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UFRGS · 2014 — Questões de Física comentadas — Método TEF

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

Q1
Mecânica — Cinemática — Da posição à velocidade em trechos sucessivos

Cada um dos gráficos abaixo representa a posição em função do tempo para um movimento unidimensional (as partes curvas devem ser consideradas como segmentos de parábolas). No conjunto de gráficos a seguir, está representada a velocidade em função do tempo para seis situações distintas. Considerando que as divisões nos eixos dos tempos são iguais em todos os gráficos, assinale a alternativa que combina corretamente os gráficos que descrevem, por pares, o mesmo movimento.

Três gráficos x(t): 1 tem reta descendente, parábola que se aplaina e trecho horizontal; 2 tem curva crescente côncava para baixo seguida de reta crescente; 3 tem reta crescente seguida de parábola côncava para baixo, com máximo e descida.
Seis gráficos v(t): (a) começa negativo constante, sobe até zero e desce; (b) começa positivo constante e depois decresce cruzando zero; (c) começa negativo constante, sobe até zero e permanece zero; (d) começa positivo decrescente e depois constante; (e) começa positivo constante, cai até zero e permanece zero; (f) cresce desde zero e depois fica constante.
A)1(c) – 2(d) – 3(b).
B)1(e) – 2(f) – 3(a).
C)1(a) – 2(d) – 3(e).
D)1(c) – 2(f) – 3(d).
E)1(e) – 2(d) – 3(b).

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

A
Resolução comentada

A velocidade é a inclinação do gráfico posição × tempo.

$$v=\frac{dx}{dt}$$

No movimento 1, a inclinação começa negativa e constante, cresce até zero e permanece nula: corresponde ao gráfico (c). No movimento 2, a inclinação positiva diminui até um valor constante: corresponde a (d). No movimento 3, a inclinação começa positiva e constante e depois diminui, passando por zero no máximo da posição e tornando-se negativa: corresponde a (b).

A associação é 1(c), 2(d), 3(b).

Alternativa correta: A.

Q2
Mecânica — Cinemática — Aceleração durante a frenagem em uma curva

Um móvel percorre uma trajetória fechada, representada na figura abaixo, no sentido anti-horário. Ao passar pela posição P, o móvel está freando. Assinale a alternativa que melhor indica, nessa posição, a orientação do vetor aceleração total do móvel.

Trajetória fechada com P no topo. Setas candidatas: 1 para a esquerda; 2 para baixo e esquerda; 3 para baixo; 4 para baixo e direita; 5 para a direita.
A)1.
B)2.
C)3.
D)4.
E)5.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

D
Resolução comentada

No topo P, o movimento anti-horário dá à velocidade sentido para a esquerda. Como o móvel freia, a aceleração tangencial aponta para a direita. A componente normal aponta para a região interna da curva, abaixo de P.

$$\vec a=\vec a_t+\vec a_n$$

A resultante tem componentes para baixo e para a direita, direção indicada pelo vetor 4.

Alternativa correta: D.

Q3
Mecânica — Estática — Tensão em duas cordas com aberturas diferentes

Na figura abaixo, blocos idênticos estão suspensos por cordas idênticas em três situações distintas, (1), (2) e (3). Assinale a alternativa que apresenta as situações na ordem crescente de probabilidade de rompimento das cordas. (O sinal de igualdade abaixo indica situações com a mesma probabilidade de rompimento.)

Três blocos M iguais sustentados por duas cordas simétricas, fazendo 30 graus, 60 graus e 90 graus com a horizontal nas situações 1, 2 e 3.
A)(3), (2), (1).
B)(3), (2) = (1).
C)(1), (2), (3).
D)(1) = (2), (3).
E)(1) = (2) = (3).

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

A
Resolução comentada

Se cada corda faz ângulo θ com a horizontal, suas componentes verticais sustentam o mesmo peso.

$$2T\sin\theta=mg$$

$$T=\frac{mg}{2\sin\theta}$$

Os ângulos são 30°, 60° e 90°. Como o seno aumenta nessa ordem, a tensão diminui: o caso 3 solicita menos as cordas, seguido do caso 2 e do caso 1.

Alternativa correta: A.

Q4
Mecânica — Gravitação — Altitude, órbitas e gravidade superficial

Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações abaixo.

( ) Um objeto colocado em uma altitude de 3 raios terrestres acima da superfície da Terra sofrerá uma força gravitacional 9 vezes menor do que se estivesse sobre a superfície.

( ) O módulo da força gravitacional exercida sobre um objeto pode sempre ser calculado por meio do produto da massa desse objeto e do módulo da aceleração da gravidade do local onde ele se encontra.

( ) Objetos em órbitas terrestres não sofrem a ação da força gravitacional.

( ) Se a massa e o raio terrestre forem duplicados, o módulo da aceleração da gravidade na superfície terrestre reduz-se à metade. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é

A)V – V – F – F.
B)F – V – F – V.
C)F – F – V – F.
D)V – F – F – V.
E)V – V – V – F.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

B
Resolução comentada

Na primeira afirmação, a distância ao centro é R + 3R = 4R.

$$\frac{F_h}{F_0}=\left(\frac{R}{4R}\right)^2=\frac1{16}$$

Logo, a primeira é falsa. A segunda é verdadeira: a força gravitacional local é mg. A terceira é falsa: a gravidade mantém o corpo em órbita.

Para a quarta afirmação:

$$g\prime=\frac{G(2M)}{(2R)^2}$$

$$g\prime=\frac g2$$

A sequência é F, V, F, V.

Alternativa correta: B.

Q5
Mecânica — Quantidade de Movimento — Impulso e energia em uma colisão após aceleração

Um objeto de massa igual a 2 kg move-se em linha reta com velocidade constante de 4 m/s. A partir de um certo instante, uma força de módulo igual a 2 N é exercida por 6 s sobre o objeto, na mesma direção de seu movimento. Em seguida, o objeto colide frontalmente com um obstáculo e tem seu movimento invertido, afastando-se com velocidade de 3 m/s. O módulo do impulso exercido pelo obstáculo e a variação da energia cinética do objeto, durante a colisão, foram, respectivamente,

A)26 Ns e -91 J.
B)14 Ns e -91 J.
C)26 Ns e -7 J.
D)14 Ns e -7 J.
E)7 Ns e -7 J.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

A
Resolução comentada

Primeiro calculamos a velocidade imediatamente antes da colisão, tomando positivo o sentido inicial.

$$a=\frac22=1\,\mathrm{m/s^2}$$

$$v_i=4+1\cdot6=10\,\mathrm{m/s}$$

Após a colisão, a velocidade algébrica é −3 m/s.

$$J=2(-3-10)=-26\,\mathrm{N\,s}$$

$$\lvert J\rvert=26\,\mathrm{N\,s}$$

$$\Delta K=\frac{2(-3)^2}{2}-\frac{2(10)^2}{2}$$

$$\Delta K=-91\,\mathrm J$$

Alternativa correta: A.

Q6
Mecânica — Trabalho e Energia — Conversão de horsepower para watts

O termo horsepower, abreviado hp, foi inventado por James Watt (1783), durante seu trabalho no desenvolvimento das máquinas a vapor. Ele convencionou que um cavalo, em média, eleva 3,30 x 10⁴ libras de carvão (1 libra ~ 0,454 kg) à altura de um pé (≈ 0,305 m) a cada minuto, definindo a potência correspondente como 1 hp (figura abaixo). Posteriormente, James Watt teve seu nome associado à unidade de potência no Sistema Internacional de Unidades, no qual a potência é expressa em watts (W). Com base nessa associação, 1 hp corresponde aproximadamente a

Cavalo aciona uma polia e eleva uma carga; ilustração da definição de horsepower.
A)76,2 W.
B)369 W.
C)405 W.
D)466 W.
E)746 W.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

E
Resolução comentada

Convertendo as unidades para o SI:

$$m=3{,}30\times10^4\cdot0{,}454=14982\,\mathrm{kg}$$

$$h=0{,}305\,\mathrm m$$

$$\Delta t=60\,\mathrm s$$

O trabalho de elevação é o aumento da energia potencial.

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

$$P=\frac{14982\cdot9{,}80\cdot0{,}305}{60}$$

$$P\approx746\,\mathrm W$$

Alternativa correta: E.

Q7
Mecânica — Quantidade de Movimento — Explosão e trajetória do centro de massa

Uma bomba é arremessada, seguindo uma trajetória parabólica, conforme representado na figura abaixo. Na posição mais alta da trajetória, a bomba explode. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. A explosão da bomba é um evento que ........ a energia cinética do sistema. A trajetória do centro de massa do sistema constituído pelos fragmentos da bomba segue ......... .

Bomba sobe por uma trajetória parabólica e explode no ponto mais alto, espalhando fragmentos.
A)não conserva – verticalmente para o solo
B)não conserva – a trajetória do fragmento mais massivo da bomba
C)não conserva – a mesma parábola anterior à explosão
D)conserva – a mesma parábola anterior à explosão
E)conserva – verticalmente para o solo

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

C
Resolução comentada

A explosão transforma energia interna em energia cinética dos fragmentos, portanto a energia cinética não é conservada. As forças da explosão são internas e se cancelam no balanço do centro de massa.

$$M\vec a_{CM}=\sum\vec F_{ext}=M\vec g$$

Desprezando a resistência do ar, o centro de massa mantém a velocidade horizontal e a aceleração vertical gravitacional. Continua na mesma parábola que a bomba seguiria sem explodir.

Alternativa correta: C.

Q8
Mecânica — Trabalho e Energia — Trabalho mínimo para carregar uma caixa pela rampa

Um plano inclinado com 5 m de comprimento é usado como rampa para arrastar uma caixa de 120 kg para dentro de um caminhão, a uma altura de 1,5 m, como representa a figura abaixo. Considerando que a força de atrito cinético entre a caixa e a rampa seja de 564 N, o trabalho mínimo necessário para arrastar a caixa para dentro do caminhão é

Caixa no pé de uma rampa que leva à carroceria de um caminhão.
A)846 J.
B)1056 J.
C)1764 J.
D)2820 J.
E)4584 J.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

E
Resolução comentada

O trabalho mínimo da força que arrasta a caixa fornece o ganho de energia potencial e compensa a dissipação por atrito, sem aumento líquido da energia cinética.

$$\Delta U_g=120\cdot9{,}80\cdot1{,}5=1764\,\mathrm J$$

$$E_{diss}=564\cdot5=2820\,\mathrm J$$

$$W_{min}=1764+2820=4584\,\mathrm J$$

Alternativa correta: E.

Q9
Mecânica — Hidrostática — Pesos de blocos por suas frações submersas

Na figura abaixo, estão representados três blocos (A, B e C) de mesmas dimensões, que estão em equilíbrio mecânico na água. Os blocos A e B têm, respectivamente, ¾ e ¼ de seus volumes acima da superfície, enquanto o bloco C está totalmente submerso. Considerando que o bloco C tem peso P, os pesos de A e B são, respectivamente,

Blocos iguais em volume na água: A com um quarto submerso; B com três quartos submersos; C inteiramente submerso.
A)P/4, P/4.
B)P/4, 3P/4.
C)P/4, 4P/3.
D)3P/4, 3P/4.
E)P, P.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

B
Resolução comentada

Cada bloco está em equilíbrio: o empuxo iguala seu peso. Para C, todo o volume V desloca água.

$$P=\rho_{agua}gV$$

A tem apenas um quarto do volume submerso; B tem três quartos.

$$P_A=\rho_{agua}g\frac V4=\frac P4$$

$$P_B=\rho_{agua}g\frac{3V}4=\frac{3P}4$$

Alternativa correta: B.

Q10
Mecânica — Trabalho e Energia — Energia total de um pêndulo sem atrito

A figura abaixo representa o movimento de um pêndulo que oscila sem atrito entre os pontos x1 e x2. Qual dos seguintes gráficos melhor representa a energia mecânica total do pêndulo – ET – em função de sua posição horizontal?

Pêndulo entre duas posições extremas x1 e x2, com trajetória em arco.
A)Curva de energia côncava para baixo, nula nos extremos.
B)Curva de energia côncava para cima, mínima no centro.
C)Energia constante e positiva em todas as posições.
D)Energia em V com mínimo nulo no centro.
E)Energia em triângulo com máximo central.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

C
Resolução comentada

O peso é conservativo e a tração é perpendicular ao deslocamento, sem realizar trabalho. Sem atrito, a soma das energias cinética e potencial permanece constante.

$$E_T=K+U_g=\mathrm{constante}$$

O gráfico procurado é a reta horizontal: a energia total não varia com a posição horizontal, embora K e Ug variem.

Alternativa correta: C.

Q11
Óptica — Óptica Geométrica — Formação da imagem em uma câmara de orifício

Uma câmera fotográfica caseira pode ser construída a partir de uma caixa escura, com um minúsculo orifício (O, na figura) em um dos lados, e uma folha de papel fotográfico no lado interno oposto ao orifício. A imagem de um objeto é formada, segundo o diagrama abaixo. O fenômeno ilustrado ocorre porque

Raios dos extremos de um objeto cruzam o orifício O e atingem o papel na parede oposta da caixa, formando imagem invertida.
A)a luz apresenta ângulos de incidência e de reflexão iguais.
B)a direção da luz é variada quando passa através de uma pequena abertura.
C)a luz produz uma imagem virtual.
D)a luz viaja em linha reta.
E)a luz contorna obstáculos.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

D
Resolução comentada

Na aproximação da óptica geométrica, os raios seguem linhas retas em um meio homogêneo. A luz da parte superior do objeto passa pelo orifício e alcança a parte inferior do papel; a luz da parte inferior alcança a parte superior.

A imagem projetada sobre o papel é real e invertida. O esquema decorre da propagação retilínea, sem precisar de espelho ou lente.

Alternativa correta: D.

Q12
Ondulatória — Conceitos Básicos — Ondas mecânicas e luz de uma descarga elétrica

Assinale a alternativa correta sobre características de fenômenos ondulatórios.

A)Uma nota musical propagando-se no ar é uma onda estacionária.
B)O clarão proveniente de uma descarga elétrica é composto por ondas transversais.
C)A frequência de uma onda é dependente do meio no qual a onda se propaga.
D)Uma onda mecânica transporta energia e matéria.
E)A velocidade de uma onda mecânica não depende do meio no qual se propaga.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

B
Resolução comentada

O clarão é luz, uma onda eletromagnética transversal. A nota musical que se propaga no ar é uma onda sonora progressiva e longitudinal. Na passagem entre meios estacionários, a frequência é mantida pela fonte; velocidade e comprimento de onda podem mudar.

Ondas mecânicas transportam energia sem transporte líquido de matéria no modelo usual de propagação. Sua velocidade depende das propriedades do meio.

Alternativa correta: B.

Q13
Ondulatória — Efeito Doppler — Ambulância: resultado físico e inconsistência das opções

A frequência do som emitido pela sirene de certa ambulância é de 600 Hz. Um observador em repouso percebe essa frequência como sendo de 640 Hz. Considere que a velocidade da onda emitida é de 1200 km/h e que não há obstáculos entre o observador e a ambulância. Com base nos dados acima, assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. A ambulância ........ do observador com velocidade de ........ .

A)afasta-se — 75 km/h
B)afasta-se — 80 km/h
C)afasta-se — 121 km/h
D)aproxima-se — 80 km/h
E)aproxima-se — 121 km/h
Sem alternativa correta com os dados fornecidos

Os dados indicam aproximação a 75 km/h. Confira a ressalva na resolução. Esta questão não registra acerto ou erro.

Resolução comentada

A frequência recebida é maior que a emitida, portanto a fonte se aproxima. Para observador parado e fonte em aproximação:

$$f_o=f_s\frac{v}{v-u}$$

$$640=600\frac{1200}{1200-u}$$

$$1200-u=1125\,\mathrm{km/h}$$

$$u=75\,\mathrm{km/h}$$

Observação editorial: o PDF traz 75 km/h apenas com afastamento, e traz 80 km/h com aproximação. Assim, nenhuma opção combina exatamente o sentido e o valor calculados. A resolução local consultada adota 80 km/h como aproximação, mas o enunciado não informa esse arredondamento. A transcrição foi preservada; esta questão fica sem correção automática.

Conclusão: aproximação a 75 km/h; nenhuma alternativa é numericamente exata.

Q14
Termologia — Termodinâmica — Pressão e temperatura em uma compressão adiabática

Considere um processo adiabático no qual o volume ocupado por um gás ideal é reduzido a 1/5 do volume inicial. É correto afirmar que, nesse processo,

A)a energia interna do gás diminui.
B)a razão T/p (T=temperatura, p=pressão) torna-se 5 vezes o valor inicial.
C)a pressão e a temperatura do gás aumentam.
D)o trabalho realizado sobre o gás é igual ao calor trocado com o meio externo.
E)a densidade do gás permanece constante.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

C
Resolução comentada

Na transformação adiabática, o calor trocado é nulo.

$$Q=0$$

Na compressão, há trabalho positivo sobre o gás, elevando sua energia interna.

$$\Delta U=W_{sobre}>0$$

Para gás ideal, a energia interna cresce com a temperatura. Com T maior e V menor, a pressão também aumenta.

$$p=\frac{nRT}{V}$$

A razão T/p é proporcional ao volume e cai a um quinto; a densidade aumenta cinco vezes.

Alternativa correta: C.

Q15
Termologia — Calorimetria — Fusão e calor específico a partir da curva

O gráfico representa, em um processo isobárico, a variação em função do tempo da temperatura de uma amostra de um elemento puro cuja massa é de 1,0 kg, observada durante 9 minutos. A amostra está no estado sólido a 0 °C no instante t = 0 e é aquecida por uma fonte de calor que lhe transmite energia a uma taxa de 2,0 × 10³ J/min, supondo que não haja perda de calor. A partir dos dados do gráfico, pode-se afirmar que esse elemento apresenta uma temperatura de fusão e um calor específico no estado líquido que são, respectivamente,

Temperatura versus tempo: de 0 graus Celsius em 0 min a 40 graus em 3 min; patamar até 6 min; subida a 70 graus em 9 min.
A)70 °C e 180 J/(kg.K).
B)70 °C e 200 J/(kg.K).
C)40 °C e 150 J/(kg.K).
D)40 °C e 180 J/(kg.K).
E)40 °C e 200 J/(kg.K).

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

E
Resolução comentada

O patamar da curva corresponde à fusão a 40 °C. Depois da fusão, entre 6 e 9 min, a temperatura passa de 40 °C para 70 °C.

$$Q=2{,}0\times10^3\cdot(9-6)=6000\,\mathrm J$$

$$\Delta T=70-40=30\,\mathrm K$$

$$c=\frac{Q}{m\Delta T}$$

$$c=\frac{6000}{1{,}0\cdot30}=200\,\mathrm{J/(kg\,K)}$$

Alternativa correta: E.

Q16
Termologia — Termodinâmica — Variação de energia interna na fase sólida

O gráfico representa, em um processo isobárico, a variação em função do tempo da temperatura de uma amostra de um elemento puro cuja massa é de 1,0 kg, observada durante 9 minutos. A amostra está no estado sólido a 0 °C no instante t = 0 e é aquecida por uma fonte de calor que lhe transmite energia a uma taxa de 2,0 × 10³ J/min, supondo que não haja perda de calor. O processo que ocorre na fase sólida envolve um trabalho total de 0,1 kJ. Nessa fase, a variação da energia interna da amostra é

Temperatura versus tempo: aquecimento sólido de 0 a 40 graus Celsius entre 0 e 3 min, patamar de 3 a 6 min e aquecimento líquido de 40 a 70 graus entre 6 e 9 min.
A)6,1 kJ.
B)5,9 kJ.
C)6,0 kJ.
D)-5,9 kJ.
E)- 6,1 kJ.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

B
Resolução comentada

A fase sólida corresponde ao trecho de 0 a 3 min. O calor absorvido nesse intervalo é:

$$Q=2{,}0\times10^3\cdot3=6000\,\mathrm J$$

$$Q=6{,}0\,\mathrm{kJ}$$

Adotando o trabalho de 0,1 kJ realizado pela amostra durante o aquecimento isobárico:

$$\Delta U=Q-W$$

$$\Delta U=6{,}0-0{,}1=5{,}9\,\mathrm{kJ}$$

O sinal pressupõe o trabalho realizado pelo sistema, interpretação usada na resolução de referência. O texto da prova informa o módulo do trabalho sem explicitar essa convenção.

Alternativa correta: B.

Q17
Termologia — Calorimetria — Massa mínima de parafina em roupa termorreguladora

Materiais com mudança de fase são bastante utilizados na fabricação de tecidos para roupas termorreguladoras, ou seja, que regulam sua temperatura em função da temperatura da pele com a qual estão em contato. Entre as fibras do tecido, são incluídas microcápsulas contendo, por exemplo, parafina, cuja temperatura de fusão está próxima da temperatura de conforto da pele, 31 °C. Considere que um atleta, para manter sua temperatura interna constante enquanto se exercita, libere 1,5 x 10⁴ J de calor através da pele em contato com a roupa termorreguladora e que o calor de fusão da parafina é LF=2,0 x 10⁵ J/kg. Para manter a temperatura de conforto da pele, a massa de parafina encapsulada deve ser de, no mínimo,

A)500 g.
B)450 g.
C)80 g.
D)75 g.
E)13 g.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

D
Resolução comentada

Na fusão, a parafina absorve energia mantendo a temperatura de mudança de fase. Para absorver todo o calor indicado:

$$Q=mL_F$$

$$m=\frac{1{,}5\times10^4}{2{,}0\times10^5}$$

$$m=0{,}075\,\mathrm{kg}$$

$$m=75\,\mathrm g$$

Essa massa mínima pressupõe que todo o calor liberado seja absorvido na fusão da parafina.

Alternativa correta: D.

Q18
Eletricidade — Eletrostática — Repulsão entre balões e atração por um metal

Considere dois balões de borracha, A e B. O balão B tem excesso de cargas negativas; o balão A, ao ser aproximado do balão B, é repelido por ele. Por outro lado, quando certo objeto metálico isolado é aproximado do balão A, este é atraído pelo objeto. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. A respeito das cargas elétricas líquidas no balão A e no objeto, pode-se concluir que o balão A só pode ........ e que o objeto só pode ........ .

A)ter excesso de cargas negativas – ter excesso de cargas positivas
B)ter excesso de cargas negativas – ter excesso de cargas positivas ou estar eletricamente neutro
C)ter excesso de cargas negativas – estar eletricamente neutro
D)estar eletricamente neutro – ter excesso de cargas positivas ou estar eletricamente neutro
E)estar eletricamente neutro – ter excesso de cargas positivas

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

B
Resolução comentada

No modelo eletrostático usual da questão, a repulsão de A por B, negativo, identifica A como também negativo. Já a atração pelo metal admite duas possibilidades: metal positivo, por atração entre cargas opostas, ou metal neutro, por polarização.

No metal neutro, os elétrons se afastam da região próxima do balão negativo; a região positiva mais próxima produz atração resultante.

Alternativa correta: B.

Q19
Eletricidade — Eletrostática — Trabalho e intensidade do campo em equipotenciais

Na figura, estão representadas, no plano XY, linhas equipotenciais espaçadas entre si de 1 V. Considere as seguintes afirmações sobre essa situação.

I - O trabalho realizado pela força elétrica para mover uma carga elétrica de 1 C de D até A é de -1 J.

II - O módulo do campo elétrico em C é maior do que em B.

III - O módulo do campo elétrico em D é zero. Quais estão corretas?

Equipotenciais curvas de menos 3 a mais 2 volts, com diferença de 1 volt entre vizinhas. A e B estão na linha de 1 volt; D na de 0 volt. C está na região de linhas mais próximas, e B na região de linhas mais afastadas.
A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas I e II.
D)Apenas II e III.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

C
Resolução comentada

D está na equipotencial de 0 V e A na de 1 V. O trabalho da força elétrica é:

$$W_{D\to A}=q(V_D-V_A)$$

$$W_{D\to A}=1(0-1)=-1\,\mathrm J$$

A primeira afirmação é verdadeira. Com o mesmo intervalo de 1 V, as linhas estão mais próximas em C que em B, indicando campo mais intenso em C: a segunda também é verdadeira. Em D, potencial zero não significa gradiente de potencial nulo; a terceira é falsa.

Alternativa correta: C.

Q20
Eletricidade — Eletrodinâmica — Potenciais intermediários em resistores em série

Observe o segmento de circuito. No circuito, VA=-20 V e VB=10 V são os potenciais nas extremidades A e B; e R1=2 kΩ, R2=8 kΩ e R3=5 kΩ são os valores das resistências elétricas presentes. Nessa situação, os potenciais nos pontos a e b são, respectivamente,

Resistores em série na ordem A, R1, a, R2, b, R3, B.
A)-24 V e 0 V.
B)-16 V e 0 V.
C)- 4 V e 0 V.
D)4 V e 5 V.
E)24 V e 5 V.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

B
Resolução comentada

O potencial é maior em B, logo a corrente convencional segue de B para A.

$$R_{eq}=2+8+5=15\,\mathrm{k\Omega}$$

$$I=\frac{10-(-20)}{15\times10^3}=2\,\mathrm{mA}$$

Indo de A para B, contra a corrente, o potencial aumenta ao atravessar cada resistor.

$$V_a=-20+(2\times10^{-3})(2\times10^3)=-16\,\mathrm V$$

$$V_b=-16+(2\times10^{-3})(8\times10^3)=0\,\mathrm V$$

Alternativa correta: B.

Q21
Eletricidade — Eletrodinâmica — Abertura de um ramo de lâmpadas em paralelo

Considere o circuito formado por três lâmpadas idênticas ligadas em paralelo à bateria, conforme representa a figura (1). Como a chave C foi aberta na figura (2), considere as afirmações abaixo sobre a figura (2), em comparação à situação descrita na figura (1).

I - A potência fornecida pela bateria é a mesma.

II - A diferença de potencial aplicada a cada lâmpada acesa é a mesma.

III - As correntes elétricas que percorrem as lâmpadas acesas são menores. Quais estão corretas?

Dois circuitos com três lâmpadas em paralelo à bateria. No segundo, a chave do ramo inferior está aberta; os outros dois ramos continuam conectados.
A)Apenas II.
B)Apenas III.
C)Apenas I e II.
D)Apenas I e III.
E)I, II e III.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

A
Resolução comentada

Abrir C interrompe apenas o ramo inferior. No modelo de bateria ideal, as duas lâmpadas restantes continuam ligadas à mesma tensão da fonte.

$$I_{lamp}=\frac VR$$

$$P_{antes}=3\frac{V^2}{R}$$

$$P_{depois}=2\frac{V^2}{R}$$

A potência total diminui; a tensão e a corrente de cada lâmpada que continua acesa não mudam. Somente a afirmação II é verdadeira.

Alternativa correta: A.

Q22
Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Esquadria condutora aproximando-se de um fio

Um trabalhador carregando uma esquadria metálica de resistência elétrica R sobe, com velocidade de módulo constante, uma escada colocada abaixo de um fio conduzindo uma corrente elétrica intensa, i. A situação está esquematizada na figura abaixo. Assinale a alternativa correta sobre essa situação.

Fio horizontal com corrente para a direita acima de uma esquadria metálica carregada por trabalhador que sobe uma escada.
A)Como a esquadria tem, aos pares, lados paralelos, a força resultante exercida pelo fio acima é nula.
B)Visto que o fio não atravessa a esquadria, a lei de Ampère afirma que não existem correntes elétricas na esquadria.
C)À medida que sobe a escada, o trabalhador sente a esquadria “ficar mais leve”, resultado da força atrativa exercida pelo fio, como previsto pela lei de Biot- Savart.
D)À medida que sobe a escada, o trabalhador sente a espira “ficar mais pesada”, resultado da força de repulsão estabelecida entre a corrente elétrica no fio e a corrente elétrica induzida, conforme explicado pela lei de Faraday- Lenz.
E)Como o trabalhador sobe com velocidade de módulo constante, não há o aparecimento de corrente elétrica na esquadria.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

D
Resolução comentada

O campo magnético do fio aumenta quando a esquadria se aproxima dele.

$$B=\frac{\mu_0i}{2\pi r}$$

O fluxo variável induz corrente na esquadria.

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

Pela lei de Lenz, o efeito da corrente induzida se opõe à aproximação. As forças nos lados próximos e distantes não se cancelam, porque o campo é não uniforme. A força resultante é para baixo, exigindo maior sustentação: a esquadria parece mais pesada.

Alternativa correta: D.

Q23
Física Moderna — Física Nuclear — Conservação nos quatro decaimentos nucleares

Escolha a opção que associa as colunas da tabela abaixo, de modo a completar corretamente as lacunas pontilhadas nas reações nucleares indicadas na coluna da esquerda.

Reações nucleares e complementos possíveis
ReaçãoComplementos
I — $^{222}_{88}\mathrm{Ra}\to{}^{218}_{86}\mathrm{Rn}+\ldots$(a) $^{23}_{12}\mathrm{Mg}$; (b) $^{14}_7\mathrm N$
II — $^{143}_{61}\mathrm{Pm}\to{}^{143}_{61}\mathrm{Pm}+\ldots$(c) $2\beta^+$; (d) $\beta^-+\beta^+$
III — $^{14}_6\mathrm C\to\beta^-+\bar\nu+\ldots$(e) $^{12}_6\mathrm C$; (f) $\gamma$
IV — $\ldots\to{}^{23}_{11}\mathrm{Na}+\beta^++\nu$(g) $^{24}_{11}\mathrm{Na}$; (h) $^4_2\alpha$
A)(h) – (d) – (b) – (g)
B)(c) – (d) – (e) – (g)
C)(h) – (f) – (b) – (a)
D)(c) – (f) – (e) – (a)
E)(h) – (d) – (b) – (a)

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

C
Resolução comentada

Conservamos número de massa e carga em cada reação. Na primeira, a redução de 4 em A e de 2 em Z identifica emissão alfa, complemento (h).

$$^{222}_{88}\mathrm{Ra}\to{}^{218}_{86}\mathrm{Rn}+{}^4_2\alpha$$

Na segunda, A e Z não mudam: trata-se de emissão gama, complemento (f), com desexcitação do núcleo. Na terceira, emissão beta menos aumenta Z de 6 para 7, formando nitrogênio-14, complemento (b).

$$^{14}_6\mathrm C\to{}^{14}_7\mathrm N+\beta^-+\bar\nu$$

Na quarta, emissão beta mais reduz Z de 12 para 11 e conserva A = 23: o precursor é magnésio-23, complemento (a).

$$^{23}_{12}\mathrm{Mg}\to{}^{23}_{11}\mathrm{Na}+\beta^++\nu$$

A sequência de complementos é (h), (f), (b), (a).

Alternativa correta: C.

Q24
Física Moderna — Física Quântica — Fótons, frequência e evidências da dualidade

No texto abaixo, Richard Feynman, Prêmio Nobel de Física de 1965, ilustra os conhecimentos sobre a luz no início do século XX. “Naquela época, a luz era uma onda nas segundas, quartas e sextas-feiras, e um conjunto de partículas nas terças, quintas e sábados. Sobrava o domingo para refletir sobre a questão!” Fonte: QED-The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press, 1985. Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações abaixo.

( ) As “partículas” que Feynman menciona são os fótons.

( ) A grandeza característica da onda que permite calcular a energia dessas “partículas” é sua frequência ν, através da relação E=hν.

( ) Uma experiência que coloca em evidência o comportamento ondulatório da luz é o efeito fotoelétrico.

( ) O caráter corpuscular da luz é evidenciado por experiências de interferência e de difração. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é

A)F – V – F – F.
B)F – F – V – V.
C)V – V – F – V.
D)V – F – V – F.
E)V – V – F – F.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

E
Resolução comentada

As partículas de luz são fótons, portanto a primeira afirmação é verdadeira. A energia de um fóton é determinada pela frequência, tornando a segunda verdadeira.

$$E=h\nu$$

O efeito fotoelétrico evidencia a transferência quantizada de energia, associada ao aspecto corpuscular; a terceira é falsa. Interferência e difração evidenciam comportamento ondulatório, tornando a quarta falsa.

A sequência é V, V, F, F.

Alternativa correta: E.

Q25
Física Moderna — Relatividade — Distância de voo de múons no referencial terrestre

Os múons cósmicos são partículas de altas energias, criadas na alta atmosfera terrestre. A velocidade de alguns desses múons (v) é próxima da velocidade da luz (c), tal que $v^2=0{,}998c^2$, e seu tempo de vida em um referencial em repouso é aproximadamente $t_0=2\times10^{-6}\,\mathrm{s}$. Pelas leis da mecânica clássica, com esse tempo de vida tão curto, nenhum múon poderia chegar ao solo, no entanto eles são detectados na Terra. Pelos postulados da relatividade restrita, o tempo de vida do múon em um referencial terrestre (t) e o tempo $t_0$ são relacionados pelo fator relativístico $\gamma=1/\sqrt{1-v^2/c^2}$. Para um observador terrestre a distância que o múon pode percorrer antes de se desintegrar é, aproximadamente,

A)6,0 × 10² m.
B)6,0 × 10³ m.
C)13,5 × 10³ m.
D)17,5 × 10³ m.
E)27,0 × 10³ m.

Resposta pela análise física — UFRGS 2014

C
Resolução comentada

O tempo próprio é medido no referencial em repouso com o múon. No referencial terrestre, ele é dilatado.

$$\gamma=\frac1{\sqrt{1-0{,}998}}\approx22{,}36$$

$$t=\gamma t_0$$

$$t\approx22{,}36\cdot2\times10^{-6}=4{,}47\times10^{-5}\,\mathrm s$$

Como v é muito próximo de c, usamos v ≈ c para a estimativa.

$$d\approx ct$$

$$d\approx3{,}00\times10^8\cdot4{,}47\times10^{-5}$$

$$d\approx1{,}34\times10^4\,\mathrm m$$

O valor corresponde aproximadamente a 13,5 × 10³ m.

Alternativa correta: C.

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