apenas II e III.

E)I, II e III.

Resolução comentada

No modelo de Bohr, os estados estacionários permitidos têm energias discretas e não emitem radiação enquanto o átomo permanece neles. Assim, I é falsa e II é verdadeira. A emissão ou absorção ocorre nas transições, com $hf=|E_f-E_i|$, confirmando III.

Alternativa D.

Q30

Física moderna — Espectro de emissão do mercúrio

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo, na ordem em que elas aparecem. Uma lâmpada de iluminação pública contém vapor de mercúrio a baixa pressão. Quando ela está em funcionamento, dois eletrodos no interior da lâmpada submetem o gás a uma tensão, acelerando íons e elétrons. Em conseqüência das colisões provocadas por essas partículas, os átomos são levados a estados estacionários de energia mais alta (estados excitados). Quando esses átomos decaem para estados menos excitados, ocorre emissão de luz. A luz emitida pela lâmpada apresenta, então, um espectro........... que se origina nas ......... de elétrons entre os diferentes níveis de .......... energia.

A)discreto - transições - atômicos

B)discreto - transições - nucleares

C)contínuo - colisões - atômicos

D)contínuo - colisões - nucleares

E)contínuo - transições – atômicos

Resolução comentada

As colisões fornecem energia aos átomos. Quando um elétron transita para um nível atômico inferior, o átomo emite um fóton cuja energia é a diferença entre os níveis. Como os níveis são discretos, o espectro apresenta linhas em frequências específicas. As lacunas são preenchidas por discreto, transições e atômicos.

Alternativa A.

UFRGS · 2003 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Dados da prova