UFSM 2007: Física com Gabarito e Resolução

Q15

Mecânica — Cinemática — Velocidade média pelo gráfico

O desempenho de um corredor numa prova rápida pode ser descrito aproximadamente pelo gráfico velocidade-tempo. A velocidade média no intervalo mostrado, em m/s, é:

Velocidade aumenta linearmente de zero a 12,5 m/s entre 0 e 4 s, permanecendo nesse valor até 10 s.

A)8,5.

B)10,0.

C)12,5.

D)15,0.

E)17,5.

Resolução comentada

Entre 0 e 4 s, o deslocamento é a área triangular sob o gráfico.

$$\Delta s_1=\frac{4\cdot12{,}5}{2}=25\ \mathrm m$$

Entre 4 e 10 s, a velocidade é constante.

$$\Delta s_2=(10-4)\cdot12{,}5=75\ \mathrm m$$

$$\Delta s=25+75=100\ \mathrm m$$

A velocidade média no intervalo completo é:

$$v_m=\frac{100}{10}=10{,}0\ \mathrm{m/s}$$

Alternativa B.

Q16

Mecânica — Quantidade de movimento — Momento linear do corredor

O corredor do gráfico tem massa de 90 kg. Qual é o módulo de sua quantidade de movimento ao final da fase de aceleração, em kg·m/s?

A)1125.

B)2250.

C)10000.

D)14062.

E)22500.

Resolução comentada

Ao final da aceleração, em 4 s, o corredor atinge a velocidade de 12,5 m/s.

$$p=mv$$

$$p=90\cdot12{,}5$$

$$p=1125\ \mathrm{kg\,m/s}$$

Alternativa A.

Q17

Mecânica — Trabalho e energia — Subida por trajetórias diferentes

Questão oficialmente anulada: disponível para estudo, fora do desempenho.

Duas pessoas com preparos físicos diferentes sobem uma montanha, saindo do mesmo ponto e chegando ao mesmo lugar no topo. Uma sobe diretamente e em menos tempo; a outra serpenteia a encosta.

I. O trabalho de subida realizado pelas duas é igual.

II. A pessoa que levou mais tempo desenvolveu potência maior.

III. A variação da energia potencial gravitacional é a mesma para as duas.

Está(ão) correta(s):

A)apenas I.

B)apenas II.

C)apenas III.

D)apenas I e II.

E)apenas I e III.

ANULADA

Resolução comentada

A questão foi oficialmente anulada. Não há alternativa válida para registrar acerto ou erro; o gabarito consultado não apresenta a justificativa da banca.

Para estudar a situação, a variação da energia potencial gravitacional depende da massa e do desnível.

$$\Delta U_A=m_Ag\Delta h$$

$$\Delta U_B=m_Bg\Delta h$$

Como as massas não foram fornecidas nem igualadas, não se pode concluir que essas variações sejam iguais apenas porque o topo é o mesmo.

A potência média depende da energia transferida e do tempo.

$$P_m=\frac W{\Delta t}$$

Se trabalhos iguais fossem explicitamente pressupostos, maior tempo significaria menor potência média. O trabalho realizado pela pessoa também não deve ser identificado automaticamente com o trabalho conservativo do peso, pois pode envolver outras transferências e dissipações.

Esses são pontos de análise editorial, sem atribuí-los como motivo oficial da anulação.

Questão oficialmente anulada. Fora do desempenho.

Q20

Ondulatória — Efeito Doppler — Ultrassom refletido

Ondas ultrassônicas são emitidas por uma fonte em repouso em relação ao paciente. Elas são refletidas por células do sangue que se ______ de um detector também em repouso em relação ao paciente. O detector medirá frequências ______ que as emitidas. Esse fenômeno é conhecido como ______. Complete:

A)afastam – menores – efeito Joule.

B)afastam – maiores – efeito Doppler.

C)aproximam – maiores – efeito Joule.

D)afastam – menores – efeito Doppler.

E)aproximam – menores – efeito Tyndall.

Resolução comentada

Uma célula que se afasta recebe oscilações com frequência menor. Ao refletir a onda, funciona também como uma fonte móvel que se afasta do detector, reduzindo novamente a frequência recebida.

No modelo colinear, com velocidade de propagação $c$ e afastamento de módulo $u$:

$$f_{\rm eco}=f_0\frac{c-u}{c+u}$$

$$f_{\rm eco}<f_0$$

As lacunas são afastam, menores e efeito Doppler. O princípio depende do movimento relativo e não é o mecanismo térmico do efeito Joule.

Alternativa D.

Q21

Eletromagnetismo — Força magnética — Deflexão de elétrons

Num monitor de tubo, imagens são formadas pela deflexão de elétrons por bobinas percorridas por correntes variáveis. A figura mostra o ponto P na região superior direita da tela. Qual configuração dos campos magnéticos permite essa deflexão? As alternativas representam a tela vista de frente.

Tubo de imagem: feixe de elétrons avança do canhão à tela; bobinas defletem o feixe para o ponto P superior direito.

Campo vertical para cima e horizontal para a esquerda.

Campo vertical para baixo e horizontal para a direita.

Campo vertical para baixo e horizontal para a esquerda.

Campo vertical para cima e horizontal para a direita.

Resolução comentada

Para alcançar P, o feixe precisa de componentes de força para a direita e para cima. Na vista frontal, a velocidade do elétron aponta para fora do plano da tela.

$$\vec F=q\,\vec v\times\vec B$$

Como a carga é negativa, a força tem sentido oposto ao produto vetorial. Um campo para cima produz força para a direita; um campo para a esquerda produz força para cima.

Portanto, a configuração procurada combina campo vertical para cima e campo horizontal para a esquerda. As setas de campo vão do polo norte para o polo sul nas regiões representadas.

Alternativa A.

Q33

Termologia — Termodinâmica — Expansão adiabática

Numa ______ adiabática de um gás ideal, o trabalho realizado contra a vizinhança faz ______ a energia interna do gás, provocando um ______ em sua temperatura. Complete:

A)expansão – diminuir – aumento.

B)compressão – aumentar – abaixamento.

C)expansão – aumentar – abaixamento.

D)compressão – diminuir – aumento.

E)expansão – diminuir – abaixamento.

Resolução comentada

Em um processo adiabático não há transferência de calor.

$$Q=0$$

Na convenção em que o trabalho realizado pelo gás é positivo:

$$\Delta U=Q-W$$

Uma expansão contra a vizinhança tem trabalho positivo, portanto:

$$\Delta U=-W<0$$

No gás ideal, a diminuição da energia interna corresponde à diminuição da temperatura. As palavras são expansão, diminuir e abaixamento.

Alternativa E.

Q34

Termologia — Máquinas térmicas — Coeficiente de desempenho

Um condicionador de ar consome 1600 cal de energia elétrica, retira energia do ambiente climatizado e rejeita 2400 cal para o exterior. A eficiência de refrigeração, no sentido do coeficiente de desempenho, é:

A)0,33.

B)0,50.

C)0,63.

D)1,50.

E)2,00.

Resolução comentada

A energia rejeitada para o exterior é a soma do calor retirado do ambiente com o trabalho elétrico fornecido.

$$Q_h=Q_c+W$$

$$Q_c=2400-1600=800\ \mathrm{cal}$$

O coeficiente de desempenho de refrigeração é:

$$\mathrm{COP}=\frac{Q_c}{W}$$

$$\mathrm{COP}=\frac{800}{1600}=0{,}50$$

O enunciado original usa “eficiência”. Aqui essa palavra corresponde ao coeficiente de desempenho, e não ao rendimento de uma máquina que produz trabalho.

Alternativa B.

Q35

Mecânica — Hidrodinâmica — Pressões no vaporizador

Num vaporizador, ao pressionar a bexiga de ar, o ar é projetado no ponto B com velocidade $v_B>0$, enquanto o líquido permanece em repouso em A. A relação entre as pressões A e B é:

Vaporizador com ar em movimento em B acima do tubo e líquido em repouso em A no reservatório.

A)$P_A=P_B$

B)$P_A+P_B=0$

C)$P_A>P_B$

D)$P_A<P_B$

E)$P_A=P_B+1\ \text{atmosfera}$

Resolução comentada

Na descrição idealizada, o ar lançado com velocidade elevada em B tem menor pressão estática que a região do reservatório. Essa diferença permite que o líquido seja elevado pelo tubo.

Para pontos de um escoamento ideal aproximadamente à mesma altura, a relação de Bernoulli é:

$$p+\frac{\rho v^2}{2}=\text{constante}$$

Na situação representada, a conclusão qualitativa é:

$$P_A>P_B$$

Não se deve aplicar a mesma linha de corrente entre ar e líquido como se fossem um único fluido; a comparação expressa o mecanismo de sucção e o equilíbrio de pressões do dispositivo.

Alternativa C.

Q36

Física moderna — Efeito fotoelétrico — Quantização da luz

O efeito fotoelétrico é empregado em dispositivos de controle de iluminação. Esse efeito evidencia a natureza:

A)transversal da onda eletromagnética.

B)longitudinal da onda eletromagnética.

C)ondulatória da luz.

D)corpuscular da luz.

E)vibracional da luz.

Resolução comentada

No efeito fotoelétrico, a energia é transferida em fótons.

$$E_{\rm fóton}=hf$$

Para retirar um elétron do material, essa energia deve superar a função trabalho. No caso ideal:

$$K_{\max}=hf-\phi$$

A dependência com a frequência e a existência de um limiar são evidências do aspecto corpuscular da interação da luz com a matéria.

Alternativa D.

Q39

Óptica — Visão — Formação de imagem na retina

Qual figura melhor representa o comportamento refrativo de um olho sadio, no modelo de lente delgada convergente?

Lente convergente produz imagem real invertida sobre a retina.

Raios representados com imagem direita sobre a retina.

Raios paralelos desenhados com imagem direita na retina.

Feixe paralelo inclinado converge antes da retina.

Resolução comentada

No modelo óptico simplificado, córnea e cristalino formam um sistema convergente que focaliza uma imagem real sobre a retina.

Um raio que chega paralelo ao eixo é refratado em direção ao foco imagem; um raio pelo centro óptico segue aproximadamente sem desvio no modelo de lente delgada.

O desenho correto faz os raios de um mesmo ponto objeto se encontrarem sobre a retina, formando imagem invertida. A primeira figura satisfaz essas condições.

A imagem óptica invertida não significa que a percepção visual consciente seja invertida; são etapas diferentes do processo.

Alternativa A.

Q41

Mecânica — Estática — Torque na mandíbula

Do eixo das articulações dos maxilares aos dentes incisivos, a distância é 8 cm. O músculo da mastigação atua a 2 cm do eixo. Se ele exerce força máxima de 1200 N sobre a mandíbula, o módulo da força entre os dentes da frente, em newtons, no modelo da figura, é:

Mandíbula como alavanca: músculo a 2 cm da articulação e incisivos a 8 cm.

A)200.

B)300.

C)400.

D)800.

E)1000.

Resolução comentada

Tomando momentos em relação à articulação e usando os braços indicados no modelo:

$$F_m d_m=F_d d_d$$

$$1200\cdot2=F_d\cdot8$$

$$F_d=\frac{1200\cdot2}{8}=300\ \mathrm N$$

Os dois braços foram usados na mesma unidade. A conta pressupõe as direções efetivas das forças representadas no esquema, com os fatores angulares comuns cancelados.

Alternativa B.

Q43

Eletricidade — Corrente elétrica — Fluxo de elétrons

Num tubo de raios X, elétrons emitidos por um filamento são acelerados e atingem um alvo metálico. Se $10^{18}$ elétrons atingem o alvo a cada segundo, sendo $e=1{,}6\times10^{-19}\ \mathrm C$, o módulo da corrente no tubo, em ampères, é:

A)$8\times10^{-38}$

B)0,08.

C)0,16.

D)0,32.

E)3,20.

Resolução comentada

A carga transportada em um segundo é o número de elétrons multiplicado pelo módulo da carga de cada um.

$$I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}$$

$$I=\frac{Ne}{\Delta t}$$

$$I=10^{18}\cdot1{,}6\times10^{-19}$$

$$I=0{,}16\ \mathrm A$$

Alternativa C.

Q44

Ondulatória — Espectro eletromagnético — Propriedades dos raios X

Analise:

I. Raios X são ondas mecânicas.

II. O módulo da velocidade de propagação dos raios X é igual ao da luz.

III. Raios X têm frequências menores que as da luz.

Está(ão) correta(s):

A)apenas I.

B)apenas II.

C)apenas III.

D)apenas I e II.

E)apenas II e III.

Resolução comentada

Raios X são ondas eletromagnéticas e não exigem meio material; a primeira afirmação é falsa.

No vácuo, raios X e luz visível propagam-se com o mesmo módulo de velocidade.

$$c\simeq3\times10^8\ \mathrm{m/s}$$

Raios X têm frequências maiores que as da luz visível, tornando falsa a terceira afirmação. Apenas a segunda é correta.

Em meios materiais, propriedades de propagação e absorção dependem da frequência; a igualdade de velocidades deve ser entendida na condição de vácuo.

Alternativa B.

Q45

Eletricidade — Potencial elétrico — Energia adquirida pelo elétron

A diferença de potencial que acelera os elétrons num tubo de raios X é de 40000 V. Qual energia, em joules, é ganha por um elétron, sendo $e=1{,}6\times10^{-19}\ \mathrm C$?

A)$4\times10^{-22}$

B)$1{,}6\times10^{-19}$

C)$2\times10^{-19}$

D)$6{,}4\times10^{-15}$

E)$2{,}5\times10^{23}$

Resolução comentada

O módulo da energia adquirida pelo elétron ao atravessar a tensão aceleradora é:

$$\Delta K=eU$$

$$U=4{,}0\times10^4\ \mathrm V$$

$$\Delta K=1{,}6\times10^{-19}\cdot4{,}0\times10^4$$

$$\Delta K=6{,}4\times10^{-15}\ \mathrm J$$

O resultado é a energia ganha, não uma energia negativa associada ao sinal da carga.

Alternativa D.

Q47

Mecânica — Elasticidade — Força máxima na tira de borracha

Uma tira de borracha presa ao abdome de um corredor se alonga durante exercícios. A tabela registra as elongações em cinco semanas. Sabendo que ela obedece à lei de Hooke e tem constante elástica de 300 N/m, a força máxima atingida, em newtons, é:

Elongação da tira de borracha ao longo das semanas
Semana	Elongação (cm)
1	20
2	24
3	26
4	27
5	28

A)23520.

B)17600.

C)1760.

D)840.

E)84.

Resolução comentada

A maior elongação registrada é 28 cm, na quinta semana.

$$\Delta x=0{,}28\ \mathrm m$$

Pela lei de Hooke:

$$F=k\Delta x$$

$$F=300\cdot0{,}28=84\ \mathrm N$$

A relação linear é uma hipótese fornecida no enunciado; uma tira real de borracha pode exigir um modelo não linear fora desse regime.

Alternativa E.

UFSM · 2007 — Vestibular: questões de Física com resolução

Vestibular UFSM 2007