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UFRGS · 2024

2º dia · Física (Q16–30) — prova transcrita, ilustrada e resolvida pelo Método TEF.

Q16
Cinemática — Gráficos

Um móvel percorre uma trajetória retilínea sobre uma superfície horizontal, durante 1 minuto. O móvel parte do repouso e é submetido à aceleração, cuja componente $a$, na direção do movimento, varia com o tempo $t$, conforme mostra a figura abaixo.

Qual dos gráficos abaixo melhor representa a componente $v$, da velocidade do móvel, na mesma direção, no intervalo de tempo de 0 a 60 s?

Gráfico da aceleração em função do tempo da questão 16 da UFRGS 2024
Alternativa A da questão 16
Alternativa B da questão 16
Alternativa C da questão 16
Alternativa D da questão 16
Alternativa E da questão 16

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(C)
Resolução comentada

De 0 a 20 s, $a=1{,}5\text{ m/s}^2$, portanto a velocidade cresce linearmente de 0 a $30\text{ m/s}$. De 20 a 60 s, $a=-0{,}5\text{ m/s}^2$, de modo que a velocidade diminui linearmente em $20\text{ m/s}$ e chega a $10\text{ m/s}$ em 60 s.

Alternativa correta: (C)

Q17
Dinâmica — Máquina de Atwood

Na figura abaixo, estão representados dois corpos de massas $M$ e $m$, com $M\mathrel{>}m$, unidos por um fio inextensível e de massa desprezível que passa por uma polia, também de massa desprezível e sem atrito.

Sistema de dois corpos M e m ligados por fio e polia

Sendo $g$ o módulo da aceleração da gravidade local, o módulo da aceleração de qualquer um dos dois corpos é dado por

(A)$\dfrac{(M-m)g}{M+m}$.
(B)$\dfrac{(M-m)g}{m}$.
(C)$\dfrac{Mg}{m}$.
(D)$\dfrac{mg}{M+m}$.
(E)$\dfrac{Mg}{M+m}$.

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(A)
Resolução comentada

Aplicando a segunda lei de Newton ao sistema, a força externa resultante na direção do movimento é $(M-m)g$ e a massa total acelerada é $M+m$. Assim, $a=(M-m)g/(M+m)$.

Alternativa correta: (A)

Q18
Oscilações — Sistema Massa-Mola

Um corpo com massa $M=1\text{ kg}$, inicialmente em repouso sobre uma superfície horizontal sem atrito, está preso a uma mola de massa desprezível e de constante elástica $k=16\text{ N/m}$, conforme representado na figura abaixo.

Bloco de massa M preso a uma mola de constante elástica k

O corpo recebe um impulso para a direita de módulo $I=2\text{ Ns}$ e passa a descrever um movimento oscilatório.

A amplitude de oscilação, em m, é

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

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(C)
Resolução comentada

O impulso fornece momento $I=Mv$, logo $v=2\text{ m/s}$. Conservando a energia mecânica entre a posição de equilíbrio e a amplitude, $\frac12Mv^2=\frac12kA^2$. Portanto, $A=v\sqrt{M/k}=2\sqrt{1/16}=1/2\text{ m}$.

Alternativa correta: (C)

Q19
Hidrostática — Empuxo

O peso de uma pedra no ar, medido com um dinamômetro, é 50 N. Quando a pedra está totalmente mergulhada em água, o dinamômetro indica 30 N.

Considerando o módulo da aceleração da gravidade igual a $10\text{ m/s}^2$ e a massa específica da água igual a $10^3\text{ kg/m}^3$, o volume e a massa específica da pedra valem, respectivamente,

(A)$5\text{ dm}^3$ e $1{,}0\times10^3\text{ kg/m}^3$.
(B)$3\text{ dm}^3$ e $1{,}5\times10^3\text{ kg/m}^3$.
(C)$3\text{ dm}^3$ e $2{,}0\times10^3\text{ kg/m}^3$.
(D)$2\text{ dm}^3$ e $2{,}0\times10^3\text{ kg/m}^3$.
(E)$2\text{ dm}^3$ e $2{,}5\times10^3\text{ kg/m}^3$.

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(E)
Resolução comentada

O empuxo é a diferença entre o peso real e o aparente: $E=50-30=20\text{ N}$. Como $E=\rho_{água}gV$, resulta $V=20/(10^3\cdot10)=2\times10^{-3}\text{ m}^3=2\text{ dm}^3$. A massa da pedra é $m=50/10=5\text{ kg}$, então $\rho=5/(2\times10^{-3})=2{,}5\times10^3\text{ kg/m}^3$.

Alternativa correta: (E)

Q20
Calorimetria — Capacidade Calorífica

A figura abaixo apresenta as quantidades de calor $Q$, em joules (J), absorvidas por dois corpos, X e Y, de mesma massa, em função da temperatura $T$, medida na escala absoluta (K).

Gráfico da quantidade de calor em função da temperatura para X e Y

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Os valores das capacidades caloríficas $C_X$ e $C_Y$ dos corpos X e Y em J/K valem, respectivamente, ........ e ........ .

A razão entre os respectivos calores específicos $c_X$ e $c_Y$, é $c_X/c_Y=$ ........ .

(A)42 – 14 – 3
(B)42 – 21 – 2
(C)21 – 42 – 1/2
(D)21 – 42 – 2
(E)14 – 42 – 3

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(B)
Resolução comentada

A capacidade calorífica é o coeficiente angular do gráfico $Q\times T$. Para X, $C_X=2520/(333-273)=42\text{ J/K}$. Para Y, $C_Y=1680/(353-273)=21\text{ J/K}$. Como as massas são iguais, $c_X/c_Y=C_X/C_Y=2$.

Alternativa correta: (B)

Q21
Termodinâmica — Ciclo no Diagrama P×V

A pressão de um litro (1l) de um gás ideal contido em um recipiente é 3 atm, e sua temperatura é de 300 K.

A figura abaixo mostra que o gás, partindo do estado inicial p, de temperatura igual a 300 K, é submetido a um ciclo de transformações reversíveis, nos sentidos indicados pelas setas, e retorna ao estado inicial.

Diagrama pressão por volume do ciclo p-q-r-s

Considere 1l x 1 atm = 101,3 J.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

O trabalho líquido realizado pelo gás no ciclo completo vale ........ , e a temperatura do gás no estado r é ........ .

(A)303,9 J – 600 K
(B)202,6 J – 200 K
(C)101,3 J – 200 K
(D)101,3 J – 400 K
(E)-202,6 J – 400 K

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(D)
Resolução comentada

O trabalho líquido é a área interna do ciclo: $(3-2)\text{ atm}\cdot(2-1)\text{ l}=1\text{ l·atm}=101{,}3\text{ J}$. Para uma quantidade fixa de gás ideal, $PV/T$ é constante. Entre p e r, $P_pV_p=3\cdot1$ e $P_rV_r=2\cdot2$, logo $T_r=300\cdot4/3=400\text{ K}$.

Alternativa correta: (D)

Q22
Termologia — Propriedades Térmicas

Considere as afirmações abaixo, sobre propriedades térmicas e processos térmicos.

  1. A energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura e do número de partículas do gás.
  2. Todos os materiais expandem-se quando aquecidos.
  3. Um aumento de pressão acarreta um aumento na temperatura de ebulição, no processo de vaporização de uma substância.

Quais estão corretas?

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

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(C)
Resolução comentada

I é verdadeira para o gás ideal. II é falsa: existem materiais e intervalos de temperatura com comportamento anômalo de dilatação. III é verdadeira: o aumento da pressão externa eleva a temperatura de ebulição.

Alternativa correta: (C)

Q23
Ondulatória — Pulso em Corda

A figura abaixo representa, em dado instante, um pulso que se desloca para a direita em uma corda.

Entre os pares de setas nas alternativas abaixo, qual deles melhor representa a direção e o sentido dos movimentos dos pontos 1 e 2, respectivamente, nesse instante?

Pulso em corda deslocando-se para a direita, com os pontos 1 e 2
Alternativa A da questão 23
Alternativa B da questão 23
Alternativa C da questão 23
Alternativa D da questão 23
Alternativa E da questão 23

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(B)
Resolução comentada

Para um pulso que se desloca para a direita, a velocidade transversal de cada ponto tem sinal oposto ao da inclinação local da corda. No ponto 1 a inclinação é positiva, portanto o ponto move-se para baixo; no ponto 2 a inclinação é negativa, portanto move-se para cima.

Alternativa correta: (B)

Q24
Óptica — Refração e Reflexão

A figura abaixo mostra um raio i de luz monocromática que, propagando-se no ar, incide radialmente na superfície circular de um semicilindro de vidro transparente.

Ao penetrar no semicilindro, a luz é parcialmente refletida na superfície plana interna, raio r, e parcialmente refratada para o ar.

O raio r refletido, ao atingir a superfície circular, também emerge para o ar.

Raio de luz incidindo em semicilindro transparente

Entre os raios representados na figura acima, quais deles melhor representam, respectivamente, os raios refratados na superfície plana e na superfície circular?

(A)1 – 4.
(B)2 – 5.
(C)2 – 4.
(D)3 – 5.
(E)3 – 6.

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(D)
Resolução comentada

Na superfície plana, a luz passa do vidro para o ar e se afasta da normal; o raio compatível é o 3. O raio refletido r parte do centro geométrico do semicilindro e atinge a superfície circular radialmente, incidindo normalmente; portanto emerge sem desvio na direção 5.

Alternativa correta: (D)

Q25
Ondulatória — Efeito Doppler

A figura abaixo representa um carro movendo-se com velocidade constante e com a buzina tocando. Três observadores, O1, O2 e O3, parados nas calçadas, experenciam o efeito Doppler na frequência do som da buzina.

Carro em movimento e observadores O1, O2 e O3

Sendo $f_1$, $f_2$ e $f_3$ as frequências percebidas pelos observadores O1, O2 e O3, respectivamente, assinale a alternativa que ordena corretamente as frequências, começando pela menor.

(A)$f_3\mathrel{<}f_2\mathrel{<}f_1$.
(B)$f_1\mathrel{<}f_2\mathrel{<}f_3$.
(C)$f_2\mathrel{<}f_3\mathrel{<}f_1$.
(D)$f_3\mathrel{<}f_1\mathrel{<}f_2$.
(E)$f_2\mathrel{<}f_1\mathrel{<}f_3$.

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(A)
Resolução comentada

O carro move-se para a esquerda. O observador O1 está à frente da fonte e percebe frequência maior; O3 está atrás e percebe frequência menor. O2 ocupa uma posição lateral, ficando entre esses dois casos. Assim, $f_3<f_2<f_1$.

Alternativa correta: (A)

Q26
Eletrostática — Campo Elétrico

Duas cargas elétricas puntiformes e iguais, mas de sinais contrários, estão colocadas fixas e separadas, conforme representa a figura.

Duas cargas elétricas puntiformes iguais em módulo e de sinais contrários

Desconsiderando posições no infinito, é possível encontrar uma posição onde uma terceira carga, de prova, seja colocada e sobre a qual a força resultante seja nula?

(A)Sim, à direita da carga negativa.
(B)Sim, entre as cargas, mas próxima da carga negativa.
(C)Sim, no ponto médio entre as cargas.
(D)Sim, à esquerda da carga positiva.
(E)Não, inexiste tal posição.

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(E)
Resolução comentada

Para duas cargas de mesmo módulo e sinais opostos, entre elas os campos têm o mesmo sentido e não se anulam. Fora do segmento, os campos têm sentidos opostos, mas a igualdade de módulos exigiria distâncias iguais às duas cargas, o que não ocorre em nenhum ponto finito do eixo. Portanto, não existe posição finita de campo nulo.

Alternativa correta: (E)

Q27
Eletromagnetismo — Lei de Faraday

O gráfico abaixo mostra a variação temporal do fluxo magnético $\phi$ que atravessa uma espira metálica.

Assinale a alternativa que melhor representa a força eletromotriz induzida $\varepsilon$ na espira, decorrente da variação do fluxo magnético no seu interior.

Gráfico do fluxo magnético em função do tempo
Alternativa A da questão 27
Alternativa B da questão 27
Alternativa C da questão 27
Alternativa D da questão 27
Alternativa E da questão 27

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(D)
Resolução comentada

Pela lei de Faraday, $\varepsilon=-d\phi/dt$. No primeiro trecho o fluxo cresce linearmente, portanto a fem é constante e negativa. No segundo trecho o fluxo decresce linearmente, portanto a fem é constante e positiva. Isso corresponde à alternativa D.

Alternativa correta: (D)

Q28
Magnetismo — Força Magnética

Três partículas eletricamente carregadas movem-se, separadamente, em regiões distintas onde existem campos magnéticos perpendiculares às suas velocidades.

Complete as lacunas na tabela abaixo, que indica os sentidos das quantidades listadas. Use sinais do referencial ao lado, como convenção.

Referencial cartesiano com os sentidos +x, +y e +z

Assinale a alternativa que preenche corretamente a tabela.

(A)1: −x;   2: −x;   3: −y
(B)1: +y;   2: −x;   3: +z
(C)1: +x;   2: +x;   3: +y
(D)1: +z;   2: −x;   3: −y
(E)1: −y;   2: −x;   3: +z

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(A)
Resolução comentada

Usando $\vec F=q\,\vec v\times\vec B$: na partícula 1, com carga negativa, $\vec v=+z$ e $\vec F=+y$, obtém-se $\vec B=-x$. Na partícula 2, $(-y)\times(+z)=-x$. Na partícula 3, com carga negativa, $\vec B=-x$ e $\vec F=+z$, resulta $\vec v=-y$.

Alternativa correta: (A)

Q29
Relatividade — Equivalência Massa-Energia

A energia produzida pelo Sol provém da conversão de sua massa em energia nas reações de fusão dos átomos de H que o formam. Sabendo que a luminosidade do Sol, isto é, a energia que ele irradia, por segundo, é da ordem de $3{,}8\times10^{26}\text{ W}$ e que a velocidade da luz é da ordem de $3{,}0\times10^8\text{ m/s}$, a massa solar consumida diariamente é de, aproximadamente,

(A)$1{,}5\times10^{12}\text{ kg}$.
(B)$3{,}6\times10^{14}\text{ kg}$.
(C)$2{,}4\times10^{20}\text{ kg}$.
(D)$1{,}1\times10^{23}\text{ kg}$.
(E)$4{,}0\times10^{38}\text{ kg}$.

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(B)
Resolução comentada

Em um dia, $E=L\Delta t=3{,}8\times10^{26}\cdot86400\approx3{,}28\times10^{31}\text{ J}$. Pela relação $E=mc^2$, $m=E/c^2\approx3{,}28\times10^{31}/(9\times10^{16})\approx3{,}6\times10^{14}\text{ kg}$.

Alternativa correta: (B)

Q30
Física Moderna — Fótons e Efeito Fotoelétrico

Considere as afirmações abaixo, acerca das teorias da Física moderna.

  1. As energias dos elétrons emitidos variam com a frequência da luz incidente, quando luz incide sobre uma superfície metálica.
  2. A massa de um fóton depende de sua frequência.
  3. Um fóton é emitido por um átomo, quando um de seus elétrons orbitais salta de um nível de energia maior para um de energia menor.

Quais estão corretas?

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

Gabarito comentado — UFRGS 2024

(C)
Resolução comentada

I é verdadeira no efeito fotoelétrico: acima da frequência de corte, a energia cinética máxima dos fotoelétrons depende da frequência da radiação incidente. II é falsa no sentido de massa de repouso: o fóton tem massa de repouso nula. III é verdadeira: a transição para um nível de menor energia pode emitir um fóton com energia igual à diferença entre os níveis.

Alternativa correta: (C)

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