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UFRGS · 2012 — Questões de Física comentadas — Método TEF

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

Q1
Mecânica — Cinemática — Distância percorrida antes de acionar o freio

O tempo de reação tR de um condutor é o intervalo entre perceber o perigo e acionar os freios. Considere dR e dF as distâncias percorridas durante a reação e a frenagem, e dT = dR + dF. Um automóvel trafega a v = 54,0 km/h em pista horizontal; o tempo de reação do condutor é 4/5 s, conforme a sequência de figuras. Considerando-se que a velocidade do automóvel permaneceu inalterada durante o tempo de reação tR, é correto afirmar que a distância dR é de

Sequência de três cenas de um condutor: tráfego normal, percepção de um animal à frente e acionamento do freio.
A)3,0 m.
B)12,0 m.
C)43,2 m.
D)60,0 m.
E)67,5 m.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

B
Resolução comentada

Durante a reação, a velocidade é constante. Primeiro a expressamos em metros por segundo.

$$v=\frac{54{,}0}{3{,}6}=15\,\mathrm{m/s}$$

$$t_R=\frac45=0{,}8\,\mathrm s$$

$$d_R=vt_R$$

$$d_R=15\cdot0{,}8=12{,}0\,\mathrm m$$

Esse percurso ocorre antes de a frenagem começar.

Alternativa correta: B.

Q2
Mecânica — Cinemática — Distância de parada com desaceleração constante

O tempo de reação tR de um condutor é o intervalo entre perceber o perigo e acionar os freios. Considere dR e dF as distâncias percorridas durante a reação e a frenagem, e dT = dR + dF. Um automóvel trafega a v = 54,0 km/h em pista horizontal; o tempo de reação do condutor é 4/5 s, conforme a sequência de figuras. Ao reagir à situação de perigo iminente, o motorista aciona os freios, e a velocidade do automóvel passa a diminuir gradativamente, com aceleração constante de módulo 7,5 m/s2. Nessas condições, é correto afirmar que a distância dF é de

Sequência do condutor percebendo um animal e acionando o freio após seu tempo de reação.
A)2,0 m.
B)6,0 m.
C)15,0 m.
D)24,0 m.
E)30,0 m.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

C
Resolução comentada

A velocidade no início da frenagem ainda é 15 m/s. Adotamos positivo o sentido do movimento, de modo que a aceleração é −7,5 m/s².

$$v_f^2=v_i^2+2ad_F$$

$$0=15^2-2\cdot7{,}5d_F$$

$$d_F=\frac{225}{15}=15{,}0\,\mathrm m$$

A distância calculada não inclui os 12 m percorridos durante a reação.

Alternativa correta: C.

Q3
Mecânica — Trabalho e Energia — Reação e frenagem quando a velocidade dobra

O tempo de reação tR de um condutor é o intervalo entre perceber o perigo e acionar os freios. Considere dR e dF as distâncias percorridas durante a reação e a frenagem, e dT = dR + dF. Um automóvel trafega a v = 54,0 km/h em pista horizontal; o tempo de reação do condutor é 4/5 s, conforme a sequência de figuras. Em comparação com as distâncias dR e dF, já calculadas, e lembrando que dT = dR + dF, considere as seguintes afirmações sobre as distâncias percorridas pelo automóvel, agora com o dobro da velocidade inicial, isto é, 108 km/h.

I - A distância percorrida pelo automóvel durante o tempo de reação do condutor é de 2dR.

II - A distância percorrida pelo automóvel durante a frenagem é de 2dF.

III - A distância total percorrida pelo automóvel é de 2dT. Quais estão corretas?

Três cenas separam o instante de percepção do perigo do instante de acionamento do freio.
A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas I e II.
D)Apenas I e III.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

A
Resolução comentada

Mantidos o tempo de reação e o módulo da desaceleração, as duas distâncias têm dependências diferentes.

$$d_R=vt_R$$

$$d_F=\frac{v^2}{2a_{mod}}$$

Ao dobrar v, a reação ocupa 2dR e a frenagem ocupa 4dF. Logo, I é verdadeira e II é falsa.

$$d_T\prime=2d_R+4d_F$$

$$d_T\prime=2d_T+2d_F>2d_T$$

A distância total não apenas dobra: III é falsa.

Alternativa correta: A.

Q4
Mecânica — Cinemática — Aceleração em uma pista circular com rapidez variável

A figura abaixo apresenta, em dois instantes, as velocidades v1 e v2 de um automóvel que, em um plano horizontal, se desloca numa pista circular. Com base nos dados da figura, e sabendo-se que os módulos dessas velocidades são tais que v1 > v2 é correto afirmar que

Automóvel em dois pontos de uma pista circular, com vetores de velocidade tangentes à pista, sendo o primeiro maior que o segundo.
A)a componente centrípeta da aceleração é diferente de zero.
B)a componente tangencial da aceleração apresenta a mesma direção e o mesmo sentido da velocidade.
C)o movimento do automóvel é circular uniforme.
D)o movimento do automóvel é uniformemente acelerado.
E)os vetores velocidade e aceleração são perpendiculares entre si.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

A
Resolução comentada

Um móvel que percorre uma curva com velocidade não nula muda a direção de sua velocidade e tem componente normal da aceleração.

$$a_c=\frac{v^2}{R}>0$$

Os módulos diferentes nos dois instantes excluem movimento circular uniforme. Na interpretação de frenagem entre as posições, a aceleração tangencial é oposta à velocidade; por isso a aceleração total não é puramente perpendicular a ela.

Os dois valores de velocidade também não bastam para afirmar aceleração constante.

Alternativa correta: A.

Q5
Mecânica — Dinâmica — Tensão no fio que acelera dois blocos

Dois blocos de massas m1 = 3,0 kg e m2 = 1,0 kg, ligados por fio inextensível e de massa desprezível, deslizam sem atrito sobre plano horizontal. Uma força horizontal F = 6 N puxa o bloco m2, conforme a figura. A tensão no fio que liga os dois blocos é

Bloco m1 de 3 kg à esquerda ligado por fio ao bloco m2 de 1 kg à direita. Força F para a direita aplicada em m2.
A)zero.
B)2,0 N.
C)3,0 N.
D)4,5 N.
E)6,0 N.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

D
Resolução comentada

Para o conjunto, a tensão é interna e a única força horizontal externa é F.

$$a=\frac{6}{3+1}=1{,}5\,\mathrm{m/s^2}$$

No bloco m1, a tensão é a única força horizontal.

$$T=m_1a$$

$$T=3\cdot1{,}5=4{,}5\,\mathrm N$$

A força aplicada em m2 não se transmite integralmente como tensão, pois também acelera esse bloco.

Alternativa correta: D.

Q6
Mecânica — Dinâmica — Forças resultantes nos blocos ligados

Dois blocos de massas m1 = 3,0 kg e m2 = 1,0 kg, ligados por fio inextensível e de massa desprezível, deslizam sem atrito sobre plano horizontal. Uma força horizontal F = 6 N puxa o bloco m2, conforme a figura. As forças resultantes sobre m1 e m2 são, respectivamente,

Dois blocos ligados por fio: m1 à esquerda, m2 à direita, com força horizontal F puxando m2.
A)3,0 N e 1,5 N.
B)4,5 N e 1,5 N.
C)4,5 N e 3,0 N.
D)6,0 N e 3,0 N.
E)6,0 N e 4,5 N.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

B
Resolução comentada

A aceleração comum dos blocos é determinada pela massa total.

$$a=\frac{6}{3+1}=1{,}5\,\mathrm{m/s^2}$$

Aplicamos a segunda lei separadamente.

$$F_{R1}=3\cdot1{,}5=4{,}5\,\mathrm N$$

$$F_{R2}=1\cdot1{,}5=1{,}5\,\mathrm N$$

No segundo bloco, a resultante também pode ser verificada como F − T.

Alternativa correta: B.

Q7
Mecânica — Trabalho e Energia — Velocidade no ponto mais alto do lançamento

Um objeto, com massa de 1,0 kg, é lançado, a partir do solo, com energia mecânica de 20 J. Quando o objeto atinge a altura máxima, sua energia potencial gravitacional relativa ao solo é de 7,5 J. Desprezando-se a resistência do ar, e considerando-se a aceleração da gravidade com módulo de 10 m/s², a velocidade desse objeto no ponto mais alto de sua trajetória é

A)zero.
B)2,5 m/s.
C)5,0 m/s.
D)12,5 m/s.
E)25,0 m/s.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

C
Resolução comentada

Sem resistência do ar, a energia mecânica mantém 20 J. No ponto mais alto ainda resta energia cinética.

$$K_{topo}=20-7{,}5=12{,}5\,\mathrm J$$

$$\frac{mv^2}{2}=12{,}5$$

$$v^2=25\,\mathrm{m^2/s^2}$$

$$v=5{,}0\,\mathrm{m/s}$$

No ápice, a componente vertical é nula; a componente horizontal pode permanecer diferente de zero.

Alternativa correta: C.

Q8
Mecânica — Quantidade de Movimento — Blocos aderentes: velocidade e energia após a colisão

Um bloco, deslizando com velocidade v sobre uma superfície plana sem atrito, colide com outro bloco idêntico, que está em repouso. As faces dos blocos que se tocam na colisão são aderentes, e eles passam a se mover como um único objeto. Sobre esta situação, são feitas as seguintes afirmações.

I - Antes da colisão, a energia cinética total do blocos é o dobro da energia cinética total após a colisão.

II - Ao colidir, os blocos sofreram uma colisão elástica.

III - Após a colisão, a velocidade dos blocos é v/2. 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 2012

D
Resolução comentada

As massas iguais ficam unidas. Conservando o momentum horizontal:

$$mv=2mv_f$$

$$v_f=\frac v2$$

A energia cinética inicial e a final são:

$$K_i=\frac{mv^2}{2}$$

$$K_f=\frac{2m(v/2)^2}{2}=\frac{mv^2}{4}$$

Assim, Ki = 2Kf: I e III são verdadeiras. A colisão é perfeitamente inelástica, tornando II falsa.

Alternativa correta: D.

Q9
Mecânica — Gravitação — Gravidade de um planeta com massa e raio quadruplicados

Considerando que o módulo da aceleração da gravidade na Terra é igual a 10 m/s², é correto afirmar que, se existissem um planeta cuja massa e cujo raio fossem quatro vezes superiores aos da Terra, a aceleração da gravidade seria de

A)2,5 m/s².
B)5 m/s².
C)10 m/s².
D)20 m/s².
E)40 m/s².

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

A
Resolução comentada

A gravidade na superfície depende da massa e do quadrado do raio.

$$g=\frac{GM}{R^2}$$

$$\frac{g_P}{g_T}=\frac4{4^2}=\frac14$$

$$g_P=\frac{10}{4}=2{,}5\,\mathrm{m/s^2}$$

O aumento do raio predomina sobre o aumento proporcional da massa.

Alternativa correta: A.

Q10
Mecânica — Hidrostática — Pedra submersa apoiada no fundo

Uma pedra encontra-se completamente submersa e em repouso no fundo de um recipiente cheio de água; P e E são, respectivamente, os módulos do peso da pedra e do empuxo sobre ela. Com base nesses dados, é correto afirmar que o módulo da força aplicada pelo fundo do recipiente sobre a pedra é igual a

A)E.
B)P.
C)P − E.
D)P + E.
E)zero.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

C
Resolução comentada

Na pedra em repouso, o peso aponta para baixo; o empuxo e a força normal do fundo apontam para cima.

$$N+E-P=0$$

$$N=P-E$$

Apoiar a pedra não elimina o empuxo pressuposto no enunciado. O fundo sustenta somente a parcela do peso não compensada pela água.

Alternativa correta: C.

Q11
Termologia — Calorimetria — Temperatura inicial do gelo que congela parte da água

Em um calorímetro são colocados 2,0 kg de água, no estado líquido, a uma temperatura de 0 °C. A seguir, são adicionados 2,0 kg de gelo, a uma temperatura não especificada. Após algum tempo, tendo sido atingido o equilíbrio térmico, verifica-se que a temperatura da mistura é de 0 ºC e que a massa de gelo aumentou em 100 g. Considere que o calor específico do gelo (c = 2,1 kJ/kg·°C) é a metade do calor específico da água e que o calor latente de fusão do gelo é de 330 kJ/kg; e desconsidere a capacidade térmica do calorímetro e a troca de calor com o exterior. Nessas condições, a temperatura do gelo que foi inicialmente adicionado à água era, aproximadamente,

A)0 °C.
B)−2,6 °C.
C)−3,9 °C.
D)−6,1 °C.
E)−7,9 °C.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

E
Resolução comentada

A água começa e termina a 0 °C. A energia para aquecer os 2 kg de gelo até 0 °C vem do congelamento de 0,100 kg de água.

$$Q_{solidificacao}=0{,}100\cdot330=33\,\mathrm{kJ}$$

$$2{,}0\cdot2{,}1(0-T_i)=33$$

$$T_i=-\frac{33}{4{,}2}$$

$$T_i\approx-7{,}9\,^\circ\mathrm C$$

A massa extra de gelo indica solidificação, não fusão.

Alternativa correta: E.

Q12
Termologia — Termodinâmica — Trabalho na expansão e temperaturas do ciclo

A figura abaixo apresenta um diagrama p x V que ilustra um ciclo termodinâmico de um gás ideal. Este ciclo, com a realização de trabalho de 750 J, ocorre em três processos sucessivos. No processo AB, o sistema sofre um aumento de pressão mantendo o volume constante; no processo BC, o sistema se expande mantendo a temperatura constante e diminuindo a pressão; e, finalmente, no processo CA, o sistema retorna ao estado inicial sem variar a pressão. O trabalho realizado no processo BC e a relação entre as temperaturas TA e TB são, respectivamente,

Ciclo A-B-C-A no diagrama pressão-volume. A tem 1 metro cúbico e 80 pascals; B, 1 metro cúbico e 640 pascals; C, 8 metros cúbicos e 80 pascals. AB é vertical, BC uma curva de expansão e CA horizontal.
A)1310 J e TA = TB/8.
B)1310 J e TA = 8TB.
C)560 J e TA = TB/8.
D)190 J e TA = TB/8.
E)190 J e TA = 8TB.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

A
Resolução comentada

Usamos o trabalho líquido de 750 J fornecido pelo enunciado. AB tem volume constante e trabalho nulo. Em CA ocorre compressão a 80 Pa.

$$W_{CA}=80(1-8)=-560\,\mathrm J$$

$$W_{BC}=750-(-560)=1310\,\mathrm J$$

Para A e B, o volume e a quantidade de gás são os mesmos.

$$\frac{T_A}{T_B}=\frac{80}{640}=\frac18$$

Ressalva editorial: se as coordenadas do gráfico e a isoterma BC fossem tomadas como exatas, a integral daria WBC = 640 ln 8 ≈ 1331 J e trabalho líquido ≈ 771 J. Há uma pequena incompatibilidade com os 750 J informados. O resultado solicitado acima segue o trabalho líquido explicitamente dado, sem alterar o original.

Alternativa correta: A.

Q13
Termologia — Calorimetria — Identificação de substâncias pelas inclinações

O gráfico abaixo representa o calor absorvido por unidade de massa, Q/m, em função das variações de temperatura ΔT para as substâncias ar, água e álcool, que recebem calor em processos em que a pressão é mantida constante. (Considere que os valores de calor específico do ar, do álcool e da água são, respectivamente, 1,0 kJ/kg.ºC., 2,5 kJ/kg.ºC e 4,2 kJ/kg.ºC.) Com base nesses dados, é correto afirmar que as linhas do gráfico identificadas pelas letras X, Y e Z, representam, respectivamente,

Gráfico Q por massa versus variação de temperatura. Três retas pela origem: X menos inclinada, Y intermediária e Z mais inclinada. Para 10 graus, os valores são aproximadamente 10, 25 e 42 quilojoules por quilograma.
A)o ar, o álcool e a água.
B)o ar, a água e o álcool.
C)a água, o ar e o álcool.
D)a água, o álcool e o ar.
E)o álcool, a água e o ar.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

A
Resolução comentada

Em cada reta, o calor absorvido por massa é proporcional à variação de temperatura.

$$\frac Qm=c\Delta T$$

A inclinação representa o calor específico. X tem a menor inclinação, Y a intermediária e Z a maior. Comparando 1,0; 2,5; e 4,2 kJ/(kg·°C), identificamos X como ar, Y como álcool e Z como água.

Alternativa correta: A.

Q14
Eletricidade — Eletrostática — Campo no centro de três cargas sobre um círculo

As cargas elétricas +Q, -Q e +2Q estão dispostas num círculo de raio R, conforme representado na figura abaixo. Com base nos dados da figura, é correto afirmar que, o campo elétrico resultante no ponto situado no centro do círculo está representado pelo vetor

Círculo de raio R: carga positiva Q no topo, carga negativa Q à esquerda e positiva 2Q embaixo. No centro P, setas E1 para cima e direita; E2 para cima e esquerda; E3 para esquerda; E4 para baixo e esquerda; E5 para baixo e direita.
A)E1.
B)E2.
C)E3.
D)E4.
E)E5.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

B
Resolução comentada

No centro, a carga +Q de cima produz campo para baixo, e a carga +2Q de baixo produz campo para cima com o dobro do módulo. A carga −Q da esquerda produz campo para a esquerda.

$$E_0=\frac{kQ}{R^2}$$

$$E_x=-E_0$$

$$E_y=2E_0-E_0=E_0$$

A resultante aponta para cima e esquerda, com componentes de módulos iguais: vetor E2.

Alternativa correta: B.

Q15
Eletricidade — Eletrostática — Inserção de uma carga no meio de cargas opostas

Considere que U é a energia potencial elétrica de duas partículas com cargas +2Q e -2Q, fixas a uma distância R uma da outra. Uma nova partícula de carga +Q é agregada a este sistema entre as duas partículas iniciais, conforme representado na figura abaixo. A energia potencial elétrica desta nova configuração do sistema é

Cargas em linha: positiva 2Q à esquerda, positiva Q no meio e negativa 2Q à direita; distância R/2 entre vizinhas.
A)zero.
B)U/4.
C)U/2.
D)U.
E)3U.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

D
Resolução comentada

A energia do par original é negativa.

$$U=\frac{k(2Q)(-2Q)}R=-\frac{4kQ^2}{R}$$

A nova carga +Q interage com as duas cargas das extremidades, equidistantes.

$$U_{nova,esq}=\frac{k(Q)(2Q)}{R/2}=\frac{4kQ^2}{R}$$

$$U_{nova,dir}=\frac{k(Q)(-2Q)}{R/2}=-\frac{4kQ^2}{R}$$

As duas contribuições adicionais se cancelam, mantendo a energia total igual a U.

Alternativa correta: D.

Q16
Eletricidade — Eletrodinâmica — Resistência desconhecida no circuito paralelo

Considere o circuito abaixo. No circuito, por onde passa uma corrente elétrica de 4 A, três resistores estão conectados a uma fonte ideal de força eletromotriz de 20 V. Os valores da resistência total deste circuito e da resistência RX são, respectivamente,

Fonte ideal de 20 volts alimentando dois ramos em paralelo. Ramo superior com 6 e 4 ohms em série; ramo inferior com Rx. Corrente total indicada: 4 amperes.
A)0,8 Ω e 2,6 Ω.
B)0,8 Ω e 4,0 Ω.
C)5,0 Ω e 5,0 Ω.
D)5,0 Ω e 10,0 Ω.
E)10,0 Ω e 4,0 Ω.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

D
Resolução comentada

A fonte ideal e a corrente total determinam a resistência equivalente.

$$R_{eq}=\frac{20}{4}=5\,\Omega$$

O ramo superior tem resistores em série.

$$R_{sup}=6+4=10\,\Omega$$

Esse ramo está em paralelo com Rx.

$$\frac15=\frac1{10}+\frac1{R_x}$$

$$\frac1{R_x}=\frac1{10}$$

$$R_x=10\,\Omega$$

Substituir Rx = 5 Ω produziria equivalente diferente dos 5 Ω exigidos pelos dados.

Alternativa correta: D.

Q17
Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Corrente induzida na entrada e saída de uma região

A figura abaixo representa três posições, P1, P2 e P3, de um anel condutor que se desloca com velocidade v constante numa região em que há um campo magnético B, perpendicular ao plano da página. Com base nestes dados, é correto afirmar que uma corrente elétrica induzida no anel surge em

Anel move-se para a direita através de uma faixa com campo magnético entrando na página. P1 corresponde à entrada parcial; P2, ao anel inteiro dentro da faixa; P3, à saída parcial.
A)P1.
B)P3.
C)P1 e P3.
D)P2 e P3.
E)P1, P2 e P3.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

C
Resolução comentada

A corrente surge quando o fluxo através da área do anel varia.

$$\mathcal E=-\frac{d\Phi_B}{dt}$$

Em P1, a porção do anel dentro da região magnética aumenta; em P3, diminui. Nos dois casos há fluxo variável. Em P2, o anel está inteiramente no campo uniforme e sua área e orientação não mudam: o fluxo permanece constante.

Portanto, há indução em P1 e P3.

Alternativa correta: C.

Q18
Ondulatória — Conceitos Básicos — Comprimento de onda da rádio UFRGS

Circuitos elétricos especiais provocam oscilações de elétrons em antenas emissoras de estações de rádio. Esses elétrons acelerados emitem ondas de rádio que, através de modulação controlada da amplitude ou da frequência, transportam informações. Qual é, aproximadamente, o comprimento de onda das ondas emitidas pela estação de rádio da UFRGS, que opera na frequência de 1080 kHz? (Considere a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas na atmosfera igual a 3 × 10⁸ m/s.)

A)3,6 × 10⁻⁶ m.
B)3,6 × 10⁻³ m.
C)2,8 × 10² m.
D)2,8 × 10⁵ m.
E)2,8 × 10⁸ m.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

C
Resolução comentada

A frequência precisa ser expressa em hertz.

$$f=1080\times10^3=1{,}08\times10^6\,\mathrm{Hz}$$

$$\lambda=\frac vf$$

$$\lambda=\frac{3\times10^8}{1{,}08\times10^6}$$

$$\lambda\approx2{,}8\times10^2\,\mathrm m$$

A modulação transmite informação, mas o cálculo usa a frequência de operação indicada.

Alternativa correta: C.

Q19
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Comparações entre rádio, micro-ondas e luz visível

Considere as seguintes afirmações sobre ondas eletromagnéticas.

I - Frequências de ondas de rádio são menores que frequências da luz visível.

II - Comprimentos de onda de microondas são maiores que comprimentos de onda da luz visível.

III - Energias de ondas de rádio são menores que energias de microondas. Quais estão corretas?

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

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

E
Resolução comentada

O espectro ordena as frequências de rádio abaixo das de micro-ondas e da luz visível: I é verdadeira. À mesma velocidade de propagação, menor frequência corresponde a maior comprimento de onda, tornando II verdadeira.

$$\lambda=\frac cf$$

Na interpretação quântica usada na questão, a energia por fóton cresce com a frequência.

$$E_{foton}=hf$$

Assim, III também é verdadeira nesse sentido. Ressalva: a energia total de um feixe depende ainda da quantidade de fótons e da intensidade; não se pode compará-la somente pela faixa espectral.

Alternativa correta: E.

Q20
Mecânica — Oscilações — Frequência de um pêndulo com comprimento reduzido

Um determinado pêndulo simples oscila com pequena amplitude em um dado local da superfície terrestre, e seu período de oscilação é de 8 s. Reduzindo-se o comprimento desse pêndulo para 1/4 do comprimento original, sem alterar sua localização, é correto afirmar que sua frequência, em Hz, será de

A)2.
B)1/2.
C)1/4.
D)1/8.
E)1/16.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

C
Resolução comentada

Para pequenas amplitudes, o período é proporcional à raiz do comprimento.

$$T=2\pi\sqrt{\frac Lg}$$

$$\frac{T\prime}{T}=\sqrt{\frac{L/4}{L}}=\frac12$$

$$T\prime=\frac82=4\,\mathrm s$$

A frequência é o inverso do novo período.

$$f\prime=\frac14\,\mathrm{Hz}$$

Alternativa correta: C.

Q21
Óptica — Refração — Velocidade no acrílico pelos ângulos de refração

Um estudante, para determinar a velocidade da luz num bloco de acrílico, fez incidir um feixe de luz sobre o bloco. Os ângulos de incidência e refração medidos foram, respectivamente, 45° e 30°. (Dado: $\sin30^\circ=1/2$; $\sin45^\circ=\sqrt2/2$.) Sendo c a velocidade de propagação da luz no ar, o valor obtido para a velocidade de propagação da luz no bloco é

A)$c/2$.
B)$c/\sqrt2$.
C)$c$.
D)$\sqrt2c$.
E)$2c$.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

B
Resolução comentada

A lei de Snell pode ser expressa pela razão das velocidades.

$$\frac{v_{ac}}c=\frac{\sin r}{\sin i}$$

$$\frac{v_{ac}}c=\frac{\sin30^\circ}{\sin45^\circ}$$

$$\frac{v_{ac}}c=\frac{1/2}{\sqrt2/2}$$

$$v_{ac}=\frac c{\sqrt2}$$

O raio se aproxima da normal e sua velocidade diminui no acrílico.

Alternativa correta: B.

Q22
Óptica — Reflexão e Espelhos — Imagem e campo de visão em espelhos convexos

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Para que os seguranças possam controlar o movimento dos clientes, muitos estabelecimentos comerciais instalam espelhos convexos em pontos estratégicos das lojas. A adoção desse procedimento deve-se ao fato de que esses espelhos aumentam o campo de visão do observador. Isto acontece porque a imagem de um objeto formada por esses espelhos é ........ , ........ e ........ objeto.

A)virtual – direta – menor que o
B)virtual – invertida – maior que o
C)virtual – invertida – igual ao
D)real – invertida – menor que o
E)real – direta – igual ao

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

A
Resolução comentada

Para um objeto real diante de um espelho convexo, os raios refletidos divergem. Seus prolongamentos formam atrás do espelho uma imagem virtual, direita e reduzida.

A redução permite reunir na imagem uma região mais ampla do ambiente, justificando o uso na observação do movimento de clientes.

Alternativa correta: A.

Q23
Física Moderna — Física Quântica — Uma frequência capaz de ejetar elétrons de três metais

Em 1905, Einstein propôs uma teoria simples e revolucionária para explicar o efeito fotoelétrico, a qual considera que a luz é constituída por partículas sem massa, chamadas de fótons. Cada fóton carrega uma energia dada por hf, onde $h=4{,}1\times10^{-15}\,\mathrm{eV\,s}$ é a constante de Planck, e f é a frequência da luz. Einstein relacionou a energia cinética, E, com que o elétron emerge da superfície do material à frequência da luz incidente e à função trabalho, W, através da equação $E=hf-W$. A função trabalho W corresponde à energia necessária para um elétron ser ejetado do material. Em uma experiência realizada com Potássio (K), Chumbo (Pb) e Platina (Pt), deseja-se obter o efeito fotoelétrico fazendo incidir radiação eletromagnética de mesma frequência sobre cada elemento. Dado que as funções trabalho são WK = 2,1 eV, WPb = 4,1 eV e WPt = 6,3 eV, o efeito será observado nos três elementos na frequência

Ilustração de Einstein e esquema de fóton incidente em metal com emissão de elétron.
A)1,2 × 10¹⁴ Hz.
B)3,1 × 10¹⁴ Hz.
C)5,4 × 10¹⁴ Hz.
D)1,0 × 10¹⁵ Hz.
E)1,6 × 10¹⁵ Hz.

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

E
Resolução comentada

Para haver emissão em todos os metais, a energia do fóton deve alcançar a maior função trabalho, a da platina.

$$hf\geq6{,}3\,\mathrm{eV}$$

$$f_{lim}=\frac{6{,}3}{4{,}1\times10^{-15}}$$

$$f_{lim}\approx1{,}54\times10^{15}\,\mathrm{Hz}$$

Entre as frequências listadas, apenas 1,6 × 10¹⁵ Hz supera esse limiar. Os outros dois metais, de menores funções trabalho, também emitem.

Alternativa correta: E.

Q24
Física Moderna — Física Nuclear — Penetração de alfa e beta e origens de X e gama

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Uma característica importante das radiações diz respeito ao seu poder de penetração na matéria. Chama-se alcance a distância que uma partícula percorre até parar. Para partículas α e β de mesma energia, o alcance da partícula α é ........ da partícula β. Raios X e raios γ são radiações de mesma natureza, mas enquanto os raios X se originam ....... , os raios γ têm origem ........ do átomo.

A)maior que o − na eletrosfera − no núcleo
B)maior que o − no núcleo − na eletrosfera
C)igual ao − no núcleo − na eletrosfera
D)menor que o − no núcleo − na eletrosfera
E)menor que o − na eletrosfera − no núcleo

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

E
Resolução comentada

Em materiais usuais e para a comparação de mesma energia proposta, partículas alfa perdem energia mais rapidamente por ionização e têm alcance menor que partículas beta.

Raios X e gama são ambos radiação eletromagnética. Na distinção atômica usual da questão, raios X estão associados a processos eletrônicos na eletrosfera e raios gama a transições nucleares.

As lacunas são menor que o; na eletrosfera; no núcleo.

Alternativa correta: E.

Q25
Física Moderna — Física Nuclear — Classificação de duas reações nucleares

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. As reações nucleares $^2_1\mathrm H+{}^2_1\mathrm H\to{}^3_2\mathrm{He}+n$ e $n+{}^{235}_{92}\mathrm U\to{}^{91}_{36}\mathrm{Kr}+{}^{142}_{56}\mathrm{Ba}+3n$ liberam energia e são, respectivamente, exemplos de reações nucleares chamadas ........ e ........ .

A)fissão nuclear − fusão nuclear
B)fusão nuclear − fissão nuclear
C)reação em cadeia − fusão nuclear
D)reação em cadeia − fissão nuclear
E)reação em cadeia − reação em cadeia

Resposta pela análise física — UFRGS 2012

B
Resolução comentada

Na primeira reação, dois núcleos leves de deutério se unem formando hélio-3 e um nêutron: é fusão nuclear.

Na segunda, um núcleo pesado de urânio-235 absorve um nêutron e se divide em núcleos menores, com emissão de nêutrons: é fissão nuclear.

A presença de nêutrons na saída pode permitir uma reação em cadeia, mas não substitui a classificação da reação individual como fissão.

Alternativa correta: B.

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