UFSM 2023: Vestibular Extraordinário — Física com resolução

Q31

Eletromagnetismo — Eletrodinâmica — Resistência elétrica

O texto a seguir refere-se às questões 31 e 32.

Retrato de Marcia Cristina Bernardes Barbosa.

Fonte: https://gauchazh.clicrbs.com.br/tecnologia/noticia/2023/04/marcia-barbosa-vejo-o-dialogo-muito-mais-potencializado-quando-temos-mulheres-no-poder-clgz6ma9z002m016xl2xz3293.html. Acesso em: 15 maio 2023.

Em entrevista ao site clicRBS, Marcia Cristina Bernardes Barbosa, professora e pesquisadora da UFRGS que assumiu a Secretaria de Políticas e Programas Estratégicos do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação em 2023, respondeu sobre quando surgiu seu interesse pela física, pela pesquisa e pela docência.

“No Ensino Médio, minha escola pública, sem grana, ganhou uns experimentos da igreja local. O diretor me pediu para ir lá à noite montar. Achavam que eu era boa aluna e saberia fazer. Era uma aventura, todo dia eu tinha uma coisa para montar. Uma vez, tive que secar umas amostras. Em química, é importante secar bem devagar para cristalizar, evaporando devagar. Isso é bom fazer em um forno. Se você pensar em forno de micro-ondas, vou rir, porque não existia forno de micro-ondas, elétrico muito menos. O que fiz? Peguei tijolos de uma obra do colégio e uma resistência de casa. Fiz um forno elétrico caseiro. Caiu a rede de energia porque cometi um erro, mas arrumei e deu tudo certo”.

Vale destacar que Marcia Barbosa ganhou o Prêmio L’Oréal-Unesco em 2013, foi eleita membro da Academia Mundial de Ciências em 2019 e foi uma das “cientistas brasileiras que fizeram história” citada pela revista Forbes.

Fonte: https://gauchazh.clicrbs.com.br/tecnologia/noticia/2023/04/marcia-barbosa-vejo-o-dialogo-muito-mais-potencializado-quando-temos-mulheres-no-poder-clgz6ma9z002m016xl2xz3293.html. Acesso em: 15 maio 2023. (Adaptado)

Na criação de seu forno caseiro, Marcia Barbosa inicialmente cometeu um erro que logo foi reparado. Considerando que seu erro foi devido à escolha equivocada da resistência utilizada, algumas opções para corrigir seu equívoco são apresentadas a seguir.

I → Usar uma resistência de maior comprimento fará com que haja uma diminuição na intensidade da corrente elétrica.

II → Usar uma resistência de maior espessura fará com que haja uma diminuição na intensidade da corrente elétrica.

III → Usar uma resistência cujo material apresente maior resistividade fará com que haja uma diminuição na intensidade da corrente elétrica.

Está(ão) correta(s)

A)apenas I.

B)apenas II.

C)apenas III.

D)apenas I e III.

E)apenas II e III.

D

Resolução comentada

Para diminuir a corrente em um forno alimentado pela mesma rede, é preciso aumentar a resistência elétrica. Pela lei de Ohm, $I=U/R$. A resistência de um fio uniforme depende da resistividade $\rho$ do material, do comprimento $L$ e da área $A$ da seção transversal.

$$R=\rho\frac{L}{A}$$

I é verdadeira. Aumentar $L$ aumenta $R$ e reduz a corrente. II é falsa. Um fio mais grosso tem seção maior, o que reduz $R$ e aumenta a corrente. III é verdadeira. Aumentar $\rho$ aumenta $R$ e reduz a corrente.

Estão corretas I e III.

Alternativa correta: D.

Q32

Eletromagnetismo — Eletrodinâmica — Associação de resistores

O texto a seguir refere-se às questões 31 e 32.

Fonte: https://gauchazh.clicrbs.com.br/tecnologia/noticia/2023/04/marcia-barbosa-vejo-o-dialogo-muito-mais-potencializado-quando-temos-mulheres-no-poder-clgz6ma9z002m016xl2xz3293.html. Acesso em: 15 maio 2023.

Em entrevista ao site clicRBS, Marcia Cristina Bernardes Barbosa, professora e pesquisadora da UFRGS que assumiu a Secretaria de Políticas e Programas Estratégicos do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação em 2023, respondeu sobre quando surgiu seu interesse pela física, pela pesquisa e pela docência.

“No Ensino Médio, minha escola pública, sem grana, ganhou uns experimentos da igreja local. O diretor me pediu para ir lá à noite montar. Achavam que eu era boa aluna e saberia fazer. Era uma aventura, todo dia eu tinha uma coisa para montar. Uma vez, tive que secar umas amostras. Em química, é importante secar bem devagar para cristalizar, evaporando devagar. Isso é bom fazer em um forno. Se você pensar em forno de micro-ondas, vou rir, porque não existia forno de micro-ondas, elétrico muito menos. O que fiz? Peguei tijolos de uma obra do colégio e uma resistência de casa. Fiz um forno elétrico caseiro. Caiu a rede de energia porque cometi um erro, mas arrumei e deu tudo certo”.

Vale destacar que Marcia Barbosa ganhou o Prêmio L’Oréal-Unesco em 2013, foi eleita membro da Academia Mundial de Ciências em 2019 e foi uma das “cientistas brasileiras que fizeram história” citada pela revista Forbes.

Fonte: https://gauchazh.clicrbs.com.br/tecnologia/noticia/2023/04/marcia-barbosa-vejo-o-dialogo-muito-mais-potencializado-quando-temos-mulheres-no-poder-clgz6ma9z002m016xl2xz3293.html. Acesso em: 15 maio 2023. (Adaptado)

Suponha que, na situação reportada na questão anterior, para solucionar o problema da rede elétrica ter caído (desligando-se), a cientista dispunha de outras resistências elétricas iguais à primeira.

A alternativa que apresenta o melhor circuito para evitar a queda de energia é

A)

B)

Três ramos em paralelo, cada um com um resistor.

C)

Dois ramos em paralelo, um com dois resistores em série e outro com um resistor.

D)

Dois resistores em paralelo seguidos de um resistor em série.

E)

Três resistores em sequência, com um fio ligando os terminais do resistor central.

A

Resolução comentada

Os diagramas mostram a mesma fonte alimentando três resistores iguais, cada um de resistência $R$. Pela lei de Ohm, $I=U/R_{\mathrm{eq}}$. Para reduzir a corrente total e evitar a sobrecarga, escolhemos o circuito de maior resistência equivalente.

A: a corrente atravessa os três resistores em série. $R_{\mathrm{eq}}=3R$.
B: os três resistores ligam os mesmos dois nós. $R_{\mathrm{eq}}=R/3$.
C: o ramo com $2R$ está em paralelo com o ramo de $R$. $R_{\mathrm{eq}}=2R/3$.
D: o par em paralelo vale $R/2$ e está em série com $R$. $R_{\mathrm{eq}}=3R/2$.
E: o fio une os dois terminais do resistor central, deixando-o sem diferença de potencial. Os dois resistores externos ficam em série, com $R_{\mathrm{eq}}=2R$.

O circuito A tem a maior resistência, $3R$, e limita a corrente a $U/(3R)$.

Alternativa correta: A.

Q33

Termologia — Propagação do calor — Irradiação

Manchete sobre o prêmio internacional de astronomia e retrato de Marina Bianchin.

Fonte: https://gauchazh.clicrbs.com.br/tecnologia/noticia/2023/06/pesquisadora-gaucha-e-a-primeira-brasileira-a-vencer-premio-internacional-de-astronomia-clidn37rr00dg01563an1sllw.html. Acesso em: 02 jun. 2023.

A seguir, destacamos alguns trechos da entrevista realizada pela GZH com a astrônoma Marina Bianchin, que cursou graduação, mestrado e doutorado em Física na UFSM.

“— Ter recebido esse prêmio é importante para mostrar que a universidade pública no Brasil consegue fazer pesquisa de qualidade mesmo com todos os cortes no orçamento. É uma prova que conseguimos competir com pessoas do mundo inteiro — diz a jovem.

— A ideia é estudar nuvens de gás molecular que podem ser ejetadas da região próxima de buracos negros que estão no centro das galáxias. A localização e velocidade dessas nuvens podem influenciar na formação de novas estrelas e na evolução das galáxias — resume a pesquisadora.”

Fonte: https://gauchazh.clicrbs.com.br/tecnologia/noticia/2023/06/pesquisadora-gaucha-e-a-primeira-brasileira-a-vencer-premio-internacional-de-astronomia-clidn37rr00dg01563an1sllw.html. Acesso em: 02 jun. 2023. (Adaptado)

Em uma de suas publicações, Marina cita alguns elementos químicos identificados em seus objetos de estudo e seus respectivos comprimentos de onda [Fe II] λ5,34 μm e [Ar II] λ6,99 μm. Em seus estudos, a cientista utiliza dados obtidos pelos telescópios espacial James Webb e Keck, localizado no Havaí. A alternativa que apresenta o processo físico pelo qual a radiação eletromagnética emitida pelas galáxias chega até os telescópios citados é

A)Condução.

B)Convecção.

C)Evaporação.

D)Irradiação.

E)Vaporização.

D

Resolução comentada

Os comprimentos de onda citados correspondem à radiação infravermelha emitida pelas galáxias. Essa radiação é uma onda eletromagnética e atravessa o espaço até os telescópios mesmo no vácuo. Esse processo é a irradiação.

A condução depende de interações na matéria e a convecção envolve o movimento de um fluido. Evaporação e vaporização descrevem mudanças de fase.

Alternativa correta: D.

Q34

Termologia — Termometria — Escalas termométricas

Em seus artigos, a astrofísica Marina Bianchin cita que utiliza em seus cálculos valores de temperatura eletrônica de, por exemplo, 10⁴ K. Supondo que a jovem pesquisadora determinasse uma variação de temperatura de 10² K em seus estudos, considere as afirmativas a seguir.

I → Essa variação de temperatura, na escala Celcius, seria de 100 ºC.

II → Essa variação de temperatura, na escala Fahrenheit, seria de 180 ºF.

III → Uma temperatura de 100 K corresponde a 100 ºC quando expressa na escala Celcius.

Está(ão) correta(s)

A)apenas I.

B)apenas III.

C)apenas I e II.

D)apenas II e III.

E)apenas I, II e III.

C

Resolução comentada

A questão distingue variação de temperatura de uma leitura na escala. Kelvin e Celsius têm intervalos de mesmo tamanho. Um intervalo de $1\,\mathrm K$ equivale a $1\,{}^\circ\mathrm C$ e a $1{,}8\,{}^\circ\mathrm F$.

I é verdadeira: $\Delta T=10^2\,\mathrm K$ equivale a $100\,{}^\circ\mathrm C$ de variação. II é verdadeira: a variação em Fahrenheit é $\tfrac95\cdot100=180\,{}^\circ\mathrm F$.

III é falsa. Para converter uma leitura de $100\,\mathrm K$, aplica-se o deslocamento entre os zeros: $(100-273{,}15)\,{}^\circ\mathrm C=-173{,}15\,{}^\circ\mathrm C$. Estão corretas I e II.

Alternativa correta: C.

Q35

Eletromagnetismo — Eletrostática — Lei de Coulomb

Em 1948, Sonja Ashauer defendeu sua tese intitulada Problems on electrons and electromagnetic radiation (Problemas sobre elétrons e radiação eletromagnética) e tornou-se a primeira brasileira a concluir doutorado em Física. Devido à sua excelência acadêmica durante a graduação na Universidade de São Paulo, antiga Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras (FFCL), Sonja recebeu uma bolsa para estudar em Cambridge, onde foi orientada por Paul Dirac, vencedor do prêmio Nobel de Física de 1933.

Sonja Ashauer faleceu meses depois de retornar ao Brasil, em 21 de agosto de 1948, aos 25 anos. Sua morte foi de grande pesar para a comunidade acadêmica, pois seu potencial poderia fazê-la uma física extraordinária.

Fonte: http://memoria.cnpq.br/pioneiras-view/-/journal_content/56_INSTANCE_a6MO/10157/902653;jsessionid=C9A8A8C4B643C3848E9A546B6DF95D2B?p_p_state=pop_up&_56_INSTANCE_a6MO_viewMode=print. Acesso em: 17 maio 2023. (Adaptado)

Tendo em vista a carga elementar, considere que dois corpos, A e B, de dimensões desprezíveis e com carência de elétrons, possuem cargas Q_A e Q_B, respectivamente. Quando os corpos estão separados por uma distância d, no vácuo, a força eletrostática entre eles tem módulo F. Se através de um dos processos de eletrização aumentarmos a carência de elétrons dos corpos, A e B, até duplicarmos o valor inicial de suas cargas, e duplicarmos também a distância entre eles, a nova força eletrostática entre eles terá módulo F'. A alternativa que relaciona corretamente as forças F e F' é

A)F' = F/4

B)F' = F/2

C)F' = F

D)F' = 2F

E)F' = 4F

C

Resolução comentada

Os corpos têm dimensões desprezíveis em relação à separação e estão no vácuo. Pela lei de Coulomb, o módulo da força é $F=k|Q_AQ_B|/d^2$.

Duplicar as duas cargas multiplica seu produto por quatro. Duplicar a separação também multiplica por quatro o denominador.

$$F'=k\frac{|(2Q_A)(2Q_B)|}{(2d)^2}=k\frac{4|Q_AQ_B|}{4d^2}=F$$

As cargas continuam positivas e a interação continua repulsiva, com o mesmo módulo.

Alternativa correta: C.

Q36

Mecânica — Gravitação — Peso na superfície

Manchete No entorno dos buracos negros e retrato de Thaisa Storchi Bergmann.

Fonte: https://revistapesquisa.fapesp.br/thaisa-storchi-bergmann-no-entorno-dos-buracos-negros/. Acesso em: 19 maio 2023.

A pesquisadora Thaisa Storchi Bergmann é uma das mais respeitadas especialistas em buracos negros supermassivos. A expressão designa regiões do espaço extremamente compactas, situadas no centro da maior parte das galáxias conhecidas, onde a gravidade é tão forte que nada lhe escapa, nem a luz. Em 2010, Thaisa recebeu o Prêmio Scopus, da Editora Elsevier, e, em 2015, o Prêmio L’Oréal/Unesco para Mulheres na Ciência. Além de ser membro da Academia Brasileira de Ciências (ABC), ela também é membro da Academia Mundial de Ciências (TWAS), da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB) e da União Astronômica Internacional (IAU).

Fonte: https://revistapesquisa.fapesp.br/thaisa-storchi-bergmann-no-entorno-dos-buracos-negros/. Acesso em: 19 maio 2023. (Adaptado)

Os buracos negros supermassivos estudados pela cientista apresentam campo gravitacional muito intenso. Astros menos massivos, como por exemplo o Sol e os planetas, geram campos gravitacionais menos intensos. Se, nas proximidades do planeta Terra, o peso de uma astronauta de massa m é P, qual será o peso dessa astronauta se ela estiver em um exoplaneta (planeta pertencente a uma estrela que não o nosso Sol) com massa 4 vezes maior que a terra e mesmo raio?

A)P/4

B)P/2

C)P

D)2P

E)4P

E

Resolução comentada

O peso é a força gravitacional sobre a astronauta. Na superfície de um planeta de massa $M$ e raio $r$, a lei da gravitação dá $P=GMm/r^2$. A massa $m$ da astronauta e a distância ao centro do planeta permanecem as mesmas na comparação.

$$P_{\mathrm{exo}}=\frac{G(4M_{\mathrm T})m}{r^2}=4P$$

A massa da astronauta permanece a mesma e seu peso quadruplica.

Alternativa correta: E.

Q37

Mecânica — Cinemática — Queda livre

Considere que, no planeta Terra, um objeto solto de uma altura de 20 metros leve 2 s para chegar à sua superfície. Quanto tempo, aproximadamente, esse objeto levará para percorrer a mesma altura em um exoplaneta cuja aceleração gravitacional seja a metade da determinada na terra? Despreze forças dissipativas durante a queda nos dois movimentos.

A)1,0 s

B)1,4 s

C)1,8 s

D)2,0 s

E)2,8 s

E

Resolução comentada

O objeto parte do repouso e a questão despreza forças dissipativas. Para uma queda com aceleração gravitacional constante, $h=\tfrac12gt^2$. Como a altura é a mesma nos dois planetas, a metade da aceleração precisa ser compensada pelo dobro de $t^2$.

$$t_{\mathrm{exo}}=\sqrt{\frac{g_{\mathrm T}}{g_{\mathrm{exo}}}}\,t_{\mathrm T}=\sqrt{2}\cdot2\,\mathrm s\approx2{,}8\,\mathrm s$$

O tempo aumenta por um fator $\sqrt{2}$, pois a distância depende do quadrado do tempo de queda.

Alternativa correta: E.

Q38

Óptica — Refração — Refração atmosférica

Quando contemplamos uma estrela no céu, estamos observando-a em uma posição dita ________________, porque a luz ao atravessar a atmosfera terrestre se ________________ devido a variação da densidade nas camadas de ar.

Assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas acima.

A)real e refrata

B)aparente e refrata

C)real e reflete

D)aparente e reflete

E)real e difrata

B

Resolução comentada

A densidade do ar varia com a altitude, e com ela varia o índice de refração. Ao atravessar essas camadas, a luz muda gradualmente de direção por refração.

O observador localiza a estrela prolongando em linha reta a direção da luz que chega ao olho. Esse prolongamento aponta para uma posição aparente, deslocada da direção real da estrela. As lacunas são preenchidas por “aparente” e “refrata”.

Alternativa correta: B.