Prof. Ricardo BastosMétodo TEF-MED
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UFRGS · 2011 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Física (Q1–25) — prova transcrita, ilustrada e resolvida pelo Método TEF.

Q1
Mecânica — Cinemática — Velocidade inicial pela altura máxima

Um objeto é lançado da superfície da Terra verticalmente para cima e atinge a altura de 7,2 m. Considere g = 10 m/s² e despreze a resistência do ar. Qual é o módulo da velocidade com que o objeto foi lançado?

A)144 m/s.
B)72 m/s.
C)14,4 m/s.
D)12 m/s.
E)1,2 m/s.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

D
Resolução comentada

No ápice, a velocidade vertical é zero. Com o sentido positivo para cima, a aceleração vale −g.

$$v_f^2=v_0^2-2gh$$

$$v_0^2=2\cdot10\cdot7{,}2=144\,\mathrm{m^2/s^2}$$

$$v_0=12\,\mathrm{m/s}$$

O valor 144 corresponde ao quadrado da velocidade, não à velocidade inicial.

Alternativa correta: D.

Q2
Mecânica — Cinemática — Sentidos de velocidade e gravidade na subida e descida

Um objeto é lançado da superfície da Terra verticalmente para cima e atinge a altura de 7,2 m. Considere g = 10 m/s² e despreze a resistência do ar. Sobre o movimento do objeto, são feitas as seguintes afirmações.

I - Durante a subida, os vetores velocidade e aceleração têm sentidos opostos.

II - No ponto mais alto da trajetória, os vetores velocidade e aceleração são nulos.

III - Durante a descida, os vetores velocidade e aceleração têm mesmo sentido. Quais estão corretas?

A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas I e II.
D)Apenas I e III.
E)Apenas II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

D
Resolução comentada

A aceleração gravitacional permanece para baixo durante todo o movimento. Na subida, a velocidade aponta para cima, em sentido oposto à aceleração: I é verdadeira.

No ápice, a velocidade é nula, mas a aceleração continua com módulo 10 m/s²: II é falsa. Na descida, velocidade e aceleração apontam para baixo: III é verdadeira.

Portanto, apenas I e III são corretas.

Alternativa correta: D.

Q3
Mecânica — Gravitação — Período, trabalho e velocidade do satélite

Um satélite geoestacionário está em órbita circular com raio de aproximadamente 42.000 km em relação ao centro da Terra. (Considere o período de rotação da Terra em torno de seu próprio eixo igual a 24h.) Sobre esta situação, são feitas as seguintes afirmações.

I - O período de revolução do satélite é de 24h.

II - O trabalho realizado pela Terra sobre o satélite é nulo.

III - O módulo da velocidade do satélite é constante e vale 3.500π km/h. Quais estão corretas?

A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas I e III.
D)Apenas II e III.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

E
Resolução comentada

Um satélite geoestacionário acompanha a rotação terrestre, com período de 24 h: I é verdadeira. Na órbita circular, a força gravitacional é radial e o deslocamento instantâneo é tangencial; o trabalho é nulo: II é verdadeira.

A velocidade tem módulo constante dado pelo comprimento da órbita por período.

$$v=\frac{2\pi R}{T}$$

$$v=\frac{2\pi\cdot42000}{24}=3500\pi\,\mathrm{km/h}$$

III também é verdadeira.

Alternativa correta: E.

Q4
Mecânica — Dinâmica — Gráfico da força de atrito estático

Um cubo maciço e homogêneo, cuja massa é de 1,0 kg, está em repouso sobre uma superfície plana horizontal. O coeficiente de atrito estático entre o cubo e a superfície vale 0,30. Uma força F, horizontal, é então aplicada sobre o centro de massa do cubo. (Considere o módulo da aceleração da gravidade igual a 10 m/s².) Assinale o gráfico que melhor representa a intensidade f da força de atrito estático em função da intensidade F da força aplicada.

A)Atrito constante de 3 newtons.
B)Atrito cresce de zero a 3 newtons quando F cresce de zero a 2.
C)Atrito cresce em reta de zero a 3 newtons enquanto F cresce de zero a 3.
D)Atrito cresce de zero a 2 newtons para F até 3.
E)Atrito cresce em curva côncava para baixo até 3 newtons.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

C
Resolução comentada

Enquanto o cubo permanece em repouso, o atrito se ajusta à força horizontal aplicada, até seu valor máximo.

$$N=mg=1{,}0\cdot10=10\,\mathrm N$$

$$f_{e,max}=\mu_eN=0{,}30\cdot10=3\,\mathrm N$$

No intervalo estático:

$$f_e=F\quad(0\leq F\leq3\,\mathrm N)$$

O gráfico é a reta de inclinação um, da origem ao ponto (3 N, 3 N). Para F maior, o regime já não é estático.

Alternativa correta: C.

Q5
Mecânica — Gravitação — Período orbital de Júpiter por comparação com a Terra

Considere o raio médio da órbita de Júpiter em torno do Sol igual a 5 vezes o raio médio da órbita da Terra. Segundo a 3ª Lei de Kepler, o período de revolução de Júpiter em torno do Sol é de aproximadamente

A)5 anos.
B)11 anos.
C)25 anos.
D)110 anos.
E)125 anos.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

B
Resolução comentada

Para corpos orbitando o mesmo Sol, o quadrado do período é proporcional ao cubo do semieixo maior.

$$\left(\frac{T_J}{T_T}\right)^2=\left(\frac{R_J}{R_T}\right)^3$$

$$T_J=\sqrt{5^3}\,\mathrm{anos}$$

$$T_J=5\sqrt5\,\mathrm{anos}$$

$$T_J\approx11{,}2\,\mathrm{anos}$$

O valor aproximado listado é 11 anos.

Alternativa correta: B.

Q6
Mecânica — Trabalho e Energia — Perda de energia mecânica e dependência do percurso

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, na ordem em que aparecem. Um objeto desloca-se de um ponto A até um ponto B do espaço seguindo um determinado caminho. A energia mecânica do objeto nos pontos A e B assume, respectivamente, os valores EA e EB, sendo EB < EA. Nesta situação, existem forças ........ atuando sobre o objeto, e a diferença de energia EB – EA ........ do ........ entre os pontos A e B.

A)dissipativas – depende – caminho
B)dissipativas – depende – deslocamento
C)dissipativas – independe – caminho
D)conservativas – independe – caminho
E)conservativas – depende – deslocamento

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

A
Resolução comentada

Na interpretação escolar da questão, a redução da energia mecânica indica trabalho de forças dissipativas.

$$\Delta E_m=W_{nc}<0$$

O trabalho dissipativo pode depender do caminho: por exemplo, no atrito de módulo constante, um percurso maior dissipa mais energia.

$$W_{atrito}=-f\ell$$

As lacunas pretendidas são dissipativas; depende; caminho.

Ressalva editorial: uma diferença entre energias de dois estados completos já fixados é determinada por esses estados. A dependência de caminho se refere ao trabalho não conservativo e, quando se fixa apenas a posição final, ao estado de movimento com que o objeto chega. A redação original deve ser entendida nesse contexto, não como negação do caráter de função de estado da energia.

Alternativa correta: A.

Q7
Mecânica — Trabalho e Energia — Potência útil no resgate do mineiro

O resgate de trabalhadores presos em uma mina subterrânea no norte do Chile foi realizado através de uma cápsula introduzida numa perfuração do solo até o local em que se encontravam os mineiros, a uma profundidade da ordem de 600 m. Um motor com potência total aproximadamente igual a 200,0 kW puxava a cápsula de 250 kg contendo um mineiro de cada vez. Considere que para o resgate de um mineiro de 70 kg de massa a cápsula gastou 10 minutos para completar o percurso e suponha g = 9,8 m/s². Não se computando a potência necessária para compensar as perdas por atrito, a potência efetivamente fornecida pelo motor para içar a cápsula foi de

Motor e polia içando uma cápsula vertical num poço de resgate.
A)686 W.
B)2.450 W.
C)3.136 W.
D)18.816 W.
E)41.160 W.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

C
Resolução comentada

A massa içada inclui cápsula e mineiro. O intervalo deve ser convertido para segundos.

$$m=250+70=320\,\mathrm{kg}$$

$$\Delta t=10\cdot60=600\,\mathrm s$$

A potência média útil corresponde ao ganho de energia potencial por tempo.

$$P_u=\frac{mgh}{\Delta t}$$

$$P_u=\frac{320\cdot9{,}8\cdot600}{600}=3136\,\mathrm W$$

Os 200 kW são a potência total aproximada do motor, não a potência útil solicitada.

Alternativa correta: C.

Q8
Mecânica — Quantidade de Movimento — Grandezas totais em uma colisão elástica

Duas bolas de bilhar colidiram de forma completamente elástica. Então, em relação à situação anterior à colisão,

A)suas energias cinéticas individuais permaneceram iguais.
B)suas quantidades de movimento individuais permaneceram iguais.
C)a energia cinética total e a quantidade de movimento total do sistema permaneceram iguais.
D)as bolas de bilhar se movem, ambas, com a mesma velocidade final.
E)apenas a quantidade de movimento total permanece igual.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

C
Resolução comentada

No sistema das duas bolas, durante uma colisão com impulso externo desprezível, conserva-se o momentum total. Por ser completamente elástica, também se conserva a energia cinética total.

$$\vec p_{total,i}=\vec p_{total,f}$$

$$K_{total,i}=K_{total,f}$$

Cada bola pode trocar energia e momentum com a outra. Não há exigência de velocidades finais iguais.

Alternativa correta: C.

Q9
Mecânica — Hidrostática — Três princípios da hidrostática

Considere as afirmações abaixo, referentes a um líquido incompressível em repouso.

I - Se a superfície do líquido, cuja densidade é ρ, está submetida a uma pressão pa, a pressão p no interior desse líquido, a uma profundidade h, é tal que p = pa + ρgh, onde g é a aceleração da gravidade local.

II - A pressão aplicada em um ponto do líquido, confinado a um recipiente, transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido.

III - O módulo do empuxo sobre um objeto mergulhado no líquido é igual ao módulo do peso do volume de líquido deslocado. Quais estão corretas?

A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas III.
D)Apenas I e III.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

E
Resolução comentada

I expressa a lei de Stevin: a pressão cresce com a profundidade a partir da pressão aplicada à superfície.

$$p=p_a+\rho gh$$

II expressa Pascal: um acréscimo de pressão aplicado ao líquido confinado se transmite integralmente. III expressa Arquimedes: o empuxo é o peso do líquido deslocado.

$$E=\rho_{liq}gV_{deslocado}$$

As três afirmações são verdadeiras no modelo hidrostático descrito.

Alternativa correta: E.

Q10
Termologia — Calorimetria — Variações de temperatura para calores específicos diferentes

Uma mesma quantidade de calor Q é fornecida a massas iguais de dois líquidos diferentes, 1 e 2. Durante o aquecimento, os líquidos não alteram seu estado físico e seus calores específicos permanecem constantes, sendo tais que c1 = 5 c2. Na situação acima, os líquidos 1 e 2 sofrem, respectivamente, variações de temperatura ΔT1 e ΔT2 , tais que ΔT1 é igual a

A)ΔT2 /5.
B)2 ΔT2 /5.
C)ΔT2.
D)5 ΔT2 /2.
E)5ΔT2.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

A
Resolução comentada

Os líquidos recebem o mesmo calor e têm massas iguais, sem mudança de fase.

$$Q=mc\Delta T$$

$$mc_1\Delta T_1=mc_2\Delta T_2$$

Substituindo c1 = 5c2:

$$5c_2\Delta T_1=c_2\Delta T_2$$

$$\Delta T_1=\frac{\Delta T_2}{5}$$

A substância de maior calor específico sofre menor variação térmica sob o mesmo aquecimento.

Alternativa correta: A.

Q11
Termologia — Gases Ideais — Volume do balão em altitude

Um balão meteorológico fechado tem volume de 50,0 m³ ao nível do mar, onde a pressão atmosférica é de 1,0 × 10⁵ Pa e a temperatura é de 27 °C. Quando o balão atinge a altitude de 25 km na atmosfera terrestre, a pressão e a temperatura assumem, respectivamente, os valores de 5,0 × 10³ Pa e −63 °C. Considerando-se que o gás contido no balão se comporta como um gás ideal, o volume do balão nessa altitude é de

A)14,0 m³.
B)46,7 m³.
C)700,0 m³.
D)1.428,6 m³.
E)2.333,3 m³.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

C
Resolução comentada

O balão está fechado, mantendo a quantidade de gás. As temperaturas precisam ser absolutas.

$$T_i=27+273=300\,\mathrm K$$

$$T_f=-63+273=210\,\mathrm K$$

$$\frac{p_iV_i}{T_i}=\frac{p_fV_f}{T_f}$$

$$V_f=50{,}0\cdot\frac{1{,}0\times10^5}{5{,}0\times10^3}\cdot\frac{210}{300}$$

$$V_f=700{,}0\,\mathrm{m^3}$$

A queda de pressão predomina sobre a redução da temperatura.

Alternativa correta: C.

Q12
Termologia — Termodinâmica — Trabalho do ciclo triangular no diagrama pV

A figura abaixo apresenta o diagrama da pressão p(Pa) em função do volume V(m³) de um sistema termodinâmico que sofre três transformações sucessivas: XY, YZ e ZX. O trabalho total realizado pelo sistema após as três transformações é igual a

Ciclo X-Y-Z-X: X em volume 0,6 e pressão 2 vezes 10 elevado a 5; Y em volume 0,2 e pressão 6 vezes 10 elevado a 5; Z em volume 1,0 e mesma pressão de Y, em unidades do SI.
A)0.
B)1,6 × 10⁵ J.
C)2,0 × 10⁵ J.
D)3,2 × 10⁵ J.
E)4,8 × 10⁵ J.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

B
Resolução comentada

O trabalho líquido num ciclo é a área orientada interna ao diagrama pV. O percurso X→Y→Z→X é horário, portanto o trabalho feito pelo sistema é positivo.

$$\Delta V=1{,}0-0{,}2=0{,}8\,\mathrm{m^3}$$

$$\Delta p=(6-2)\times10^5=4\times10^5\,\mathrm{Pa}$$

$$W=\frac{\Delta V\Delta p}{2}$$

$$W=\frac{0{,}8\cdot4\times10^5}{2}=1{,}6\times10^5\,\mathrm J$$

Alternativa correta: B.

Q13
Termologia — Calorimetria — Estados coexistentes nos patamares de aquecimento

Uma amostra de uma substância encontra-se, inicialmente, no estado sólido na temperatura T0. Passa, então, a receber calor até atingir a temperatura final Tf , quando toda a amostra já se transformou em vapor. O gráfico abaixo representa a variação da temperatura T da amostra em função da quantidade de calor Q por ela recebida. Considere as seguintes afirmações, referentes ao gráfico.

I - T1 e T2 são, respectivamente, as temperaturas de fusão e de vaporização da substância.

II - No intervalo X, coexistem os estados sólido e líquido da substância.

III - No intervalo Y, coexistem os estados sólido, líquido e gasoso da substância. Quais estão corretas?

Curva de aquecimento T por Q: subida desde T0; primeiro patamar X na temperatura T1; nova subida; segundo patamar Y na temperatura T2; subida final até Tf.
A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas III.
D)Apenas I e II.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

D
Resolução comentada

A amostra começa sólida. O primeiro patamar, em T1, representa fusão, com coexistência de sólido e líquido no intervalo X. O segundo patamar, em T2, representa vaporização, com líquido e vapor no intervalo Y.

I e II são verdadeiras. III é falsa, pois o patamar de vaporização não corresponde à coexistência simultânea de sólido, líquido e gás.

A temperatura permanece constante nos patamares enquanto a energia recebida é empregada na mudança de fase.

Alternativa correta: D.

Q14
Eletricidade — Eletrostática — Três esferas em contato e força após separação

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, na ordem em que aparecem. Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, são montadas em suportes isolantes. A esfera A está positivamente carregada com carga Q, enquanto as esferas B e C estão eletricamente neutras. Colocam-se as esferas B e C em contato uma com a outra e, então, coloca-se a esfera A em contato com a esfera B, conforme representado na figura. Depois de assim permanecerem por alguns instantes, as três esferas são simultaneamente separadas. Considerando-se que o experimento foi realizado no vácuo (k0 = 9 × 10⁹ N·m²/C²) e que a distância final (d) entre as esferas A e B é muito maior que seu raio, a força eletrostática entre essas duas esferas é ........ e de intensidade igual a ........ .

Três esferas metálicas idênticas em contato simultâneo, alinhadas A, B e C.
A)repulsiva — $k_0Q^2/(9d^2)$
B)atrativa — $k_0Q^2/(9d^2)$
C)repulsiva — $k_0Q^2/(6d^2)$
D)atrativa — $k_0Q^2/(4d^2)$
E)repulsiva — $k_0Q^2/(4d^2)$

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

A
Resolução comentada

Na aproximação didática adotada pela prova, a carga total Q se divide igualmente entre três esferas idênticas em contato.

$$q_A=q_B=q_C=\frac Q3$$

Após a separação, A e B são positivas e se repelem. Para distância d muito maior que os raios:

$$F=\frac{k_0q_Aq_B}{d^2}$$

$$F=\frac{k_0Q^2}{9d^2}$$

Ressalva: a divisão exatamente igual é a idealização escolar empregada na resposta de referência. Numa cadeia real de esferas em contato, a igualdade de potencial não exige cargas iguais, pois a geometria de vizinhança é diferente para a esfera central.

Alternativa correta: A.

Q15
Eletricidade — Eletrostática — Potencial e campo em uma casca condutora

Considere uma casca condutora esférica eletricamente carregada e em equilíbrio eletrostático. A respeito dessa casca, são feitas as seguintes afirmações.

I - A superfície externa desse condutor define uma superfície equipotencial.

II - O campo elétrico em qualquer ponto da superfície externa do condutor é perpendicular à superfície.

III - O campo elétrico em qualquer ponto do espaço interior à casca é nulo. Quais estão corretas?

A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas I e III.
D)Apenas II e III.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

E
Resolução comentada

Em equilíbrio eletrostático, não há componente tangencial do campo na superfície, ou as cargas livres continuariam se movendo. A superfície é equipotencial, tornando I verdadeira.

O campo imediatamente externo é normal à superfície: II é verdadeira. Para a casca descrita, sem cargas na cavidade, o campo no interior é nulo: III é verdadeira.

A ausência de campo no interior não exige potencial zero; o potencial pode ser constante e não nulo.

Alternativa correta: E.

Q16
Eletricidade — Eletrodinâmica — Ordem das correntes em quatro combinações de chaves

Considere o circuito abaixo. Neste circuito, todos os resistores são idênticos, e C1 e C2 são dois interruptores que podem estar abertos ou fechados, de acordo com os esquemas numerados a seguir. Assinale a alternativa que apresenta corretamente o ordenamento dos esquemas de ligação, em ordem crescente da corrente elétrica que passa no resistor R4.

Esquemas das chaves C1 e C2
EsquemaC1C2
1FechadaFechada
2AbertaAberta
3AbertaFechada
4FechadaAberta
Circuito: ramo superior tem R1 e R2 em série; C1 desvia R2 quando fechada. Ramo inferior tem R3 e C2 em série. Os dois ramos se unem antes de R4, que está em série com a fonte.
A)(4) – (2) – (3) – (1)
B)(1) – (3) – (2) – (4)
C)(2) – (4) – (3) – (1)
D)(2) – (3) – (4) – (1)
E)(3) – (2) – (1) – (4)

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

C
Resolução comentada

R4 está em série com o restante do circuito, portanto sua corrente é a corrente total. Para a mesma fonte, menor resistência equivalente significa maior corrente.

No esquema 1, ambas fechadas:

$$R_{eq,1}=R+(R\parallel R)=\frac{3R}{2}$$

No esquema 2, ambas abertas:

$$R_{eq,2}=3R$$

No esquema 3, C1 aberta e C2 fechada:

$$R_{eq,3}=R+(2R\parallel R)=\frac{5R}{3}$$

No esquema 4, C1 fechada e C2 aberta:

$$R_{eq,4}=2R$$

Ordenando correntes em sentido crescente: 2, 4, 3, 1.

Alternativa correta: C.

Q17
Eletromagnetismo — Campo Magnético — Campo elétrico que mantém a velocidade do elétron

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, na ordem em que aparecem. Um elétron atravessa, com velocidade constante de módulo v, uma região do espaço onde existem campos elétrico e magnético uniformes e perpendiculares entre si. Na figura abaixo, estão representados o campo magnético, de módulo B, e a velocidade do elétron, mas o campo elétrico não está representado. Desconsiderando-se qualquer outra interação, é correto afirmar que o campo elétrico ........ página, perpendicularmente, e que seu módulo vale ........ .

Elétron com velocidade para a direita atravessa região com campo magnético uniforme apontando para baixo no plano da página.
A)penetra na – vB
B)emerge da – vB
C)penetra na – eB
D)emerge da – eB
E)penetra na – E/B

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

B
Resolução comentada

A velocidade constante exige resultante nula. Com v para a direita e B para baixo, o produto v × B aponta para dentro da página; como o elétron é negativo, a força magnética aponta para fora.

A força elétrica deve apontar para dentro. Para uma carga negativa, isso exige campo elétrico para fora da página.

$$q\vec E+q\vec v\times\vec B=0$$

Nos módulos:

$$E=vB$$

O módulo da carga cancela, e o campo emerge da página.

Alternativa correta: B.

Q18
Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Corrente na espira que se aproxima de outra

Observe a figura abaixo. Esta figura representa dois circuitos, cada um contendo uma espira de resistência elétrica não nula. O circuito A está em repouso e é alimentado por uma fonte de tensão constante V. O circuito B aproxima-se com velocidade constante de módulo v, mantendo-se paralelos os planos das espiras. Durante a aproximação, uma força eletromotriz (f.e.m.) induzida aparece na espira do circuito B, gerando uma corrente elétrica que é medida pelo galvanômetro G. Sobre essa situação, são feitas as seguintes afirmações.

I - A intensidade da f.e.m. induzida depende de v.

II - A corrente elétrica induzida em B também gera campo magnético.

III - O valor da corrente elétrica induzida em B independe da resistência elétrica deste circuito. Quais estão corretas?

Espira A fixa ligada a uma fonte de tensão. Espira B, paralela e ligada a galvanômetro, aproxima-se de A com velocidade para a esquerda.
A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas III.
D)Apenas I e II.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

D
Resolução comentada

A aproximação muda o fluxo do campo da espira A através de B. A rapidez da mudança depende da velocidade de aproximação.

$$

\mathcal E_B

=\left

\frac{d\Phi_B}{dt}\right

$$

I é verdadeira. A corrente induzida em B gera seu próprio campo magnético, tornando II verdadeira. Para a resistência não nula do circuito B:

$$I_B=\frac{\mathcal E_B}{R_B}$$

III é falsa, pois a corrente depende da resistência.

Alternativa correta: D.

Q19
Ondulatória — Reflexão e Transmissão — Reflexão na passagem para uma corda mais densa

Uma corda é composta de dois segmentos de densidades de massa bem distintas. Um pulso é criado no segmento de menor densidade e se propaga em direção à junção entre os segmentos, conforme representa a figura abaixo. Assinale, entre as alternativas, aquela que melhor representa a corda quando o pulso refletido está passando pelo mesmo ponto x indicado no diagrama acima.

Pulso positivo move-se para a direita no trecho de corda menos denso, em direção à junção com um trecho mais denso. Sua crista passa inicialmente pela marca x.
A)Pulso refletido para cima e transmitido para cima distante da junção.
B)Refletido para cima; transmitido para cima mais próximo da junção.
C)Refletido para baixo com grande amplitude; transmitido para cima distante da junção.
D)Refletido para baixo; transmitido para cima distante da junção.
E)Refletido para baixo com amplitude menor que a inicial; transmitido para cima mais próximo da junção.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

E
Resolução comentada

Os dois trechos estão sob a mesma tensão. A velocidade é menor no trecho de maior densidade linear.

$$v=\sqrt{\frac{\mathcal T}{\mu}}$$

Ao chegar à junção com o trecho mais denso, o pulso refletido se inverte e volta no trecho leve; o transmitido permanece para cima e avança mais lentamente no trecho denso.

Quando o refletido volta à marca x, o transmitido percorreu menos distância desde a junção. Ambos têm amplitude menor que a inicial na situação de densidades finitas. O desenho deve combinar inversão, amplitudes reduzidas e transmissão mais próxima da junção.

Alternativa correta: E.

Q20
Ondulatória — Fenômenos Ondulatórios — Reconhecimento de três padrões de frentes de onda

Em cada uma das imagens abaixo, um trem de ondas planas move-se a partir da esquerda. Os fenômenos ondulatórios apresentados nas figuras 1, 2 e 3 são, respectivamente,

Três trens de ondas: no primeiro, frentes planas passam por uma fenda e se tornam circulares; no segundo, duas fendas produzem frentes sobrepostas; no terceiro, frentes entram em outra região e mudam seu espaçamento.
A)refração – interferência – difração.
B)difração – interferência – refração.
C)interferência – difração – refração.
D)difração – refração – interferência.
E)interferência – refração – difração.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

B
Resolução comentada

Na figura 1, a onda contorna a abertura e se espalha em frentes curvas: difração. Na figura 2, duas aberturas produzem ondas que se superpõem: interferência.

Na figura 3, o espaçamento entre frentes muda ao entrar na região de outro meio: refração. Isso pode ocorrer mesmo com incidência normal, sem mudança de direção.

A sequência é difração, interferência, refração.

Alternativa correta: B.

Q21
Óptica — Refração — Comprimento de onda e frequência dentro do vidro

Na notação do SI, 1 nm = 10⁻⁹ m. Considere a velocidade da luz no ar igual a 3 × 10⁸ m/s. Um feixe de luz monocromática de comprimento de onda igual a 600 nm, propagando-se no ar, incide sobre um bloco de vidro, cujo índice de refração é 1,5. O comprimento de onda e a frequência do feixe que se propaga dentro do vidro são, respectivamente,

A)400 nm e 5,0 × 10¹⁴ Hz.
B)400 nm e 7,5 × 10¹⁴ Hz.
C)600 nm e 5,0 × 10¹⁴ Hz.
D)600 nm e 3,3 × 10¹⁴ Hz.
E)900 nm e 3,3 × 10¹⁴ Hz.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

A
Resolução comentada

A frequência é mantida ao entrar no vidro. No ar:

$$f=\frac{3\times10^8}{600\times10^{-9}}=5{,}0\times10^{14}\,\mathrm{Hz}$$

No vidro de índice 1,5, a velocidade cai pelo mesmo fator.

$$\lambda_{vidro}=\frac{\lambda_{ar}}{1{,}5}$$

$$\lambda_{vidro}=400\,\mathrm{nm}$$

Assim, a frequência é 5,0 × 10¹⁴ Hz e o comprimento de onda é 400 nm.

Alternativa correta: A.

Q22
Física Moderna — Física Quântica — Energia efetivamente absorvida na retina

Na notação do SI, 1 nm = 10⁻⁹ m. Considere a velocidade da luz no ar igual a 3 × 10⁸ m/s. Cerca de 60 fótons devem atingir a córnea para que o olho humano perceba um flash de luz, e aproximadamente metade deles são absorvidos ou refletidos pelo meio ocular. Em média, apenas 5 dos fótons restantes são realmente absorvidos pelos fotorreceptores (bastonetes) na retina, sendo os responsáveis pela percepção luminosa. (Considere a constante de Planck h igual a 6,6 × 10⁻³⁴ J.s.) Com base nessas informações, é correto afirmar que, em média, a energia absorvida pelos fotorreceptores quando luz verde com comprimento de onda igual a 500 nm atinge o olho humano é igual a

A)3,30 × 10⁻⁴¹ J.
B)3,96 × 10⁻³³ J.
C)1,98 × 10⁻³² J.
D)3,96 × 10⁻¹⁹ J.
E)1,98 × 10⁻¹⁸ J.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

E
Resolução comentada

O problema pede a energia dos cinco fótons absorvidos pelos fotorreceptores, não a de todos os que chegam à córnea.

$$E_1=\frac{hc}{\lambda}$$

$$E_1=\frac{6{,}6\times10^{-34}\cdot3\times10^8}{500\times10^{-9}}$$

$$E_1=3{,}96\times10^{-19}\,\mathrm J$$

$$E_{abs}=5E_1$$

$$E_{abs}=1{,}98\times10^{-18}\,\mathrm J$$

Os outros números descrevem etapas anteriores de transmissão e perda óptica.

Alternativa correta: E.

Q23
Óptica — Lentes — Sistema óptico ocular e correção de ametropias

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, na ordem em que aparecem. O olho humano é um sofisticado instrumento óptico. Todo o globo ocular equivale a um sistema de lentes capaz de focalizar, na retina, imagens de objetos localizados desde distâncias muito grandes até distâncias mínimas de cerca de 25 cm. O olho humano pode apresentar pequenos defeitos, como a miopia e a hipermetropia, que podem ser corrigidos com o uso de lentes externas. Quando raios de luz paralelos incidem sobre um olho míope, eles são focalizados antes da retina, enquanto a focalização ocorre após a retina, no caso de um olho hipermétrope. Portanto, o globo ocular humano equivale a um sistema de lentes ........ . As lentes corretivas para um olho míope e para um olho hipermétrope devem ser, respectivamente, ........ e ........ .

A)convergentes − divergente − divergente
B)convergentes − divergente − convergente
C)convergentes − convergente − divergente
D)divergentes − divergente − convergente
E)divergentes − convergente − divergente

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

B
Resolução comentada

No modelo óptico da questão, o olho converge os raios para formar a imagem na retina. O sistema equivale, portanto, a lentes convergentes.

Na miopia, raios paralelos focalizam antes da retina; uma lente divergente externa reduz a convergência. Na hipermetropia, o foco ficaria depois da retina; uma lente convergente acrescenta convergência.

A sequência é convergentes, divergente, convergente.

Alternativa correta: B.

Q24
Física Moderna — Relatividade — Distância Sol–Terra no referencial do nêutron

De acordo com a Teoria da Relatividade, quando objetos se movem através do espaço- tempo com velocidades da ordem da velocidade da luz, as medidas de espaço e tempo sofrem alterações. A expressão da contração espacial é dada por $L=L_0\sqrt{1-v^2/c^2}$, onde v é a velocidade relativa entre o objeto observado e o observador, c é a velocidade de propagação da luz no vácuo, L é o comprimento medido para o objeto em movimento, e L0 é o comprimento medido para o objeto em repouso. A distância Sol-Terra para um observador fixo na Terra é L0 = 1,5 × 10¹¹ m. Para um nêutron com velocidade v = 0,6 c, essa distância é de

A)1,2 × 10¹⁰ m.
B)7,5 × 10¹⁰ m.
C)1,0 × 10¹¹ m.
D)1,2 × 10¹¹ m.
E)1,5 × 10¹¹ m.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

D
Resolução comentada

A distância fornecida é o comprimento próprio na aproximação de repouso do sistema Sol–Terra. No referencial do nêutron em movimento ao longo dessa direção:

$$L=L_0\sqrt{1-v^2/c^2}$$

$$L=1{,}5\times10^{11}\sqrt{1-0{,}6^2}$$

$$L=1{,}5\times10^{11}\cdot0{,}8$$

$$L=1{,}2\times10^{11}\,\mathrm m$$

A contração refere-se à direção do movimento relativo.

Alternativa correta: D.

Q25
Física Moderna — Física Nuclear — Radiações nos decaimentos de rádio e polônio

Em 2011, Ano Internacional da Química, comemora-se o centenário do Prêmio Nobel de Química concedido a Marie Curie pela descoberta dos elementos radioativos Rádio (Ra) e Polônio (Po). Os processos de desintegração do 224Ra em 220Rn e do 216Po em 212Pb são acompanhados, respectivamente, da emissão de radiação

A)α e α.
B)α e β.
C)β e β.
D)β e γ.
E)γ e γ.

Resposta pela análise física — UFRGS 2011

A
Resolução comentada

Nos dois processos, o número de massa diminui quatro unidades. O rádio passa de Z = 88 para radônio, Z = 86; o polônio passa de Z = 84 para chumbo, Z = 82.

$$^{224}_{88}\mathrm{Ra}\to{}^{220}_{86}\mathrm{Rn}+{}^4_2\mathrm{He}$$

$$^{216}_{84}\mathrm{Po}\to{}^{212}_{82}\mathrm{Pb}+{}^4_2\mathrm{He}$$

A partícula emitida em ambos é um núcleo de hélio-4, isto é, radiação alfa.

Alternativa correta: A.

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