Física (Q1–25) — prova transcrita, ilustrada e resolvida pelo Método TEF.
Dados da prova
Vestibular UFRGS 2016
Questões 1–25
25 questões de Física
Enunciados e alternativas transcritos do PDF local da UFRGS. Resoluções pela análise física; observações editoriais identificam limitações do enunciado.
Q1
Mecânica — Cinemática — Comparação de percursos de bicicleta
Pedro e Paulo diariamente usam bicicletas para ir ao colégio. O gráfico abaixo mostra como ambos percorreram as distâncias até o colégio, em função do tempo, em certo dia. Com base no gráfico, considere as seguintes afirmações. I - A velocidade média desenvolvida por Pedro foi maior do que a desenvolvida por Paulo. II - A máxima velocidade foi desenvolvida por Paulo. III - Ambos estiveram parados pelo mesmo intervalo de tempo, durante seus percursos. 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 2016
A
Resolução comentada
Pedro chega em 500 s e Paulo em 600 s; as posições iniciais também devem ser consideradas. Pedro tem maior velocidade média e maior inclinação máxima no gráfico. As pausas duram cerca de 150 s e 100 s, respectivamente. Apenas I é verdadeira.
Alternativa correta: A.
Q2
Mecânica — Dinâmica — Peso e normal no plano inclinado
Um bloco de massa m está sobre um plano inclinado sem atrito que faz um ângulo α com a horizontal. Considere g o módulo da aceleração da gravidade. Nessa situação, os módulos da força peso do bloco e da força normal sobre o bloco valem, respectivamente,
A)mg e mg.
B)mg e mg.senα.
C)mg e mg.cosα.
D)mg.senα e mg.
E)mg.cosα e mg.senα.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
C
Resolução comentada
O peso tem módulo mg. Como não há aceleração perpendicular ao plano, a normal equilibra apenas a componente perpendicular do peso.
$$N=mg\cos\alpha$$
Alternativa correta: C.
Q3
Mecânica — Dinâmica — Resultante no plano inclinado sem atrito
Um bloco de massa m está sobre um plano inclinado sem atrito que faz um ângulo α com a horizontal. Considere g o módulo da aceleração da gravidade. O módulo da força resultante sobre o bloco é igual a
A)mg.cosα.
B)mg.senα.
C)mg.tanα.
D)mg.
E)zero.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
B
Resolução comentada
A componente perpendicular é anulada pela normal. Resta a componente paralela ao plano.
$$F_R=mg\sin\alpha$$
Alternativa correta: B.
Q4
Mecânica — Movimento Circular — Vetores no movimento circular uniforme
A figura abaixo representa um móvel m que descreve um movimento circular uniforme de raio R, no sentido horário, com velocidade de módulo V. Assinale a alternativa que melhor representa, respectivamente, os vetores velocidade V e aceleração a do móvel quando passa pelo ponto I, assinalado na figura.
A)
B)
C)
D)
E)
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
C
Resolução comentada
No topo da circunferência, o movimento horário tem velocidade tangente para a direita. A aceleração aponta radialmente para o centro, para baixo.
Alternativa correta: C.
Q5
Mecânica — Gravitação — Campo na superfície de um exoplaneta
Em 23 de julho de 2015, a NASA, agência espacial americana, divulgou informações sobre a existência de um exoplaneta (planeta que orbita uma estrela que não seja o Sol) com características semelhantes às da Terra. O planeta foi denominado Kepler 452-b. Sua massa foi estimada em cerca de 5 vezes a massa da Terra e seu raio em torno de 1,6 vezes o raio da Terra. Considerando g o módulo do campo gravitacional na superfície da Terra, o módulo do campo gravitacional na superfície do planeta Kepler 452-b deve ser aproximadamente igual a
A)g/2.
B)g.
C)2g.
D)3g.
E)5g.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
C
Resolução comentada
Comparamos massa e raio na expressão do campo superficial.
$$g_p/g=5/(1{,}6)^2\approx1{,}95$$
O campo é aproximadamente 2g.
Alternativa correta: C.
Q6
Mecânica — Trabalho e Energia — Energia transferida para uma barra
Uma partícula de massa m e velocidade horizontal vᵢ colide elasticamente com uma barra vertical de massa M, que pode girar livremente no plano da página em torno de seu ponto de suspensão. Após a colisão, o centro de massa da barra sobe uma altura h e a partícula retorna com velocidade v𝒻 de módulo vᵢ/2. Considerando g o módulo da aceleração da gravidade, a altura h atingida pela barra é igual a
A)$\frac{3mv_i^2}{2Mg}$
B)$\frac{3mv_i^2}{4Mg}$
C)$\frac{5mv_i^2}{8Mg}$
D)$\frac{3mv_i^2}{8Mg}$
E)$\frac{mv_i^2}{4Mg}$
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
D
Resolução comentada
A partícula sai no sentido oposto com módulo vᵢ/2. Sua perda de energia cinética é transferida à barra no modelo do enunciado.
Mecânica — Quantidade de Movimento — Impulso na colisão com a barra
Uma partícula de massa m e velocidade horizontal vᵢ colide elasticamente com uma barra vertical de massa M, que pode girar livremente no plano da página em torno de seu ponto de suspensão. Após a colisão, o centro de massa da barra sobe uma altura h e a partícula retorna com velocidade v𝒻 de módulo vᵢ/2. O módulo do impulso recebido pela partícula é
A)1,5 m2vi/M.
B)0,5 mvi 2.
C)1,5 mvi 2.
D)0,5 mvi.
E)1,5 mvi.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
E
Resolução comentada
Tomando o sentido inicial como positivo, a velocidade final da partícula é −vᵢ/2.
$$J=m(-v_i/2-v_i)=-\frac32mv_i$$
$$\lvert J\rvert=1{,}5mv_i$$
Alternativa correta: E.
Q8
Mecânica — Trabalho e Energia — Trabalho da resultante em uma curva
Considere, na figura abaixo, a representação de um automóvel, com velocidade de módulo constante, fazendo uma curva circular em uma pista horizontal. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. A força resultante sobre o automóvel é ........ e, portanto, o trabalho por ela realizado é ........ .
A)nula – nulo
B)perpendicular ao vetor velocidade – nulo
C)paralela ao vetor velocidade – nulo
D)perpendicular ao vetor velocidade – positivo
E)paralela ao vetor velocidade – positivo
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
B
Resolução comentada
A força resultante é centrípeta, perpendicular à velocidade. Assim, não altera a energia cinética e seu trabalho é nulo.
Alternativa correta: B.
Q9
Mecânica — Trabalho e Energia — Energias no ápice do lançamento oblíquo
Na figura abaixo, está representada a trajetória de um projétil lançado no campo gravitacional terrestre, com inclinação φ em relação ao solo. A velocidade de lançamento é v0 = v0x + v0y, onde v0x e v0y são, respectivamente, as componentes horizontal e vertical da velocidade v0. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Considerando a energia potencial gravitacional igual a zero no solo e desprezando a resistência do ar, as energias cinética e potencial do projétil, no ponto mais alto da trajetória, valem, respectivamente, ........ e ........ .
A)zero – mv0 2/2
B)zero – mv0x 2/2
C)mv0 2/2 – mv0y 2/2
D)mv0x 2/2 – mv0y 2/2
E)mv0y 2/2 – mv0x 2/2
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
D
Resolução comentada
No ápice, a componente vertical da velocidade é zero, mas a horizontal permanece.
$$K_{topo}=mv_{0x}^2/2$$
A energia associada à componente vertical inicial torna-se energia potencial.
$$U_{topo}=mv_{0y}^2/2$$
Alternativa correta: D.
Q10
Mecânica — Hidrostática — Empuxo de um corpo flutuante
Um objeto sólido é colocado em um recipiente que contém um líquido. O objeto fica parcialmente submerso, em repouso. A seguir, são feitas três afirmações sobre o módulo da força de empuxo sobre o objeto. I - É proporcional à densidade do líquido. II - É proporcional ao volume total do objeto. III - É proporcional à densidade do objeto. 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 2016
D
Resolução comentada
O empuxo é dado pelo peso do líquido deslocado e, no equilíbrio, pelo peso do objeto.
$$E=\rho_l g V_{sub}$$
$$E=\rho_o g V_{total}$$
A prova considera I e III corretas. II, interpretada como o volume total no cálculo direto do líquido deslocado, é falsa: deve-se usar o volume submerso. Nota: as proporcionalidades pressupõem indicar quais grandezas ficam fixas; o volume submerso se ajusta quando a densidade do líquido muda.
Alternativa correta: D.
Q11
Termologia — Calorimetria — Massas necessárias para resfriamento
Considere dois motores, um refrigerado com água e outro com ar. No processo de resfriamento desses motores, os calores trocados com as respectivas substâncias refrigeradoras, Qag e Qar, são iguais. Considere ainda que os dois motores sofrem a mesma variação de temperatura no processo de resfriamento, e que o quociente entre os calores específicos da água, cag, e do ar, car, são tais que cag/car = 4. Qual é o valor do quociente mar/mag entre as massas de ar, mar, e de água, mag, utilizadas no processo?
A)¼.
B)½.
C)1.
D)2.
E)4.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
E
Resolução comentada
Os calores e as variações de temperatura são iguais.
$$m_{ag}c_{ag}\Delta T=m_{ar}c_{ar}\Delta T$$
$$m_{ar}/m_{ag}=c_{ag}/c_{ar}=4$$
Alternativa correta: E.
Q12
Termologia — Gases — Colisões no gás ideal
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Segundo a Teoria Cinética dos Gases, um gás ideal é constituído de um número enorme de moléculas cujas dimensões são desprezíveis, comparadas às distâncias médias entre elas. As moléculas movem-se continuamente em todas as direções e só há interação quando elas colidem entre si. Nesse modelo de gás ideal, as colisões entre as moléculas são ........, e a energia cinética total das moléculas ........ .
A)elásticas – aumenta
B)elásticas – permanece constante
C)elásticas – diminui
D)inelásticas – aumenta
E)inelásticas – diminui
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
B
Resolução comentada
As colisões do modelo ideal são elásticas: conservam a energia cinética total das moléculas envolvidas. Não há dissipação nas interações.
Alternativa correta: B.
Q13
Termologia — Gases — Transformações em gráficos de temperatura
Nos gráficos I e II abaixo, p representa a pressão a que certa massa de gás ideal está sujeita, T a sua temperatura e V o volume por ela ocupado. Escolha a alternativa que identifica de forma correta as transformações sofridas por esse gás, representadas, respectivamente, em I e II.
A)Isobárica e isocórica.
B)Isotérmica e isocórica.
C)Isotérmica e isobárica.
D)Isocórica e isobárica.
E)Isocórica e isotérmica.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
D
Resolução comentada
Em I, a pressão cresce proporcionalmente à temperatura absoluta, mantendo o volume: transformação isocórica. Em II, o volume cresce proporcionalmente à temperatura, mantendo a pressão: transformação isobárica.
Alternativa correta: D.
Q14
Termologia — Termodinâmica — Calor absorvido por máquina de Carnot
Uma máquina térmica, representada na figura abaixo, opera na sua máxima eficiência, extraindo calor de um reservatório em temperatura Tq = 527 °C, e liberando calor para um reservatório em temperatura Tf = 327 °C. Para realizar um trabalho (W) de 600 J, o calor absorvido deve ser de
A)2400 J.
B)1800 J.
C)1581 J.
D)967 J.
E)800 J.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
A
Resolução comentada
As temperaturas absolutas são 800 K e 600 K.
$$\eta=1-600/800=0{,}25$$
$$Q_q=W/\eta=600/0{,}25=2400\,\mathrm J$$
Alternativa correta: A.
Q15
Eletricidade — Eletrostática — Potencial no interior de esfera condutora
Uma esfera condutora e isolada, de raio R, foi carregada com uma carga elétrica Q. Considerando o regime estacionário, assinale o gráfico abaixo que melhor representa o valor do potencial elétrico dentro da esfera, como função da distância r < R até o centro da esfera.
A)
B)
C)
D)
E)
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
A
Resolução comentada
Em equilíbrio eletrostático, o campo interno do condutor é nulo. O potencial é constante e igual ao da superfície.
$$V(r)=kQ/R\quad(r<R)$$
Alternativa correta: A.
Q16
Eletricidade — Eletrodinâmica — Lâmpada não ôhmica
O gráfico abaixo apresenta a curva corrente elétrica i versus diferença de potencial V para uma lâmpada de filamento. Sobre essa lâmpada, considere as seguintes afirmações. I - O filamento da lâmpada é ôhmico. II - A resistência elétrica do filamento, quando ligado em 6 V, é 6 Ω. III - A potência dissipada pelo filamento, quando ligado em 8 V, é 0,15 W. 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 2016
B
Resolução comentada
A curva não é uma reta, então o filamento não é ôhmico. Em 6 V, a corrente é 1 A.
$$R=6/1=6\,\Omega$$
Em 8 V, a corrente é 1,2 A.
$$P=8\cdot1{,}2=9{,}6\,\mathrm W$$
Somente II é correta.
Alternativa correta: B.
Q17
Eletromagnetismo — Campo Magnético — Fio, ímã e leitura de uma balança
No esquema da figura abaixo, o fio F, horizontalmente suspenso e fixo nos pontos de suporte P, passa entre os polos de um ímã, em que o campo magnético é suposto horizontal e uniforme. O ímã, por sua vez, repousa sobre uma balança B, que registra seu peso. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Em dado instante, a chave C é fechada, e uma corrente elétrica circula pelo fio. O fio sofre uma força vertical, ........, e o registro na balança ........ .
A)para baixo – não se altera.
B)para baixo – aumenta.
C)para baixo – diminui.
D)para cima – aumenta.
E)para cima – diminui.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
D
Resolução comentada
O sentido convencional da corrente e o campo de N para S determinam força para cima no fio. Pela reação, o ímã recebe força para baixo e a leitura da balança aumenta.
Alternativa correta: D.
Q18
Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Anel que se aproxima de fio percorrido por corrente
Observe a figura abaixo que representa um anel condutor que cai verticalmente na direção de um fio fixo que conduz uma corrente elétrica i. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Considerando que o plano do anel e o fio são coplanares, conforme representa a figura, a corrente elétrica induzida no anel terá sentido ........ e a força magnética resultante sobre ela ........ .
A)horário – aponta para o topo da página
B)horário – aponta para o pé da página
C)anti-horário – aponta para o topo da página
D)anti-horário – aponta para o pé da página
E)anti-horário – será nula
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
C
Resolução comentada
A corrente no fio vai para a esquerda e produz campo entrando na página na posição do anel. Durante a queda, esse fluxo aumenta. A corrente induzida é anti-horária, criando campo para fora. A força magnética resultante aponta para cima e se opõe à queda.
Alternativa correta: C.
Q19
Óptica — Espelhos — Imagem em espelho côncavo
Observe a figura abaixo. Na figura, E representa um espelho esférico côncavo com distância focal de 20 cm, e O, um objeto extenso colocado a 60 cm do vértice do espelho. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. A imagem do objeto formada pelo espelho é ........, ........ e situa-se a ........ do vértice do espelho.
A)real – direita – 15 cm
B)real – invertida – 30 cm
C)virtual – direita – 15 cm
D)virtual – invertida – 30 cm
E)virtual – direita – 40 cm
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
B
Resolução comentada
Usamos a equação do espelho.
$$1/20=1/60+1/q$$
$$q=30\,\mathrm{cm}$$
$$A=-q/p=-1/2$$
A imagem é real e invertida, a 30 cm do vértice.
Alternativa correta: B.
Q20
Óptica — Dispersão — Cores separadas por um prisma
Um feixe de luz branca incide em uma face de um prisma de vidro imerso no ar. Após atravessar o prisma, o feixe emergente apresenta raios de diferentes cores. Na figura estão representados três raios, correspondentes a azul, verde e vermelho. A partir dessa configuração, os raios 1, 2 e 3 correspondem, respectivamente, às cores
A)vermelha, verde e azul.
B)vermelha, azul e verde.
C)verde, vermelha e azul.
D)azul, verde e vermelha.
E)azul, vermelha e verde.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
A
Resolução comentada
Na dispersão normal do vidro, o azul sofre maior desvio e o vermelho menor. Os raios 1, 2 e 3 correspondem a vermelho, verde e azul.
Alternativa correta: A.
Q21
Óptica — Refração — Fenômeno responsável pela dispersão
Um feixe de luz branca incide em uma face de um prisma de vidro imerso no ar. Após atravessar o prisma, o feixe emergente apresenta raios de diferentes cores. Na figura estão representados três raios, correspondentes a azul, verde e vermelho. O fenômeno físico responsável pela dispersão da luz branca, ao atravessar o prisma, é chamado
A)difração.
B)interferência.
C)polarização.
D)reflexão.
E)refração.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
E
Resolução comentada
A refração muda a direção da luz nas interfaces. Como o índice depende da frequência, cada cor sofre um desvio diferente, separando a luz branca.
Alternativa correta: E.
Q22
Ondulatória — Ondas Estacionárias — Frequência em uma corda
A figura abaixo representa uma onda estacionária produzida em uma corda de comprimento L = 50 cm. Sabendo que o módulo da velocidade de propagação de ondas nessa corda é 40 m/s, a frequência da onda é de
A)40 Hz.
B)60 Hz.
C)80 Hz.
D)10⁰ Hz.
E)120 Hz.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
E
Resolução comentada
O desenho contém três meios comprimentos de onda no comprimento de 0,50 m.
$$L=3\lambda/2$$
$$\lambda=1/3\,\mathrm m$$
$$f=v/\lambda=40/(1/3)=120\,\mathrm{Hz}$$
Alternativa correta: E.
Q23
Física Moderna — Radioatividade — Decaimento e emissão gama
Considere as afirmações sobre radioatividade nuclear. I - Todos os núcleos atômicos são radioativos. II - Todos os núcleos radioativos em uma dada amostra, depois de duas meias- vidas, já se desintegraram. III - No decaimento ɣ, um núcleo em um estado excitado decai para um estado de menor energia pela emissão de um fóton. Quais estão corretas?
A)Apenas I.
B)Apenas II.
C)Apenas III.
D)Apenas I e II.
E)I, II e III.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
C
Resolução comentada
Existem núcleos estáveis, portanto I é falsa. Depois de duas meias-vidas, resta um quarto da amostra, portanto II é falsa. Na emissão gama, um núcleo excitado perde energia emitindo um fóton: III é verdadeira.
Alternativa correta: C.
Q24
Física Moderna — Átomo — Raios e energias no modelo de Bohr
Segundo o modelo atômico de Bohr, no qual foi incorporada a ideia de quantização, o raio da órbita e a energia correspondentes ao estado fundamental do átomo de hidrogênio são, respectivamente, R1 = 0,53x10-10 m e E1 = -13,6 eV. Para outras órbitas do átomo de hidrogênio, os raios Rn e as energias En, em que n = 2, 3, 4, ..., são tais que
A)Rn = n2R1 e En = E1/n2.
B)Rn = n2R1 e En = n2E1.
C)Rn = n2R1 e En = E1/n.
D)Rn = nR1 e En = nE1.
E)Rn = nR1 e En = E1/n2.
Resposta pela análise física — UFRGS 2016
A
Resolução comentada
No hidrogênio, o raio cresce com n² e a energia negativa se aproxima de zero segundo 1/n².
$$R_n=n^2R_1$$
$$E_n=E_1/n^2$$
Alternativa correta: A.
Q25
Física Moderna — Corpo Negro — Temperaturas de estrelas pelo espectro
Objetos a diferentes temperaturas emitem espectros de radiação eletromagnética que possuem picos em diferentes comprimentos de onda. A figura abaixo apresenta as curvas de intensidade de emissão por comprimento de onda (normalizadas para ficarem na mesma escala) para três estrelas conhecidas: Spica, da constelação de Virgem, nosso Sol, e Antares, da constelação do Escorpião. Tendo em vista que a constante da lei dos deslocamentos de Wien é aproximadamente 2,90 x 10⁻³ m.K, e levando em conta a lei de Stefan-Boltzmann, que relaciona a intensidade total da emissão com a temperatura, considere as seguintes afirmações sobre as estrelas mencionadas. I - Spica é a mais brilhante das três. II - A temperatura do Sol é de aproximadamente 5800 K. III - Antares é a mais fria das três. 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 2016
E
Resolução comentada
Pela lei de Wien, menor comprimento de onda de pico indica maior temperatura. Spica é a mais quente; Antares, a mais fria.
Pela lei de Stefan-Boltzmann, Spica emite maior potência por unidade de área. Nesse sentido de emissão superficial usado pela prova, I, II e III são corretas. O gráfico normalizado não determina sozinho brilho aparente ou luminosidade total, que dependem também de distância e raio.