UFSM · 2025 — Vestibular: questões de Física com resolução
Vestibular tradicional · três aplicações
E1 · Prova 1 · 11/01/2025, tarde
Vestibular UFSM 2025
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: 11 de janeiro à tarde, 12 de janeiro pela manhã e 12 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 24/01/2025. As classificações TEF são análises editoriais da demanda das questões.
Mecânica — Trabalho e Energia — Energia, potência e rendimento
Questão com ressalva editorial: disponível para estudo, sem entrar no desempenho. Consulte a resolução.
A realização de movimentos no dia a dia pode fazer a diferença na saúde das pessoas. Utilizar escadas, em vez de elevadores, e outras pequenas mudanças de comportamento ajudam a manter o corpo mais ativo, diminuindo o sedentarismo, as doenças cardíacas e até as doenças neurodegenerativas. Fonte: BRASIL. Movimentos rotineiros como subir escada podem salvar o coração. Brasilia, DF: Senado Federal, 2018. Disponível em: <https://www.gov.br/saude/pt-br/assuntos/saude-brasil/eu-querome-exercitar/noticias/2018/alongamento-e-bom-antes-e-depoisda-atividade-fisica>. Acesso em: 09 ago. 2024. (Adaptado). Ciente da necessidade de uma vida saudável, uma caloura da UFSM decide fazer uma caminhada até o campus e visitar o diretório acadêmico de seu curso. No prédio, é informada de que precisa subir dois andares para chegar ao local. Para realizar este deslocamento vertical, ela tem a opção de usar o elevador ou a escada. Assumindo que a caloura, bem como qualquer outro objeto, comporta-se como uma partícula em um sistema conservativo e considerando um referencial fixo no primeiro pavimento do prédio, considere as afirmativas a seguir.
I → A variação da energia potencial gravitacional, associada ao sistema Terra-Caloura, é maior quando o deslocamento entre os dois andares é realizado pela escada em relação ao mesmo deslocamento realizado a partir do elevador.
II → Considerando o intervalo de tempo utilizado para realizar o deslocamento, a potência média empregada para subir as escadas aumenta se o intervalo de tempo também aumentar.
III → Se, ao chegar ao terceiro andar, a caloura deixar o seu molho de chaves cair pelo vão da escada em queda livre até o primeiro andar, o módulo da velocidade dessa partícula, ao cair um andar, seria a metade do observado quando o molho de chaves tocar o solo, após cair dois andares.
IV → Se o sistema for não conservativo com um rendimento de 0,4, o trabalho realizado pela força peso da caloura durante o deslocamento vertical seria suficiente para um deslocamento vertical 2,5 maior em um sistema conservativo. Está(ão) correta(s)
A)apenas IV.
B)apenas I e III.
C)apenas II e III.
D)apenas II e IV.
E)apenas I, II e III.
A
Resolução comentada
I é falsa: entre os mesmos andares, a variação da energia potencial gravitacional independe de usar escada ou elevador.
$$\Delta U_g=mg\Delta h$$
II é falsa: para o mesmo trabalho, aumentar o tempo reduz a potência média.
$$P_{\mathrm{média}}=\frac{W}{\Delta t}$$
III é falsa: partindo do repouso e supondo andares com o mesmo desnível, a velocidade cresce com a raiz quadrada da altura de queda.
Ressalva editorial sobre IV. A resposta oficial decorre da interpretação de que a energia fornecida em um processo com rendimento 0,4 permitiria, sem perdas, uma elevação 2,5 vezes maior:
$$\frac{1}{\eta}=\frac{1}{0{,}4}=2{,}5$$
Entretanto, IV atribui esse papel ao “trabalho realizado pela força peso”. Na subida, esse trabalho é negativo e vale −mgΔh, independentemente do rendimento. A conclusão de 2,5 exige falar de energia fornecida ou trabalho motor; a redação literal do item é fisicamente inadequada. Preserva-se o gabarito oficial com essa ressalva, sem validar a formulação.
Alternativa correta: A.
E1 · Q10
Mecânica — Dinâmica — Equilíbrio e ação–reação
Alongamento é bom antes e depois da atividade física é o título de uma publicação do Ministério da Saúde. Segundo a notícia, “o alongamento é uma forma simples e segura de exercitar o corpo em qualquer hora ou lugar”. Fonte: BRASIL. Alongamento é bom antes e depois da atividade física. Brasilia, DF: Ministério da Saúde, 2018. Disponível em: https://www.gov.br/saude/pt-br/assuntos/saude-brasil/eu-querome-exercitar/noticias/2018/alongamento-e-bom-antes-e-depoisda-atividade-fisica. Acesso em: 09 ago. 2024. (Adaptado). Após ler essa notícia, um estudante da UFSM passa a realizar alongamentos todos os dias antes de ir caminhando para a aula. A figura a seguir esboça a posição do exercício de alongamento executado pelo estudante, em que ele empurra a parede com uma força horizontal exercida pelas mãos sem que seus pés deslizem, permanecendo, assim, em repouso em relação a um referencial fixo no solo.
Em relação a esse exercício físico realizado, considerando o estudante como uma partícula e o referencial como inercial, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) em cada afirmativa a seguir.
( ) Ao exercer uma força horizontal com as mãos contra a parede, o estudante recebe uma força aplicada pela parede, de mesma direção, mesma intensidade, porém em sentido contrário à força por ele exercida.
( ) O estudante permanece em repouso na direção horizontal durante o exercício, em relação ao referencial indicado, pois a força aplicada por suas mãos na parede é equilibrada pela força exercida pela parede em suas mãos.
( ) A força peso do estudante e a força normal exercida pela superfície nos pés do atleta formam um par ação e reação. A sequência correta é
A)V – F – V.
B)V – F – F.
C)F – F – V.
D)V – V – F.
E)F – V – F.
B
Resolução comentada
A primeira afirmação é verdadeira: estudante e parede exercem forças de mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos, aplicadas em corpos diferentes.
A segunda é falsa. A força exercida pelas mãos atua na parede; não pode equilibrar uma força sobre o estudante. Sobre ele, a reação horizontal da parede é equilibrada pelo atrito estático do piso.
A terceira é falsa: peso e normal atuam no mesmo corpo. A reação ao peso é a força gravitacional do estudante sobre a Terra; a reação à normal é a força do estudante sobre o piso.
A sequência é V – F – F.
Alternativa correta: B.
E1 · Q14
Mecânica — Movimento Circular — Transmissão por correia
O ciclismo é uma ótima forma de realizar exercícios físicos e também aproveitar a vida ao ar livre na companhia de bons amigos. Um ciclista pedala sua bicicleta, parcialmente representada na figura a seguir, fazendo com que a coroa realize 40 voltas por minuto.
Sabendo que os diâmetros da coroa, catraca e roda são, respectivamente, 20 cm, 10 cm e 60 cm, qual o módulo da velocidade do ciclista, em metros por segundo, em relação a um referencial fixo no solo? Desconsidere qualquer perda no sistema e assuma que não há nenhum deslizamento entre correia, catraca e coroa, nem entre roda e solo.
A)$\frac45\pi$.
B)$8\pi$.
C)$\frac54\pi$.
D)$16\pi$.
E)$\frac85\pi$.
A
Resolução comentada
Sem deslizamento da correia, as velocidades tangenciais da coroa e da catraca são iguais:
$$f_cD_c=f_kD_k$$
$$f_k=40\cdot\frac{20}{10}=80\,\mathrm{rpm}$$
A catraca e a roda giram com a mesma frequência. Converta para voltas por segundo e use o comprimento da circunferência da roda:
Mecânica — Dinâmica — Atrito estático em plano inclinado
A vida cotidiana expõe todos ao estresse, seja físico ou mental, é o que diz uma publicação do Hospital Israelita Albert Einsten. Tal estresse acaba por sobrecarregar todo o corpo e, em especial, o coração, fazendo com que a frequência de batimentos cardíacos se eleve, obrigando o coração a trabalhar mais para manter a oxigenação dos tecidos. Logo, uma questão relevante é: será que o coração consegue dar conta dessa demanda? Para avaliar tal situação existe o teste ergométrico, o qual consiste em um exame em que o coração é levado ao esforço de modo controlado e seguro. Uma forma de fazer o teste ergométrico é realizar uma corrida monitorada em uma esteira. O monitoramento ocorre a partir de eletrodos conectados ao paciente que realiza uma corrida com intensidade variável na esteira. A variação do esforço pode se dar a partir do aumento da velocidade da corrida e também da inclinação da esteira. Fonte: VIDA SAUDÁVEL. Vai fazer o teste ergométrico? Confira as principais informações. São Paulo: Hospital Israelita Albert Einstein, 2021. Disponível em: https://vidasaudavel.einstein.br/ teste-ergometrico. Acesso em: 09 ago. 2024. (Adaptado). A figura a seguir mostra, de forma simplificada, um instante de um teste ergométrico, em que o paciente corre em uma esteira inclinada 30 graus com a horizontal sem escorregar.
Considerando que as únicas forças que atuam sobre o paciente são seu peso, força normal e força de atrito, assinale a alternativa que descreve corretamente a interação de atrito entre o calçado do paciente e a esteira.
Dados do problema: cos30°=√3/2 e sen30°=1/2.
A)O atrito é cinético, sendo o valor mínimo do coeficiente de atrito necessário $\sqrt3$.
B)O atrito é cinético, sendo o valor máximo do coeficiente de atrito necessário $\frac{\sqrt3}{3}$.
C)O atrito é estático, sendo o valor mínimo do coeficiente de atrito necessário $\frac{\sqrt3}{3}$.
D)O atrito é estático, sendo o valor máximo do coeficiente de atrito necessário $\frac{\sqrt3}{3}$.
E)O atrito é estático, sendo o valor mínimo do coeficiente de atrito necessário $\sqrt3$.
C
Resolução comentada
Sem deslizamento relativo no contato, o atrito é estático. No modelo de equilíbrio ao longo do plano adotado pela questão:
$$F_a=mg\sin30^\circ$$
$$N=mg\cos30^\circ$$
$$F_a\leq\mu_eN$$
$$\mu_e\geq\frac{\sin30^\circ}{\cos30^\circ}$$
$$\mu_{e,\min}=\tan30^\circ=\frac{\sqrt3}{3}$$
Esse valor é mínimo: coeficientes maiores também permitem aderência. O movimento da esteira não implica atrito cinético se o calçado não escorrega em relação à superfície.
Alternativa correta: C.
E2 · Q04
Fundamentos — Energia — Fontes renováveis
Questão com ressalva editorial: disponível para estudo, sem entrar no desempenho. Consulte a resolução.
Nos últimos anos, houve um crescimento significativo do uso de fontes de energias renováveis e limpas, em substituição a combustíveis obtidos de fontes não renováveis. São exemplos de fontes renováveis de energias:
A)eólica e geotérmica.
B)solar e nuclear.
C)eólica e solar.
D)geotérmica e hídrica.
E)nuclear e hídrica.
C
Resolução comentada
Energia eólica aproveita o movimento do ar; energia solar aproveita a radiação do Sol. Ambas são fontes renováveis.
Ressalva editorial. O enunciado pede apenas exemplos de fontes renováveis. A geotérmica e a hídrica também são usualmente classificadas como renováveis; portanto, os pares eólica–geotérmica e geotérmica–hídrica também atendem à redação apresentada. A fonte nuclear convencional depende de combustíveis minerais finitos e não integra essa classificação.
Renovável não significa ausência de impactos ambientais. O gabarito definitivo mantém uma resposta única, reproduzida no encerramento, mas a redação não permite excluir os outros dois pares renováveis. O item merece essa ressalva no estudo conceitual.
Alternativa correta: C.
E2 · Q05
Mecânica — Hidrostática — Pressão da coluna de água
A obtenção de energia a partir da combustão do carvão e do petróleo resulta na emissão de gases que contribuem para o aquecimento global. Para reduzir essas emissões, o uso de fontes renováveis de energia tem crescido nas últimas décadas. Entretanto, nenhuma delas é isenta de impactos ambientais. Uma usina hidrelétrica, por exemplo, pode causar alterações locais no clima, na flora e na fauna, além de atividades sísmicas geradas pela pressão da água sobre o substrato rochoso do reservatório. No caso da usina de Itaipu, a profundidade do reservatório tem, em média, cerca de 20 m, embora, em certos locais, possa chegar a 170 m. A área ao redor do reservatório é monitorada, mas nenhum abalo sísmico foi detectado até agora. Dado que 1 atm ≈ 10⁵ N/m², a pressão sobre o leito do reservatório devida apenas ao peso da água nas regiões de maior profundidade é (em atm) de aproximadamente
A)2.
B)15.
C)17.
D)20.
E)170.
C
Resolução comentada
Use a maior profundidade, 170 m. A pressão pedida é devida apenas à água, sem somar a pressão atmosférica. Adotando aproximadamente ρ=1000 kg/m³ e g=10 m/s²:
Uma usina geotérmica aproveita a energia interna da Terra, transformando-a em energia mecânica, e esta, por sua vez, em energia elétrica. Como tem baixa emissão de poluentes, esse tipo de geração de energia contribui para um desenvolvimento sustentável, por reduzir drasticamente a liberação de produtos químicos nocivos aos ecossistemas. Em certo tipo de usina geotérmica, aproveita-se o vapor d’água de reservatórios subterrâneos que armazenam água a alta temperatura, conduzindo-o, em alta pressão, por tubos até as turbinas acopladas aos geradores. Considere uma dessas usinas que utilizam vapor d’água a 127 ºC como fonte de energia. Tal usina está localizada numa área cuja temperatura ambiente é de 27 ºC. Se operasse como uma máquina térmica reversível entre essas duas temperaturas, o rendimento máximo da usina em % seria
A)100.
B)79.
C)75.
D)25.
E)21.
D
Resolução comentada
O rendimento máximo entre duas fontes corresponde a uma máquina reversível. As temperaturas devem estar em kelvin:
$$T_q=127+273=400\,\mathrm{K}$$
$$T_f=27+273=300\,\mathrm{K}$$
$$\eta_{\max}=1-\frac{T_f}{T_q}$$
$$\eta_{\max}=1-\frac{300}{400}=0{,}25=25\%$$
Alternativa correta: D.
E2 · Q10
Termologia — Termodinâmica — Leis e convenção de trabalho
Na Física, a discussão sobre as máquinas térmicas se dá no contexto da teoria chamada Termodinâmica. Essa teoria é, formalmente, estruturada por quatro leis: a lei zero, a primeira lei, a segunda lei e a terceira lei. A lei zero está associada ao conceito de temperatura. A primeira lei está associada ao conceito de energia e pode ser expressa, matematicamente, pela relação ΔU=Q–W, em que U representa a energia interna do sistema, e Q e W representam as energias trocadas com a vizinhança, como calor e trabalho, respectivamente. A segunda lei está associada ao conceito de entropia. A terceira lei, por sua vez, tem caráter quântico. Considerando essa teoria, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) em cada afirmativa a seguir.
( ) De acordo com a lei zero, dois sistemas em equilíbrio térmico um com o outro têm energias internas iguais e, portanto, temperaturas iguais.
( ) Se uma amostra de gás ideal é comprimida, então W<0.
( ) Se uma amostra de gás ideal isolada é submetida a um processo termodinâmico irreversível, seu estado final tem maior entropia do que seu estado inicial. A sequência correta é
A)F – F – V.
B)F – V – F.
C)F – V – V.
D)V – V – F.
E)V – F – V.
C
Resolução comentada
A primeira é falsa: equilíbrio térmico exige temperaturas iguais, mas não energias internas iguais. Estas também dependem de massa e constituição.
A segunda é verdadeira: na convenção ΔU=Q−W, W é o trabalho realizado pelo gás. Em uma compressão, o trabalho é negativo.
$$W=\int p\,dV<0\quad\text{na compressão}$$
A terceira é verdadeira: em um sistema isolado, um processo irreversível aumenta a entropia total.
$$\Delta S_{\mathrm{isolado}}>0$$
A sequência é F – V – V.
Alternativa correta: C.
E3 · Q03
Eletricidade — Eletrodinâmica — Leis de Kirchhoff
Um grupo de pessoas que estuda programas de Inteligência Artificial estabeleceu como objetivo do seu trabalho reproduzir o funcionamento do cérebro humano usando supercomputadores. Para simular as atividades cerebrais, o grupo passou a desenvolver um modelo que tem como base um único e extenso circuito elétrico. O desenho do circuito e o desenvolvimento do programa ainda estão em curso, mas algumas regras já foram estabelecidas. Nesse contexto, considerando o que a Física já determinou sobre circuitos elétricos, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) em cada afirmativa a seguir.
( ) A soma das diferenças de potencial ao longo de qualquer malha fechada é zero.
( ) Em qualquer ponto do circuito em que se unem vários fios condutores, a corrente elétrica que chega por um fio qualquer é igual à corrente elétrica que sai por outro fio.
( ) Sempre que houver um resistor em algum ramo do circuito, a corrente que sai do resistor é menos intensa que a corrente que entra, por conta de sua resistência. A sequência correta é
A)V – F – F.
B)F – F – V.
C)F – V – V.
D)F – V – F.
E)V – V – V.
A
Resolução comentada
A primeira é verdadeira: na descrição de circuitos adotada pela questão, a soma algébrica das diferenças de potencial em uma malha fechada é zero.
$$\sum_{\mathrm{malha}}\Delta V=0$$
A segunda é falsa: em um nó, são iguais as somas das correntes que entram e saem, não duas correntes arbitrariamente escolhidas.
A terceira é falsa: o resistor dissipa energia, mas não consome corrente; em regime estacionário, a corrente que entra tem a mesma intensidade da que sai. A sequência é V – F – F.
Alternativa correta: A.
E3 · Q07
Eletricidade — Magnetismo — Força magnética sobre elétron
A fusão nuclear é uma reação em que dois núcleos atômicos se fundem em um núcleo maior. Esse tipo de reação pode ser induzido em um reator nuclear, no qual um plasma é mantido em temperaturas de dezenas de milhões de graus. Esse plasma é confinado por um conjunto de campos magnéticos. A ideia básica do confinamento é que uma partícula com carga elétrica não nula, ao se deslocar numa região em que existe um campo magnético, fique sujeita a uma força magnética. Contudo, o plasma é formado por partículas com carga elétrica não nula em movimento a altas velocidades que criam, elas próprias, campos magnéticos que desestabilizam o confinamento. Agora, uma ferramenta de Inteligência Artificial foi criada para permitir reconfigurar os campos magnéticos de confinamento em frações de segundo, tornando o tempo de confinamento do plasma significativamente maior. Considere, então, um elétron que se desloca ao longo do eixo x do referencial representado na figura e que se aproxima de uma região entre os polos de um ímã alinhados ao longo do eixo y, conforme se vê na figura. No momento em que entra nessa região, aparece, sobre o elétron, uma força magnética cuja direção e cujo sentido são, respectivamente,
A)paralela ao eixo x e contrário ao sentido desse eixo.
B)paralela ao eixo z e o mesmo que o sentido desse eixo.
C)paralela ao eixo z e contrário ao sentido desse eixo.
D)paralela ao eixo y e o mesmo que o sentido desse eixo.
E)paralela ao eixo y e contrário ao sentido desse eixo.
C
Resolução comentada
Entre os polos, o campo magnético aponta de N para S, portanto em +y. A velocidade do elétron aponta em +x.
$$\vec F=q\,\vec v\times\vec B$$
Para uma carga positiva, o produto vetorial +x × +y aponta em +z. Como o elétron tem carga negativa, o sentido da força se inverte: −z.
A força é perpendicular à velocidade e ao campo, podendo curvar a trajetória sem realizar trabalho sobre a partícula.
Alternativa correta: C.
E3 · Q08
Eletricidade — Magnetismo — Representação de linhas de campo
Um campo magnético pode ser representado por linhas de campo desenhadas obedecendo a convenções, dentre as quais estão: 1. toda linha de campo magnético é contínua e fechada; 2. apenas uma linha de campo magnético passa por um dado ponto do espaço; 3. a densidade das linhas de campo magnético, numa região do espaço, é proporcional à intensidade do campo magnético nessa região. Considere um fio condutor reto e de comprimento infinito por onde passa uma corrente elétrica (convencional) i. As linhas de campo magnético são circunferências concêntricas ao eixo do fio condutor e estão em planos perpendiculares a ele.
O módulo do campo magnético associado a este fio reto e infinito é B=μ₀i/(2πr), em que μ₀ é uma constante, e r é a distância entre o fio e o ponto do espaço considerado. Em relação às linhas de campo magnético associadas a um fio condutor reto e infinito, é correto afirmar que o espaçamento entre as linhas
A)aumenta com a distância até o fio.
B)é constante perto do fio, mas, para longas distâncias, aumenta.
C)é constante.
D)diminui com a distância até o fio.
E)diminui com a distância nas proximidades do fio e fica constante para longas distâncias.
ANULADA
Resolução comentada
A questão foi anulada no gabarito definitivo. Não há alternativa oficial válida para contabilizar como acerto ou erro.
Para estudar o conceito, a intensidade do campo do fio diminui com a distância:
$$B=\frac{\mu_0i}{2\pi r}$$
$$B\propto\frac1r$$
Em uma representação cuja densidade de linhas acompanha a intensidade do campo, regiões mais afastadas devem ser representadas por linhas menos densas. Entretanto, o espaçamento gráfico depende da convenção escolhida e não é uma grandeza física determinada apenas pela fórmula.
A fonte oficial consultada registra a anulação sem apresentar, no próprio gabarito, sua justificativa; não se atribui um motivo oficial à banca.
