Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

UFSM · 2008 — Vestibular: questões de Física com resolução

Vestibular tradicional · Prova 3 · 15 questões de Física

Q9
Mecânica — Referenciais — Lançamento e movimento relativo

Num jogo de futebol, um jogador faz um lançamento oblíquo de longa distância para o campo adversário, e o atacante desloca-se abaixo da bola em direção ao ponto previsto para o primeiro contato com o solo. Desconsiderando o ar:

I. Um observador na arquibancada lateral vê uma trajetória parabólica da bola.

II. O atacante desloca-se em movimento retilíneo uniformemente variado para esse observador.

III. O atacante observa a bola em movimento retilíneo uniformemente variado.

Está(ão) correta(s):

A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas I e II.
D)apenas I e III.
E)apenas II e III.
D
Resolução comentada

Sem resistência do ar, a bola tem velocidade horizontal constante e aceleração vertical igual à gravidade. No referencial da arquibancada, sua trajetória é parabólica.

Na interpretação adotada pela banca, o atacante permanece abaixo da bola e acompanha sua componente horizontal.

$$v_{x,\rm atacante}=v_{x,\rm bola}$$

Seu movimento horizontal é uniforme, portanto a segunda afirmação é falsa. No referencial do atacante, a velocidade horizontal relativa da bola é nula.

$$v_{x,\rm relativa}=0$$

Resta o movimento vertical com aceleração constante, tornando verdadeira a terceira afirmação. São corretas I e III.

Essa conclusão depende de o atacante acompanhar a bola durante o voo; a simples indicação do ponto final da corrida não determinaria sua velocidade.

Alternativa D.

Q10
Mecânica — Colisões — Conservação da quantidade de movimento

Na cobrança de uma falta, a bola atinge um jogador da barreira, que é impulsionado para trás. Considerando o sistema formado pela bola e pelo jogador, permanece constante durante a colisão o(a):

A)velocidade da bola.
B)energia cinética.
C)quantidade de movimento.
D)impulso.
E)energia potencial.
C
Resolução comentada

No curto intervalo da colisão, despreza-se o impulso das forças externas na direção relevante. Os impulsos internos entre bola e jogador se cancelam na soma do sistema.

$$\Delta\vec p_{\rm sistema}=\vec I_{\rm externo}\simeq0$$

$$\vec p_{\rm antes}\simeq\vec p_{\rm depois}$$

A energia cinética pode ser convertida em deformação, som e energia interna. A velocidade da bola também varia. Se o apoio no solo fornecesse impulso externo relevante, a conservação para o sistema escolhido precisaria ser revista.

Alternativa C.

Q11
Mecânica — Atrito — Frenagem por trabalho resistivo

Após um gol, um atleta de 70 kg joga-se de barriga no chão. Ele atinge o solo com velocidade horizontal de 4 m/s e percorre 4 m até parar. O módulo da força de atrito da grama sobre ele, em newtons, é:

A)280.
B)140.
C)35.
D)4.
E)2.
B
Resolução comentada

A energia cinética horizontal inicial é:

$$E_{c,i}=\frac{70\cdot4^2}{2}=560\ \mathrm J$$

Ao parar, a energia cinética horizontal se anula. Atribuindo essa perda ao trabalho do atrito:

$$-f\cdot4=0-560$$

$$f=140\ \mathrm N$$

Se o atrito variar durante o percurso, esse valor representa seu módulo médio ao longo da distância, não necessariamente a força em cada instante.

Alternativa B.

Q12
Termologia — Gases ideais — Quantidade de matéria na bola

Uma bola tem volume $4\times10^{-3}\ \mathrm{m^3}$ e a pressão do ar em seu interior é $5\times10^5\ \mathrm{N/m^2}$, a 27 °C. Sabendo que $R=8{,}31\ \mathrm{J/(mol\,K)}$ e que o ar se comporta aproximadamente como gás ideal, a quantidade de matéria, em mol, é aproximadamente:

A)0,8.
B)1,25.
C)8,8.
D)80.
E)160.
A
Resolução comentada

A temperatura absoluta é:

$$T\simeq27+273=300\ \mathrm K$$

Usando a pressão informada como absoluta:

$$pV=nRT$$

$$n=\frac{pV}{RT}$$

$$n=\frac{5\times10^5\cdot4\times10^{-3}}{8{,}31\cdot300}$$

$$n\approx0{,}80\ \mathrm{mol}$$

Alternativa A.

Q14
Termologia — Termodinâmica — Curvas adiabática e isotérmica

Ao ser chutada, uma bola se deforma durante um intervalo muito curto de contato. A variação do volume do ar pode ser aproximada como adiabática. No diagrama, quais curvas melhor representam um processo adiabático e um isotérmico de um gás ideal, respectivamente?

Diagrama PV: I horizontal, II reta descendente, III curva isotérmica, IV curva adiabática mais inclinada e V vertical.
A)V e IV.
B)IV e III.
C)III e II.
D)II e III.
E)II e I.
B
Resolução comentada

Para uma transformação isotérmica de gás ideal:

$$pV=\text{constante}$$

Para uma adiabática reversível:

$$pV^\gamma=\text{constante}$$

Como a razão de calores específicos é maior que um, a adiabática tem maior inclinação em módulo no mesmo estado.

$$\left|\frac{dp}{dV}\right|_{\rm ad}=\gamma\frac pV$$

$$\left|\frac{dp}{dV}\right|_{\rm iso}=\frac pV$$

A curva IV cai mais rapidamente e representa a adiabática; a curva III representa a isotérmica. I é horizontal e V é vertical, correspondendo a pressão e volume constantes.

Alternativa B.

Q17
Mecânica — Estática — Forças nos apoios da maca

Um jogador de 70 kg é retirado do campo numa maca de 2 m de comprimento. Os maqueiros mantêm-na horizontal, segurando suas extremidades. O centro de massa do jogador está a 0,8 m de um dos maqueiros. Adotando $g=10\ \mathrm{m/s^2}$ e desprezando a massa da maca, o módulo da força vertical exercida por esse mesmo maqueiro, em newtons, é:

A)280.
B)350.
C)420.
D)700.
E)1.050.
C
Resolução comentada

O peso do jogador é:

$$P=70\cdot10=700\ \mathrm N$$

Chamando de A o apoio situado a 0,8 m do centro de massa, a distância desse centro ao outro apoio é:

$$d_B=2{,}0-0{,}8=1{,}2\ \mathrm m$$

Tomando momentos em relação a B:

$$F_A\cdot2{,}0=700\cdot1{,}2$$

$$F_A=420\ \mathrm N$$

O apoio mais próximo do centro de massa sustenta a maior parcela do peso.

Alternativa C.

Q18
Termologia — Mudança de fase — Resfriamento por evaporação

No contexto do exercício, coloca-se éter no local machucado de um jogador para provocar redução da temperatura. Analise:

I. Parte da energia usada na evaporação vem do local machucado.

II. De modo geral, a evaporação ocorre a qualquer temperatura.

III. A redução da temperatura no local independe da quantidade de éter colocado.

Está(ão) correta(s):

A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e II.
E)apenas II e III.
D
Resolução comentada

A evaporação requer energia. Parte dela pode ser transferida do local em contato com o líquido, contribuindo para reduzir sua temperatura: a primeira afirmação é verdadeira.

A evaporação superficial pode ocorrer em diversas temperaturas em que o líquido exista, sem precisar atingir a ebulição. Esse é o sentido usual da segunda afirmação, também verdadeira.

A energia de vaporização depende da massa evaporada.

$$Q=mL_v$$

Logo, não se pode afirmar que o resfriamento independe da quantidade de líquido. A terceira é falsa. São corretas I e II.

O texto é uma situação histórica do enunciado; a resolução trata do balanço físico de energia.

Alternativa D.

Q19
Mecânica — Hidrostática — Pressão na seringa

Uma seringa tem êmbolo de seção reta $1{,}2\ \mathrm{cm^2}$. Aplica-se sobre ele uma força de 6 N. A elevação de pressão transmitida à ponta da agulha, cuja seção tem área de $0{,}01\ \mathrm{cm^2}$, em $\mathrm{N/m^2}$, é:

A)$6\times10^6$
B)$5\times10^4$
C)$720$
D)$6$
E)$5\times10^{-2}$
B
Resolução comentada

A força atua sobre a área do êmbolo. Convertendo a área:

$$A=1{,}2\times10^{-4}\ \mathrm{m^2}$$

A elevação de pressão é:

$$\Delta p=\frac FA$$

$$\Delta p=\frac6{1{,}2\times10^{-4}}=5\times10^4\ \mathrm{Pa}$$

Na aproximação de Pascal, desprezando diferenças de altura e perdas de carga no escoamento, essa pressão adicional é transmitida à ponta. A área da agulha não deve ser usada como se nela atuassem diretamente os 6 N.

Alternativa B.

Q20
Mecânica — Trabalho e energia — Ciclos de compressão da mola

Questão com ressalva editorial: disponível para estudo, fora do desempenho. Consulte a resolução.

Um atleta comprime em 20 cm uma mola de constante elástica 200 N/m. Ele realiza 15 ciclos de compressão e descompressão por minuto, com movimentos aproximadamente uniformes na ida e na volta. Após 5 minutos, a quantidade de energia gasta no exercício, em joules, é:

A)30.
B)300.
C)600.
D)1.200.
E)2.400.
C
Resolução comentada

Convertendo a deformação:

$$x=0{,}20\ \mathrm m$$

A energia armazenada em uma compressão é:

$$E_e=\frac{kx^2}{2}$$

$$E_e=\frac{200\cdot(0{,}20)^2}{2}=4\ \mathrm J$$

O número de ciclos é:

$$N=15\cdot5=75$$

O gabarito corresponde a somar os módulos dos trabalhos de compressão e retorno:

$$\sum|W|=75(4+4)=600\ \mathrm J$$

Entretanto, na descompressão controlada, o trabalho da força do atleta sobre a mola é negativo: a mola devolve energia. No ciclo ideal completo:

$$W_{\rm líquido}=75(4-4)=0$$

O trabalho positivo das compressões soma 300 J. O gasto metabólico do atleta exigiria hipóteses adicionais e não se identifica automaticamente com 600 J.

Preserva-se a indicação oficial para consulta. Como “energia gasta” não especifica a soma dos módulos nem fornece um modelo metabólico, o item fica fora do desempenho por ressalva editorial; isso não significa anulação oficial.

Gabarito oficial: C. Fora do desempenho.

Q21
Óptica — Visão — Correção da miopia

O juiz tem ______ e necessita de lentes de correção ______, porque os raios luminosos convergem para um ponto ______ da retina. Complete:

A)miopia – divergentes – antes.
B)miopia – divergentes – depois.
C)hipermetropia – divergentes – antes.
D)miopia – convergentes – depois.
E)hipermetropia – convergentes – antes.
A
Resolução comentada

Na miopia, os raios de objetos distantes convergem antes da retina quando não há correção.

Uma lente divergente reduz a convergência do conjunto e permite deslocar o foco até a retina. Sua potência óptica é negativa.

$$f<0$$

As lacunas são miopia, divergentes e antes. A questão pede a combinação fisicamente coerente; não fornece dados para uma avaliação individual da visão do personagem.

Alternativa A.

Q23
Eletricidade — Eletrodinâmica — Corrente através do corpo

Uma ligação elétrica clandestina é chamada de “gato”. O choque pode decorrer da corrente que atravessa o corpo. No modelo do exercício, a resistência do corpo é $10^5\ \Omega$ com pele seca e $10^3\ \Omega$ com pele molhada. Se uma pessoa com pele molhada toca os dois polos de uma tomada de 220 V, a corrente, em ampères, é:

A)$2{,}2\times10^5$
B)$2{,}2\times10^3$
C)$4{,}5$
D)$2{,}2\times10^{-1}$
E)$2{,}2\times10^{-3}$
D
Resolução comentada

Usa-se a resistência especificada para a condição de pele molhada.

$$R=10^3\ \Omega$$

No modelo resistivo do exercício:

$$I=\frac VR$$

$$I=\frac{220}{1000}=0{,}22\ \mathrm A$$

$$I=2{,}2\times10^{-1}\ \mathrm A$$

Os valores de resistência são dados idealizados do enunciado; não constituem parâmetros universais de segurança elétrica.

Alternativa D.

Q26
Eletricidade — Potencial elétrico — Energia por carga

Analise:

I. A diferença de potencial está associada a um campo elétrico.

II. Num aparelho ligado a uma tomada de 220 V, cada partícula que constitui a corrente recebe 220 J ao deslocar-se entre os polos.

III. A energia recebida do campo elétrico pelas partículas entre os polos independe do caminho seguido dentro do aparelho.

Está(ão) correta(s):

A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e II.
E)apenas I e III.
E
Resolução comentada

A diferença de potencial relaciona-se ao campo elétrico, no modelo eletrostático:

$$\Delta V=-\int\vec E\cdot d\vec\ell$$

A primeira afirmação é verdadeira. A energia transferida depende da quantidade de carga, não apenas da tensão.

$$W=q(V_i-V_f)$$

Assim, 220 V correspondem a 220 J por coulomb, e não por partícula. A segunda é falsa.

Na aproximação de circuitos com campo conservativo usada pela questão, o trabalho entre os mesmos potenciais não depende do caminho; a terceira é verdadeira. Campos induzidos e a descrição completa de circuitos alternados exigem cuidados adicionais.

São corretas I e III.

Alternativa E.

Q27
Eletromagnetismo — Indução — Funcionamento do transformador

Transformadores são dispositivos eletromagnéticos que, baseados na lei de ______, mudam o valor da ______ elétrica ______. Complete as lacunas:

A)Faraday – tensão – alternada.
B)Faraday – tensão – contínua.
C)Ampère – tensão – alternada.
D)Ampère – força – alternada.
E)Ampère – força – contínua.
A
Resolução comentada

O transformador utiliza um fluxo magnético variável que atravessa suas bobinas. Pela lei de Faraday:

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

No transformador ideal, a relação de tensões depende da razão de espiras.

$$\frac{V_s}{V_p}=\frac{N_s}{N_p}$$

Uma alimentação alternada mantém a variação do fluxo. Uma corrente contínua estacionária não produz tensão sustentada no secundário.

As lacunas são Faraday, tensão e alternada.

Alternativa A.

Q33
Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Leitura do comprimento de onda

O gráfico representa a componente elétrica de uma onda eletromagnética. A velocidade da luz é aproximadamente $3\times10^8\ \mathrm{m/s}$. O comprimento de onda, em metros, e a frequência, em hertz, são, respectivamente:

Componente elétrica senoidal: cristas separadas por quatro quadrículas; uma quadrícula horizontal corresponde a 1 metro.
A)$2$ e $1{,}2\times10^6$
B)$2$ e $7{,}5\times10^7$
C)$4$ e $7{,}5\times10^7$
D)$4$ e $1{,}33\times10^8$
E)$6$ e $1{,}2\times10^9$
C
Resolução comentada

A distância entre duas cristas consecutivas corresponde a quatro quadrículas horizontais. A marca da figura indica um metro por quadrícula.

$$\lambda=4\ \mathrm m$$

Usando a velocidade de propagação:

$$c=\lambda f$$

$$f=\frac{3\times10^8}{4}$$

$$f=7{,}5\times10^7\ \mathrm{Hz}$$

Alternativa C.

Q34
Física moderna — Dualidade — Fenômenos da luz

A luz apresenta caráter dual: certos fenômenos são descritos pelo comportamento ondulatório e outros evidenciam a quantização da interação. Associe 1. onda; 2. partícula aos fenômenos:

( ) Efeito fotoelétrico.

( ) Polarização.

( ) Refração.

( ) Interferência.

A sequência correta é:

A)1 – 2 – 2 – 2.
B)1 – 1 – 2 – 2.
C)1 – 1 – 1 – 2.
D)2 – 2 – 1 – 1.
E)2 – 1 – 1 – 1.
E
Resolução comentada

No efeito fotoelétrico, a energia é transferida em quanta, os fótons, caracterizando a associação com o aspecto corpuscular.

$$E_{\rm fóton}=hf$$

A polarização evidencia a orientação das oscilações transversais. A refração é descrita por mudanças na propagação entre meios. A interferência decorre da superposição de ondas.

Na associação didática solicitada, a sequência é 2 – 1 – 1 – 1. A descrição quântica completa concilia esses resultados, em vez de tratar onda e partícula como objetos clássicos alternados.

Alternativa E.