Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

UFSM · 2010 — Vestibular: questões de Física com resolução

Vestibular tradicional · Prova 1 · 10 questões de Física

Q11
Termologia — Calorimetria — Equilíbrio entre água e xícara

Diz a lenda que o imperador Shen Nang descansava sob uma árvore, quando algumas folhas caíram no recipiente em que seus servos ferviam água para beber. Atraído pelo aroma, o imperador provou o líquido e gostou. Nascia, assim, a tecnologia do preparo do chá. Num dia de inverno, a temperatura ambiente está em 9°C. Faz-se, então, um chá, colocando-se 150 g de água a 100°C numa xícara de porcelana, à temperatura ambiente. Sabe-se que a porcelana tem calor específico cinco vezes menor do que o da água. Se não houver perdas de energia para a vizinhança e a xícara tiver massa de 125 g, a temperatura da água, quando o equilíbrio térmico com a xícara se estabelece, é de, em °C,

A)54,5.
B)72.
C)87.
D)89,4.
E)118,2.
C
Resolução comentada

Sem perdas para o ambiente, a energia cedida pela água é recebida pela xícara. Tomando o calor específico da água como $c$, o da porcelana vale $c/5$.

$$150c(100-T)=125\frac c5(T-9)$$

Cancelando o calor específico comum:

$$150(100-T)=25(T-9)$$

$$15000-150T=25T-225$$

$$175T=15225$$

$$T=87\ ^\circ\mathrm C$$

Alternativa C.

Q21
Eletromagnetismo — Campo magnético — Desvio da bússola

A bússola é uma invenção chinesa muito antiga. Introduzida na Europa pelos árabes, foi essencial às grandes navegações. Ao utilizar uma bússola, é importante observar a presença de campos magnéticos locais, que podem desviar a agulha de sua direção Norte–Sul.

Na figura, estão representados um circuito no plano yz e a agulha de uma bússola que pode girar livremente. Quando a chave S é ligada, a agulha da bússola:

Circuito no plano yz com bateria positiva à esquerda; x aponta para leste e a agulha inicial aponta ao norte em +y.
A)gira para leste.
B)gira para oeste.
C)gira para cima.
D)gira para baixo.
E)não se move.
A
Resolução comentada

Ao fechar a chave, a corrente convencional sai do polo positivo, percorre o lado esquerdo para cima e retorna ao polo negativo pelo lado direito.

A agulha está acima do lado superior do circuito, fora da área delimitada pela espira. Nesse lado, a corrente segue em $+y$; na região acima dele, a regra da mão direita dá campo em $+x$, identificado como leste. O sentido do campo fora da espira é oposto ao do campo em seu interior; confundir essas regiões inverte a resposta.

O polo norte da agulha tende a se alinhar ao campo resultante do campo local e do campo terrestre. Assim, ele se desvia para leste, sem que seja necessário afirmar um giro de 90 graus.

Alternativa A.

Q22
Mecânica — Referenciais — Relatividade do movimento

O conceito de referencial inercial é construído a partir dos trabalhos de Galileu Galilei e Isaac Newton, durante o século XVII. Sobre esse conceito, considere:

I. Referencial é um sistema de coordenadas e não um corpo ou conjunto de corpos.

II. O movimento é relativo, porque acontece de modo diferente em diferentes referenciais.

III. Fixando o referencial na Terra, o Sol se move ao redor dela.

Está(ão) correta(s):

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

Na terminologia adotada pela questão, referencial é o sistema de coordenadas usado para descrever posições e movimentos. Na prática, esse sistema pode ser associado a corpos e deve incluir uma referência temporal; não se confunde com o corpo material isolado.

A segunda afirmação é correta: posição, velocidade e trajetória podem ser diferentes em referenciais distintos.

A terceira descreve o movimento aparente em coordenadas fixas à Terra. Nesse referencial, o Sol se move em torno dela. Isso não torna o referencial terrestre inercial, nem equivale a uma afirmação sobre a causa das órbitas.

As três afirmações são aceitas na convenção do enunciado.

Alternativa E.

Q27
Termologia — Termodinâmica — Trabalho e calor no ciclo

Heron de Alexandria descreveu máquinas que utilizavam a expansão térmica do ar para movimentar brinquedos, abrir portas ou sugar água. Numa máquina térmica, uma amostra de gás ideal realiza, em um ciclo, as transformações indicadas no diagrama PV.

I. Na transformação A → B, existe passagem de energia da vizinhança para o gás por trabalho.

II. Na transformação B → C, não existe troca de energia por calor.

III. Na transformação C → A, existe passagem de energia da vizinhança para o gás por trabalho.

Está(ão) correta(s):

Ciclo PV: A em 2 L e 2 atm, B em 2 L e 5 atm, C em 5 L e 2 atm; BC isotérmico.
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e II.
E)apenas II e III.
C
Resolução comentada

No trecho AB, o volume permanece constante. Não há trabalho de expansão, tornando falsa a primeira afirmação.

$$W_{AB}=0$$

No trecho BC, a expansão é isotérmica. Para o gás ideal, a energia interna não varia, mas o trabalho é positivo e há recebimento de calor.

$$\Delta U_{BC}=0$$

$$Q_{BC}=W_{BC}>0$$

Na compressão CA, o trabalho realizado pelo gás é negativo: a vizinhança realiza trabalho sobre ele.

$$W_{CA}=p(V_A-V_C)<0$$

Apenas a terceira afirmação é correta.

Alternativa C.

Q29
Mecânica — Cinemática — Aceleração média no gráfico

A figura mostra o módulo da velocidade de um automóvel em função do tempo, em uma estrada retilínea e num referencial fixo na estrada.

I. De 0 a 7 min, o movimento não é MRU nem MRUV.

II. O módulo da aceleração média entre 3 e 4 min é $0{,}2\ \mathrm{m/s^2}$.

III. De 3 a 4 min, o movimento é um MRUV.

Está(ão) correta(s):

Velocidade sobe de zero a 12 m/s em 1 min; fica constante até 3 min, sobe em curva a 24 m/s em 4 min, mantém-se até 7 min e cai a zero em 8 min.
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e II.
E)I, II e III.
D
Resolução comentada

De 0 a 7 minutos, o gráfico tem patamares e trechos curvos. O movimento completo não é uniforme nem uniformemente variado; a primeira afirmação é verdadeira.

Entre 3 e 4 minutos, a velocidade passa de 12 m/s para 24 m/s.

$$\Delta t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm s$$

$$|a_{\rm média}|=\frac{24-12}{60}=0{,}2\ \mathrm{m/s^2}$$

A segunda afirmação é verdadeira. A terceira é falsa: nesse intervalo, o gráfico não é uma reta, portanto a aceleração não é constante.

São corretas I e II.

Alternativa D.

Q39
Eletricidade — Efeito Joule — Energia e corrente no chuveiro

O chuveiro elétrico é constituído essencialmente de um resistor ao redor do qual flui água. Sobre esse sistema:

I. Como o resistor dissipa energia, não vale, para ele, o princípio de conservação da energia.

II. A corrente elétrica, na entrada do chuveiro, é maior do que na saída dele.

III. Um chuveiro deve ser ligado à instalação por fios de maior diâmetro, de modo que sua resistência seja pequena e eles não tenham grande aumento de temperatura quando o aparelho está ligado.

Está(ão) correta(s):

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

A energia elétrica é convertida em energia térmica no resistor. A conservação de energia continua válida, portanto a primeira afirmação é falsa.

Em regime estacionário, a corrente que entra no chuveiro tem a mesma intensidade da que sai; a segunda é falsa.

Nos fios de alimentação, maior área de seção transversal reduz a resistência.

$$R=\rho\frac LA$$

Para a mesma corrente do aparelho, isso reduz a potência dissipada nos fios.

$$P_{\rm fios}=I^2R$$

Apenas a terceira afirmação é correta. O dimensionamento real também depende de critérios de instalação, além da relação física discutida.

Alternativa C.

Q41
Ondulatória — Cordas — Frequência e comprimento vibrante

Uma possível escala musical é representada na tabela. Considerando um violão com cordas de 1 m de comprimento, o ponto em que se deve pressionar a corda “dó”, para que ela soe como um “mi”, é, em metros:

Escala musical do caderno
NotaFrequência (Hz)
dó262
ré294
mi330
fá349
sol392
lá440
si494
Eixo x do comprimento da corda: zero à esquerda e 1 m à direita, sobre o desenho do violão.
A)0,5.
B)0,6.
C)0,7.
D)0,8.
E)0,9.
D
Resolução comentada

Para a mesma corda, mantendo a tensão e a densidade linear, a velocidade da onda permanece a mesma. A frequência fundamental é:

$$f=\frac{v}{2L}$$

Logo, o produto entre frequência e comprimento vibrante é constante.

$$f_{\rm dó}L_{\rm dó}=f_{\rm mi}L_{\rm mi}$$

$$L_{\rm mi}=\frac{262\cdot1}{330}$$

$$L_{\rm mi}\approx0{,}794\ \mathrm m$$

Na orientação do eixo da figura, a região vibrante vai da origem ao ponto pressionado. A posição aproximada é 0,8 m.

Alternativa D.

Q42
Mecânica — Gravitação — Imponderabilidade em órbita

Com os avanços tecnológicos ocorridos durante o século XX, principalmente com a evolução dos computadores, tornou-se possível viajar pelo espaço cósmico. Muitos esforços estão sendo empreendidos atualmente para manter estações espaciais em órbita terrestre. Numa dessas estações, um astronauta experimenta o fenômeno da imponderabilidade. Esse fenômeno ocorre, porque

A)as forças centrípeta e centrífuga que atuam sobre o astronauta se cancelam mutuamente.
B)o módulo da força gravitacional da Terra sobre o astronauta é praticamente zero.
C)as forças de atração gravitacional da Terra e da Lua sobre o astronauta se cancelam mutuamente.
D)a estação espacial e o astronauta têm praticamente a mesma órbita ao redor da Terra.
E)a força de atração da Terra e a força centrífuga sobre o astronauta se cancelam mutuamente.
D
Resolução comentada

A estação e o astronauta estão em queda livre orbital e experimentam praticamente a mesma aceleração gravitacional.

$$a=\frac{GM}{r^2}$$

Como seus movimentos orbitais são praticamente comuns, o piso não precisa sustentar o astronauta como sustentaria alguém parado no solo. A força de apoio, associada ao peso aparente, fica próxima de zero.

A gravidade continua atuando e fornece a aceleração centrípeta. A imponderabilidade não decorre da ausência de gravidade nem do cancelamento físico entre forças centrípeta e centrífuga em um referencial inercial.

Alternativa D.

Q43
Eletricidade — Campo elétrico — Desvio de gotas carregadas

Numa impressora por jato de tinta, pequenas gotas são eletrizadas, passam entre duas placas metálicas P1 e P2 e atingem o papel. O potencial em P1 é maior que o potencial em P2.

I. Existe um campo elétrico no sentido de P1 para P2.

II. As gotas das trajetórias A, B e C têm cargas positiva, nula e negativa, respectivamente.

III. Se o campo entre as placas fosse uniforme, as trajetórias A e C seriam parábolas entre as placas.

Está(ão) correta(s):

Gotas entre P1 à esquerda e P2 à direita; A curva à esquerda, B segue reta e C curva à direita.
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e II.
E)apenas I e III.
E
Resolução comentada

Como o potencial em P1 é maior, o campo elétrico aponta de P1 para P2. A primeira afirmação é verdadeira.

$$\vec F=q\vec E$$

A trajetória A desvia para P1, contra o campo: sua carga é negativa. A trajetória C desvia no sentido do campo: sua carga é positiva. No modelo representado, a trajetória B corresponde à gota sem carga. A segunda afirmação inverte os sinais e é falsa.

Se o campo fosse uniforme, a aceleração transversal seria constante, enquanto a componente longitudinal permaneceria uniforme no modelo idealizado.

$$a_{\perp}=\frac{qE}{m}$$

Essas duas componentes produziriam trajetórias parabólicas entre as placas. A terceira afirmação é verdadeira.

São corretas I e III.

Alternativa E.

Q47
Óptica — Refração — Reflexão total na fibra óptica

As fibras óticas foram inventadas na década de 1950 e estão sendo usadas para transmitir informação. Um tipo de fibra ótica é formado por um cilindro de vidro com índice de refração n 1 e recoberto por uma camada de vidro com índice de refração n 2. A luz se propaga no cilindro central e não passa à camada externa, porque realiza reflexões totais na superfície de separação. Para que ocorram essas reflexões totais,

A)$n_1>n_2$
B)$n_1=0$
C)$n_1=n_2$
D)$n_2>n_1$
E)$n_2=0$
A
Resolução comentada

A reflexão total só pode ocorrer quando a luz incide, a partir do meio de maior índice, sobre a interface com o de menor índice.

$$n_1>n_2$$

O ângulo crítico satisfaz:

$$\sin\theta_c=\frac{n_2}{n_1}$$

Além dessa desigualdade, os raios guiados precisam incidir com ângulo maior que o crítico, medido em relação à normal. A pergunta solicita a condição sobre os índices; não implica que qualquer incidência no núcleo produza reflexão total.

Alternativa A.