UFSM · 2024 — Vestibular: questões de Física com resolução
Vestibular tradicional · três aplicações
E1 · Prova 1 · 13/01/2024, tarde
Vestibular UFSM 2024
Os botões E1, E2 e E3 correspondem às Provas 1, 2 e 3 do vestibular tradicional. Esta edição não é o Processo Seletivo Seriado (PSS).
Aplicações: 13 de janeiro à tarde, 14 de janeiro pela manhã e 14 de janeiro à tarde. Cada caderno tem 40 questões; aqui estão reunidas as 11 questões de Física.
Respostas conferidas com os gabaritos definitivos publicados pela UFSM em 26/01/2024. As classificações TEF são análises editoriais da demanda das questões.
Para gatos de estimação que vivem em apartamentos, podem ser construídos painéis de parede com prateleiras, plataformas e esconderijos de modo que eles explorem o ambiente e se exercitem. Em uma parede com um desses painéis, três prateleiras estão fixadas conforme a figura. Um gato pula na horizontal, da prateleira P3 para a prateleira P2. Usando g = 9,81 m/s², considerando o animal como uma partícula e ignorando a resistência do ar, num referencial fixo no painel, o tempo que ele permanece no ar é
A)0,10 s.
B)0,23 s.
C)0,32 s.
D)0,64 s.
E)0,84 s.
C
Resolução comentada
A velocidade vertical inicial é nula. Entre P3 e P2, o gato cai 0,50 m; o tempo depende apenas desse movimento vertical.
A velocidade horizontal não altera o tempo para atingir a altura da prateleira inferior.
Alternativa correta: C.
E1 · Q18
Mecânica — Trabalho e Energia — Trabalho do peso
Dados comuns às questões 17 a 20: g=9,81 m/s²; desconsidere a resistência do ar.
Considere que um gato com massa de 3,20 kg pula da prateleira P3 para a P2. No mesmo referencial e com as mesmas hipóteses, a energia associada ao trabalho realizado pela Terra sobre o gato enquanto ele está no ar é, aproximadamente,
A)9,81 J.
B)15,70 J.
C)25,51 J.
D)31,39 J.
E)41,20 J.
B
Resolução comentada
O trabalho da força gravitacional depende da variação de altura. Na descida, é positivo:
$$W_P=mg\Delta h$$
$$W_P=3{,}20\cdot9{,}81\cdot0{,}50$$
$$W_P\approx15{,}70\,\mathrm{J}$$
A forma da trajetória não modifica esse trabalho entre as mesmas alturas.
Alternativa correta: B.
E1 · Q19
Mecânica — Quantidade de Movimento — Impulso e força média
Dado do bloco comum: massa do gato de 3,20 kg; o gato parte do repouso.
Imagine que, para realizar o pulo, o gato toma impulso durante 0,50 s a partir do repouso e separa-se da prateleira P3 com uma velocidade horizontal de módulo igual a 3,40 m/s. No mesmo referencial e com as mesmas hipóteses, o módulo da força horizontal média exercida pelo gato sobre a prateleira é
A)2,18 N.
B)6,80 N.
C)10,88 N.
D)18,50 N.
E)21,76 N.
E
Resolução comentada
O impulso horizontal da prateleira modifica a quantidade de movimento do gato. A massa de 3,20 kg é a mesma informada no bloco comum.
Pela terceira lei de Newton, a força média exercida pelo gato sobre a prateleira tem esse mesmo módulo e sentido oposto.
Alternativa correta: E.
E1 · Q20
Mecânica — Dinâmica — Gravitação e terceira lei de Newton
O gato pula diversas vezes de uma prateleira para outra no painel de parede. Com relação ao referencial inercial já considerado e à interação gravitacional entre o gato e a Terra, considere as afirmativas a seguir.
I → Se o gato pula da prateleira P3 para a prateleira P2, a interação é atrativa, e se ele pula da prateleira P2 para a prateleira P3, a interação é repulsiva.
II → A força exercida pelo gato sobre a Terra e a força exercida pela Terra sobre o gato têm módulos iguais.
III → Se o gato pula da prateleira P2 para a prateleira P3, a força gravitacional exercida pela Terra sobre ele no ponto mais alto de sua trajetória é nula. Está(ão) correta(s)
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas II e III.
E)I, II e III.
B
Resolução comentada
I é falsa: a gravitação entre o gato e a Terra permanece atrativa, independentemente do sentido do salto.
II é verdadeira: gato e Terra exercem forças gravitacionais de mesmo módulo e sentidos opostos, aplicadas em corpos diferentes.
III é falsa: mesmo no ponto mais alto, a força gravitacional permanece. Uma velocidade vertical instantaneamente nula não implica força ou aceleração nula.
Alternativa correta: B.
E2 · Q02
Mecânica — Hidrostática — Empuxo e flutuação
“Os principais meios de transporte no rio Amazonas são embarcações como a canoa, a rabeta e o barco. Todos flutuam por efeito do empuxo exercido pela água, conforme a lei de Arquimedes.” Fonte: FÍSICA NET. Disponível em: <https://fisica.net/hidrostatica/ principio_de_arquimedes_empuxo.php>. Acesso em: 26 dez. 2023. Em relação ao empuxo da água sobre a embarcação, considere as afirmativas a seguir.
I → Quanto maior a massa da carga colocada na embarcação, maior o módulo do empuxo.
II → Com carga ou sem carga, o módulo do empuxo depende apenas do módulo do peso da própria embarcação.
III → O módulo do empuxo depende da forma da parte submersa do casco da embarcação. Está(ão) correta(s)
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e III.
E)apenas II e III.
A
Resolução comentada
Para a embarcação flutuando em equilíbrio, o empuxo equilibra o peso total da embarcação e da carga:
$$E=(m_{\mathrm{barco}}+m_{\mathrm{carga}})g$$
$$E=\rho_{\mathrm{água}}gV_{\mathrm{submerso}}$$
I é verdadeira: mais carga exige maior empuxo e maior volume submerso.
II é falsa porque ignora o peso da carga. III é falsa: em um líquido homogêneo, o empuxo depende do volume deslocado, não diretamente da forma do casco.
Alternativa correta: A.
E2 · Q03
Ondulatória — Ondas eletromagnéticas — Ondas de rádio
Para monitorar o espaço aéreo amazônico, os órgãos de defesa do Brasil criaram o SIVAM (Sistema de Vigilância da Amazônia). Dentre os meios tecnológicos disponíveis nesse sistema, há um conjunto de radares para coleta de informações meteorológicas e de tráfego aéreo. O radar é um aparelho de detecção e localização que usa ondas de rádio. Parte das ondas emitidas se reflete no alvo e volta a um receptor, que analisa e determina as características e a localização do alvo. Em relação a esse contexto, considere as afirmativas a seguir.
I → As ondas de rádio e as ondas sonoras têm a mesma natureza.
II → As ondas de rádio diferem das ondas luminosas pela frequência e pelo comprimento de onda.
III → Nas ondas de rádio, campos elétricos e magnéticos oscilam perpendicularmente à direção de propagação das ondas. Está(ão) correta(s)
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e II.
E)apenas II e III.
E
Resolução comentada
I é falsa: ondas sonoras são mecânicas, enquanto ondas de rádio são eletromagnéticas.
II é verdadeira: rádio e luz visível pertencem ao espectro eletromagnético, distinguindo-se por frequência e comprimento de onda.
III é verdadeira: na propagação de uma onda eletromagnética no espaço livre, os campos elétrico e magnético oscilam perpendicularmente à direção de propagação.
Alternativa correta: E.
E2 · Q14
Termologia — Calorimetria — Aquecimento por painel solar
“As usinas hidrelétricas instaladas na Amazônia produzem cerca de 25% da energia elétrica consumida no Brasil. Mesmo assim, dentre os habitantes da região, pelo menos três milhões têm suas demandas de energia elétrica supridas por usinas termoelétricas, e cerca de um milhão de moradores contam apenas com geradores individuais que funcionam a óleo diesel ou a gasolina.” Fonte: SUZUKI. S. Amazônia gera 26% da energia elétrica do país, mas tem 1 milhão de pessoas no escuro. BBC News Brasil. Publicado em: 03 jun. 2022. Disponível em: <https://www.bbc.com/portuguese/brasil-61654989>. Acesso em: 26 dez. 2023. (Adaptado)
Fonte: SARANGI. B. Painéis solares. Pixabay. Publicado em: 01 jul. 2018. Disponível em: <https://pixabay.com/pt/photos/pain%C3%A9is-solaresenergia-renov%C3%A1vel-3507949/>. Acesso em: 28 dez. 2023. Uma alternativa ecologicamente correta, inclusive considerando as hidrelétricas, é o uso de painéis solares, representados na figura acima, que geram energia elétrica a partir da radiação solar. Um painel desse tipo, com área de 1 m², gera 40 J de energia elétrica por segundo. Se a energia gerada for utilizada, sem perdas, para elevar a temperatura de 1 litro de água, cujo calor específico vale cerca de 4 × 10³ J/kg ºC, de 20 ºC até 70 ºC, o tempo levado é de aproximadamente
A)$2\times10^3\,\mathrm{s}$.
B)$4\times10^3\,\mathrm{s}$.
C)$5\times10^3\,\mathrm{s}$.
D)$7\times10^3\,\mathrm{s}$.
E)$9\times10^3\,\mathrm{s}$.
C
Resolução comentada
Um litro de água corresponde aproximadamente a 1 kg. O painel fornece potência de 40 J/s:
Termologia — Calorimetria — Conceito e sentido do calor
“Não é apenas na Amazônia que ocorrem incêndios florestais. Os incêndios no Canadá bateram o recorde histórico, em mais de 77,9 mil km² de florestas queimadas em 2023, uma área equivalente a quase duas vezes a área do estado do Rio de Janeiro.” Fonte: MAES. J. Incêndios florestais no Canadá batem recorde e fumaça chega à Europa. Folha de São Paulo. Publicado em: 28 jun. 2023. Disponível em: <https://www1.folha.uol.com.br/ ambiente/2023/06/incendios-florestais-no-canada-batem-recorde-efumaca-chega-a-europa.html. Acesso em: 26 dez 2023 (Adaptado). Existem diferentes termos e expressões que remetem ao conceito de calor, tais como queimadas, incêndios e altas temperaturas. Na Física, é usual definir calor como energia em trânsito entre corpos com diferentes temperaturas. Com relação a esse contexto, é correto afirmar que
A)calor é a energia cinética total dos átomos e/ou das moléculas de um corpo.
B)a temperatura de um corpo indica a quantidade de calor armazenada nesse corpo.
C)calor é a energia vibratória dos átomos e/ou das moléculas de um corpo.
D)a temperatura média nos meses de verão é mais quente se comparada à temperatura média nos meses de inverno.
E)existe calor espontâneo do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.
E
Resolução comentada
Calor designa energia transferida por diferença de temperatura. A transferência espontânea ocorre do corpo com maior temperatura para aquele com menor temperatura.
Energia cinética e vibratória das partículas contribuem para a energia interna, mas não são calor armazenado. Temperatura também não mede quantidade de calor.
Uma temperatura pode ser maior ou menor; “quente” qualifica um corpo ou ambiente, não uma grandeza numérica.
Alternativa correta: E.
E3 · Q12
Óptica — Refração — Posição real e aparente de um peixe
O peixe é um importante alimento para populações ribeirinhas, em particular para os povos originários do Brasil. Os Karajás e os Javaés que habitam a Ilha do Bananal, na Amazônia, ainda fazem do arco e flecha uma das suas modalidades de pesca. A figura a seguir representa uma cena de pesca com arco e flecha.
Em relação à figura e à Ótica Geométrica, considere as afirmativas a seguir.
I → O peixe está na posição indicada pela letra C.
II → A linha tracejada D-B-A representa um raio de luz refletido pelo peixe.
III → A linha tracejada A-D representa um raio de luz emitido pelo olho do pescador ao mirar o peixe. Está(ão) correta(s)
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas III.
D)apenas I e III.
E)apenas II e III.
B
Resolução comentada
A luz refletida pelo peixe real em D chega à superfície em B e refrata ao passar da água para o ar, alcançando o olho em A. O olho prolonga o raio recebido e percebe uma imagem aparente em C.
I é falsa: C é a posição aparente, não a posição real do peixe.
II é verdadeira: D–B–A descreve o caminho da luz que chega ao pescador.
III é falsa: o olho recebe luz; não emite um raio em direção ao peixe para enxergá-lo.
Alternativa correta: B.
E3 · Q19
Eletricidade — Magnetismo — Funcionamento do alto-falante
Na cultura brasileira, trio elétrico é um caminhão aparelhado para apresentação de música ao vivo. Por meio de caixas amplificadoras e alto-falantes, os sons das músicas de axé, samba e frevo, entre outros, chegam a uma multidão de ouvintes. A figura a seguir ilustra a estrutura básica de um alto-falante.
Com base na figura, considere as afirmativas a seguir, relacionadas ao funcionamento de um alto-falante.
I → Uma corrente elétrica variável percorre a bobina e cria um campo magnético também variável.
II → O campo magnético gerado na bobina interage com o campo magnético do ímã permanente.
III → A interação dos dois campos magnéticos gera ondas sonoras que são amplificadas pelo cone do alto-falante. Está(ão) correta(s)
A)apenas I.
B)apenas II.
C)apenas I e II.
D)apenas II e III.
E)I, II e III.
C
Resolução comentada
I é verdadeira: a corrente variável da bobina produz um campo magnético variável.
II é verdadeira: a interação magnética com o ímã permanente produz forças que movimentam a bobina e o cone.
III é falsa: o som nasce das oscilações mecânicas do cone, que produzem compressões e rarefações no ar. Não há uma onda sonora criada diretamente pelos campos para depois ser amplificada pelo cone.
Alternativa correta: C.
E3 · Q21
Física Moderna — Física Quântica — Transições no modelo de Bohr
Para os gaúchos, churrasco é a carne salgada, assada num espeto mantido a certa altura sobre brasas vivas enquanto se conversa e se contam causos e aventuras. A carne é virada de tempos em tempos para que não asse apenas em um dos lados. Nesse processo, não se pode deixar de perceber a carne pingando água salgada sobre as brasas, o chiado característico da água evaporando ao contato com as brasas e, então, os lampejos de luz amarela que provêm do sódio presente no sal que salga a água. Um modelo atômico simples que permite entender esses lampejos de luz amarela é o modelo atômico de Bohr. Com relação a esse modelo, assinale a alternativa correta.
A)Como a energia se conserva, o átomo emite ou absorve radiação eletromagnética sem que sua energia mude.
B)Os elétrons movem-se ao redor do núcleo atômico em orbitais e não em órbitas bem definidas.
C)Os elétrons se mantêm em órbitas ao redor do núcleo atômico por efeito da interação nuclear fraca.
D)O átomo em repouso pode ter qualquer energia, como se fosse um sistema solar microscópico com os elétrons em lugar dos planetas.
E)O átomo passa de um estado estacionário a outro, absorvendo ou emitindo radiação eletromagnética.
E
Resolução comentada
No modelo de Bohr, os estados estacionários têm energias discretas. Ao receber energia, o átomo pode passar a um nível superior; ao retornar a um nível inferior, emite um fóton.
$$E_{\mathrm{fóton}}=E_i-E_f=h\nu$$
Os lampejos de uma cor específica estão relacionados às diferenças de energia entre níveis. Orbitais pertencem ao modelo quântico posterior; a ligação elétron–núcleo é eletromagnética, não nuclear fraca.
