Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

UFSM · 2009 — Vestibular: questões de Física com resolução

Vestibular tradicional · Prova 3 · 15 questões de Física

Q4
Mecânica — Cinemática — Aceleração em movimento retilíneo

Um carro se desloca, com aceleração constante, sobre um trecho em linha reta de uma estrada. Sua velocidade é medida em dois pontos separados por 250 m. Ao passar pelo primeiro ponto, a velocidade é 20 m/s e, ao passar pelo segundo, 30 m/s. A aceleração nesse trecho é, em $\mathrm{m/s^2}$:

A)0,5.
B)1,0.
C)1,5.
D)2,0.
E)5,0.
B
Resolução comentada

Como a aceleração é constante, utiliza-se a equação de Torricelli.

$$v^2=v_0^2+2a\Delta s$$

$$30^2=20^2+2a\cdot250$$

$$500=500a$$

$$a=1{,}0\ \mathrm{m/s^2}$$

Alternativa B.

Q5
Mecânica — Movimento circular — Velocidade e aceleração centrípeta

A figura representa um corpo A em órbita circular em torno de B, em sentido horário. Assinale a afirmativa ERRADA.

Órbita circular no sentido horário: I no alto, II à direita, III embaixo, IV à esquerda e B no centro.
A)$\rightarrow$ representa a velocidade tangencial de A na posição I.
B)$\rightarrow$ representa a aceleração centrípeta de A na posição IV.
C)$\uparrow$ representa a aceleração centrípeta de A na posição III.
D)$\downarrow$ representa a velocidade tangencial de A na posição III.
E)$\leftarrow$ representa a aceleração centrípeta de A na posição II.
D
Resolução comentada

A velocidade é tangente à circunferência e segue o sentido horário. A aceleração centrípeta aponta de A para o centro B.

Na posição I, no alto, a velocidade aponta para a direita. Na posição IV, à esquerda, a aceleração aponta para a direita. Na posição III, abaixo do centro, a aceleração aponta para cima.

Na posição III, a velocidade é horizontal para a esquerda, e não vertical para baixo. Essa é a afirmação errada solicitada.

Na posição II, à direita, a aceleração centrípeta aponta para a esquerda.

Alternativa D.

Q6
Mecânica — Trabalho e energia — Variação da energia cinética

Qual é o trabalho, em joules, desenvolvido por uma força constante aplicada a um corpo de massa 10 kg, cuja velocidade passa de 10 m/s para 20 m/s?

A)500.
B)1.000.
C)1.500.
D)2.000.
E)25.000.
C
Resolução comentada

Tomando a força citada como a responsável pelo trabalho resultante, aplica-se o teorema da energia cinética.

$$W_{\rm resultante}=\Delta E_c$$

$$W=\frac m2(v_f^2-v_i^2)$$

$$W=\frac{10}{2}(20^2-10^2)$$

$$W=5(400-100)=1500\ \mathrm J$$

Se outras forças realizassem trabalho não informado, apenas o trabalho resultante poderia ser obtido desses dados. Essa hipótese está implícita no exercício.

Alternativa C.

Q10
Mecânica — Cinemática — Independência dos movimentos

Duas esferas metálicas idênticas são lançadas simultaneamente, na horizontal, da borda de uma mesa, com velocidades diferentes. Desprezando o ar:

I. Os dois corpos tocam o solo ao mesmo tempo.

II. Ao tocar o solo, têm o mesmo módulo da velocidade vertical.

III. Ao tocar o solo, têm o mesmo módulo da velocidade horizontal.

Está(ão) correta(s):

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

As duas esferas partem da mesma altura, com velocidade vertical inicial nula e mesma aceleração gravitacional.

$$t=\sqrt{\frac{2h}{g}}$$

O tempo de queda é igual, tornando verdadeira a primeira afirmação. A velocidade vertical final também é igual em módulo.

$$|v_y|=gt=\sqrt{2gh}$$

Sem resistência do ar, a velocidade horizontal de cada esfera permanece igual à que tinha no lançamento. Como eram diferentes, continuam diferentes no impacto.

São corretas I e II.

Alternativa A.

Q12
Mecânica — Leis de Newton — Forças no elevador

Um objeto de peso $\vec P$ está apoiado no piso de um elevador que sobe com velocidade constante. $\vec F$ é a força do objeto sobre o assoalho e $\vec F\,^{\prime}$ é a força do elevador sobre o objeto. Marque V ou F:

I. $|F|=|F^{\prime}|$, porque constituem um par ação e reação.

II. $|F|=|P|$, porque constituem um par ação e reação.

III. $|F^{\prime}|=|P|$, porque o elevador sobe com velocidade constante.

A sequência correta é:

Objeto no piso do elevador: peso para baixo, normal F prima para cima e força F do objeto sobre o piso para baixo.
A)V – F – F.
B)V – F – V.
C)F – V – F.
D)V – V – F.
E)F – V – V.
B
Resolução comentada

As forças de contato entre objeto e piso atuam em corpos distintos e são um par ação e reação. A primeira afirmação é verdadeira.

O peso é a força da Terra sobre o objeto. Sua reação é a força gravitacional do objeto sobre a Terra, não a força exercida no piso. A justificativa da segunda afirmação é falsa.

Como a velocidade é constante, a aceleração é nula. No objeto, a força do piso equilibra o peso.

$$F^{\prime}-P=0$$

$$F^{\prime}=P$$

A terceira afirmação é verdadeira. A sequência é V – F – V.

Alternativa B.

Q13
Mecânica — Hidrostática — Barômetro de Torricelli

Um tubo de vidro com 1 m de comprimento, fechado numa extremidade, é preenchido com mercúrio e emborcado num recipiente que também contém mercúrio. Ao nível do mar, o mercúrio no tubo ______ até uma altura de 760 mm, sendo sustentado pela ______ da atmosfera na superfície livre do mercúrio no ______, independentemente da profundidade de imersão da boca do tubo. Complete as lacunas:

Tubo fechado no alto invertido em mercúrio; h é a diferença entre a superfície no recipiente e o topo da coluna.
A)sobe – força – tubo.
B)desce – força – tubo.
C)sobe – pressão – recipiente.
D)desce – pressão – recipiente.
E)sobe – reação – tubo.
D
Resolução comentada

O tubo começa completamente cheio. Ao ser invertido, parte do mercúrio desce para o recipiente, deixando acima da coluna uma região de pressão muito baixa.

A pressão atmosférica atua na superfície livre do mercúrio no recipiente e equilibra a pressão hidrostática da coluna.

$$p_{\rm atm}\simeq\rho_{\rm Hg}gh$$

No valor atmosférico padrão ao nível do mar:

$$h\simeq760\ \mathrm{mm}$$

As palavras são desce, pressão e recipiente. Pequenas variações meteorológicas da pressão alteram a altura; 760 mm é o valor de referência do exercício.

Alternativa D.

Q14
Mecânica — Hidrodinâmica — Pressão no escoamento

Duas bolinhas de pingue-pongue estão suspensas à mesma altura, por fios de mesmo comprimento, separadas por 5 cm. Sopra-se levemente entre elas com um canudo. As bolinhas se ______, porque o sopro faz a velocidade do ar ______ e ocasiona uma ______ da pressão nessa região. Complete:

A)aproximam – aumente – redução.
B)afastam – diminua – aumento.
C)aproximam – diminua – redução.
D)afastam – aumente – aumento.
E)aproximam – aumente – aumento.
A
Resolução comentada

Na descrição simplificada do experimento, o ar entre as bolinhas se move mais rapidamente e sua pressão estática fica menor que a das faces externas.

Para um escoamento ideal aproximadamente à mesma altura, Bernoulli fornece:

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

A pressão maior nas faces externas produz forças que aproximam as bolinhas. Assim, completam-se as lacunas com aproximam, aumente e redução.

O jato real também envolve arraste e mistura do ar; a relação apresentada explica o modelo qualitativo usado no exercício.

Alternativa A.

Q18
Termologia — Calor — Condição para troca térmica

Para que um corpo de massa $M_A$, à temperatura $T_A$, e outro de massa $M_B$, à temperatura $T_B$, possam trocar energia em forma de calor, é necessário que:

I. $T_A\ne T_B$.

II. $T_A=T_B$.

III. $M_A=M_B$.

IV. $M_A\ne M_B$.

Quais afirmações estão corretas?

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

No modelo macroscópico usual, a transferência líquida espontânea de calor entre os corpos exige diferença de temperatura.

$$T_A\ne T_B$$

O calor flui do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura, desde que exista um mecanismo de interação térmica.

Não se exige igualdade nem desigualdade de massas. Elas afetam as variações de temperatura e as quantidades de energia, mas não são a condição pedida.

Apenas a primeira afirmação é correta.

Alternativa A.

Q19
Ondulatória — Oscilações — Frequência do pêndulo simples

Quatro pêndulos simples têm as seguintes características: I: comprimento $\ell$ e massa $m$; II: $\ell/2$ e $m/2$; III: $\ell$ e $2m$; IV: $2\ell$ e $4m$. Quais têm a mesma frequência?

Quatro pêndulos: I com comprimento l e massa m; II l/2 e m/2; III l e 2m; IV 2l e 4m.
A)I e II.
B)I e III.
C)II e III.
D)II e IV.
E)III e IV.
B
Resolução comentada

Para um pêndulo simples no regime de pequenas oscilações:

$$f=\frac1{2\pi}\sqrt{\frac gL}$$

A frequência depende do comprimento e da gravidade, mas não da massa. I e III têm o mesmo comprimento e, portanto, a mesma frequência.

$$f_I=f_{III}$$

O comprimento menor de II aumenta sua frequência; o comprimento maior de IV a diminui. A conclusão pressupõe o modelo ideal de pêndulo simples e pequenas amplitudes.

Alternativa B.

Q20
Ondulatória — Fenômenos ondulatórios — Associação de conceitos

Relacione: I. Refração; II. Difração; III. Interferência; IV. Polarização.

( ) Formação de manchas coloridas em camadas finas de óleo sobre água.

( ) Fenômeno que ocorre somente com ondas transversais.

( ) Explica como uma onda contorna um obstáculo.

( ) Mudança de velocidade ao passar de um meio para outro.

A sequência correta é:

A)I – II – III – IV.
B)II – III – I – IV.
C)III – IV – I – II.
D)II – III – IV – I.
E)III – IV – II – I.
E
Resolução comentada

As manchas coloridas na película fina resultam de interferência entre ondas refletidas em suas interfaces: III.

A polarização descreve a orientação das oscilações transversais: IV.

A difração permite o espalhamento de ondas nas bordas de obstáculos e aberturas: II.

A refração envolve a passagem entre meios com alteração da velocidade de propagação: I.

A sequência é III – IV – II – I.

Alternativa E.

Q21
Eletricidade — Resistência elétrica — Leis de Ohm

Analise:

I. Ao aplicar uma ddp $V$ a um condutor que estabelece corrente $i$, sua resistência é calculada por $R=V/i$.

II. Ao reduzir o comprimento $\ell$ de um condutor de seção $A$ para $\ell/2$, ele aumenta sua resistência.

III. Para um grande número de condutores, a lei de Ohm afirma que a resistência permanece constante, independentemente da ddp aplicada.

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 razão entre tensão e corrente define a resistência no ponto de operação, tornando verdadeira a primeira afirmação.

$$R=\frac Vi$$

Mantendo material, temperatura e área da seção:

$$R=\rho\frac\ell A$$

Reduzir o comprimento à metade reduz a resistência à metade; a segunda afirmação é falsa.

$$R^{\prime}=\frac R2$$

A terceira descreve o comportamento ôhmico dentro de seu regime de validade: a resistência é constante quando se mantêm as condições físicas, especialmente a temperatura. Não se deve interpretar a frase como válida para qualquer tensão arbitrária.

São corretas I e III na idealização do exercício.

Alternativa E.

Q24
Termologia — Calorimetria — Mistura de água

Em um recipiente adiabático com 200 g de água a 20 °C, adicionam-se 300 g de água a 40 °C. A temperatura de equilíbrio, em °C, será:

A)22.
B)28.
C)30.
D)32.
E)36.
D
Resolução comentada

Desprezando a capacidade térmica do recipiente, a energia recebida pela água fria é igual à cedida pela água quente.

$$200c(T-20)=300c(40-T)$$

Cancelando o calor específico:

$$200T-4000=12000-300T$$

$$500T=16000$$

$$T=32\ ^\circ\mathrm C$$

Ser adiabático impede trocas com o exterior, mas não torna a capacidade térmica do recipiente necessariamente nula. Desprezá-la é uma hipótese implícita necessária para o resultado oficial.

Alternativa D.

Q25
Eletricidade — Circuitos — Divisão de corrente

No circuito da figura, a corrente no resistor $R_1=3\ \Omega$ é 6 A. Ele está em série com o paralelo formado por $R_2=6\ \Omega$ e $R_3=12\ \Omega$. A corrente em $R_3$, em ampères, é:

R1 de 3 ohms em série com o paralelo de R2 de 6 ohms e R3 de 12 ohms.
A)6.
B)5.
C)4.
D)2.
E)1.
D
Resolução comentada

No paralelo, os resistores têm a mesma tensão.

$$I_2R_2=I_3R_3$$

$$6I_2=12I_3$$

$$I_2=2I_3$$

A corrente total que chega pelo resistor em série é 6 A.

$$I_2+I_3=6$$

$$3I_3=6$$

$$I_3=2\ \mathrm A$$

Alternativa D.

Q33
Eletromagnetismo — Indução — Lei de Faraday

Ao introduzir um ímã permanente em forma de barra no interior de uma bobina, a força eletromotriz induzida decorre da variação no tempo do(a):

A)campo magnético.
B)campo elétrico.
C)fluxo magnético.
D)fluxo elétrico.
E)corrente elétrica.
C
Resolução comentada

A lei de Faraday relaciona a força eletromotriz à taxa de variação do fluxo magnético através das espiras.

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

O fluxo é definido pela componente do campo que atravessa a superfície.

$$\Phi_B=\int\vec B\cdot d\vec A$$

Introduzir o ímã modifica esse fluxo. Pode haver força eletromotriz mesmo com a bobina aberta; uma corrente induzida depende também do fechamento do circuito.

Alternativa C.

Q34
Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Campos e propagação

Os campos elétrico e magnético variáveis de uma onda eletromagnética são ______ entre si e ______ à direção de propagação, estão ______ e se propagam com velocidade ______ em um meio homogêneo e isotrópico. Complete as lacunas segundo a onda representada:

Onda eletromagnética propagando-se em z; campos E e B oscilam em direções perpendiculares, em fase.
A)perpendiculares – paralelos – fora de fase – variável.
B)perpendiculares – perpendiculares – fora de fase – constante.
C)paralelos – perpendiculares – fora de fase – variável.
D)paralelos – paralelos – em fase – constante.
E)perpendiculares – perpendiculares – em fase – constante.
E
Resolução comentada

Na onda plana ideal representada, os campos elétrico e magnético são mutuamente perpendiculares e ambos são perpendiculares à direção de propagação.

$$\vec E\perp\vec B$$

$$\vec E\perp\vec k\quad\text{e}\quad\vec B\perp\vec k$$

Seus máximos e zeros ocorrem simultaneamente: estão em fase. Para a frequência considerada, a velocidade de fase é constante no meio homogêneo e isotrópico idealizado.

No vácuo:

$$c=\frac1{\sqrt{\mu_0\varepsilon_0}}$$

A descrição pressupõe o modelo usual sem perdas; meios absorventes ou situações de campo próximo exigem tratamento mais geral.

Alternativa E.