PEIES UFSM 1997: Física com Resolução e Análise TEF

I · Q17

Mecânica — Dinâmica — Inércia em um navio em movimento

Edição histórica · Questões e gabarito transcritos da coletânea de Física do Prof. Giovani Soares. A numeração segue a coletânea, preservada separadamente em cada acompanhamento.

Uma pedra, solta do alto do mastro de um navio o qual se desloca com velocidade constante em relação ao porto, cairá ______ do mastro. Esse caso pode ser explicado _______. Selecione a alternativa que completa corretamente as lacunas da frase.

A)atrás – pela Lei da Inércia

B)atrás – pelo fato de a pedra cair em linha reta quando observada do porto

C)atrás – pelo movimento do navio em relação à pedra

D)ao pé – pela Lei da Inércia

E)ao pé – pelo fato de a pedra cair em linha reta quando observada do porto

Resolução comentada

Antes de ser solta, a pedra acompanha o navio e já tem a mesma velocidade horizontal dele em relação ao porto. Desprezando a resistência do ar, não há força horizontal que retire essa velocidade da pedra.

\[v_{x,\mathrm{pedra}}=v_{\mathrm{navio}}\]

Durante a queda, pedra e mastro percorrem a mesma distância horizontal. Assim, a pedra chega ao pé do mastro. Esse resultado decorre da inércia.

Para um observador no navio, a queda é vertical. Para quem está no porto, a trajetória é parabólica, se a velocidade do navio não é nula. Não há contradição: as trajetórias são descritas em referenciais diferentes.

Alternativa correta: D.

I · Q18

Velocidade a partir da equação horária

Um ônibus movimenta-se ao longo de uma reta, de acordo com a equação horária x = 20t + 0,2t². A equação da velocidade do ônibus expressa em função do tempo é:

A)v = 20 + 0,4t

B)v = 10 − 0,4t

C)v = 20 + 0,2t

D)v = 10 + 0,2t

E)v = 10 + 0,4t

Resolução comentada

Compare a equação dada com a função posição do movimento uniformemente variado:

\[x=x_0+v_0t+\frac12at^2\]

\[x=20t+0{,}2t^2\]

O coeficiente de t é a velocidade inicial. O coeficiente de t² corresponde à metade da aceleração.

\[v_0=20\]

\[\frac a2=0{,}2\]

\[a=0{,}4\]

Substituindo na função da velocidade, nas unidades adotadas pela equação horária:

\[v=v_0+at\]

\[v=20+0{,}4t\]

Alternativa correta: A.

I · Q19

Características de ação e reação

Sempre que um corpo A exerce uma força sobre um corpo B, o B também exerce uma força sobre o A. A primeira é conhecida como força de ação e a segunda, como força de reação. Tendo em vista as características dessas forças, associe a coluna da esquerda à da direita.

( ) módulo
( ) sentido
( ) direção
( ) ponto de aplicação

semelhante
mesmo(a)
contrário(a)
no mesmo corpo
em diferentes corpos

A sequência correta é:

A)2 – 3 – 2 – 5

B)2 – 2 – 3 – 5

C)3 – 3 – 2 – 4

D)2 – 2 – 3 – 4

E)1 – 3 – 2 – 2

Resolução comentada

Pela terceira lei de Newton, as forças recíprocas da interação entre A e B têm o mesmo módulo e a mesma direção, mas sentidos contrários.

\[\vec F_{A\to B}=-\vec F_{B\to A}\]

A força de A sobre B está aplicada em B; a força de B sobre A está aplicada em A. Portanto, os pontos de aplicação pertencem a corpos diferentes. Elas não se anulam no diagrama de forças de um único corpo.

As associações são: módulo → 2; sentido → 3; direção → 2; ponto de aplicação → 5. A sequência fica 2 – 3 – 2 – 5.

Alternativa correta: A.

I · Q20

Mecânica — Cinemática — Composição do lançamento de projéteis

Desprezando-se a resistência do ar no movimento de um projétil próximo à superfície da Terra, onde o campo gravitacional é aproximadamente constante, pode(m)-se afirmar:

I — Após o lançamento, a única força que age no projétil é seu próprio peso.

II — Para um observador fixo na Terra, a trajetória do projétil é uma parábola.

III — O movimento do projétil pode ser considerado como a composição de dois movimentos simultâneos e independentes: um movimento acelerado na horizontal e um movimento uniforme na vertical.

Está(ão) correta(s):

A)apenas I

B)apenas II

C)apenas III

D)apenas I e II

E)I, II e III

Resolução comentada

Depois do lançamento, sem contato com o lançador e desprezando o ar, atua apenas o peso. A primeira afirmação é verdadeira.

\[a_x=0\]

\[a_y=-g\]

A componente horizontal da velocidade é constante, enquanto a vertical varia uniformemente. A terceira afirmação troca essas características e é falsa.

No lançamento com componente horizontal não nula, eliminar o tempo entre as equações de x e y produz uma função quadrática: a trajetória é parabólica. Essa é a situação pressuposta pelo gabarito para a segunda afirmação. No caso particular de um lançamento estritamente vertical, a trajetória seria retilínea, e não uma parábola no espaço.

Alternativa correta: D.

I · Q21

Mecânica — Trabalho e energia — Força e variação da energia cinética

Um objeto de 2 kg parte do repouso, sob a ação de uma força constante e, após percorrer 10 m, sua velocidade passa a ser de 2 m/s. O valor dessa força, em newtons, é:

A)0,2

B)0,4

C)2,0

D)4,0

E)10,0

Resolução comentada

Tratando a força dada como a resultante na direção do movimento, seu trabalho é a variação da energia cinética.

\[W_R=\Delta K\]

\[F\Delta s=\frac12mv_f^2-\frac12mv_i^2\]

O objeto parte do repouso. A energia cinética final é:

\[K_f=\frac12\cdot2\cdot2^2=4\ \mathrm J\]

\[F\cdot10=4\]

\[F=0{,}4\ \mathrm N\]

A distância percorrida entra no trabalho; ela não é o tempo de aplicação da força. Por isso, não se pode usar 10 como intervalo de tempo em uma expressão de aceleração.

Alternativa correta: B.

I · Q22

Mecânica — Trabalho e energia — Trabalho ao empurrar um caixote

Um homem empurra um caixote de 10 kg com velocidade constante de 2 m/s, durante 6 s. Considerando 10 m/s² a aceleração da gravidade e 0,1 o coeficiente de atrito entre a caixa e o assoalho, o trabalho realizado pelo homem, em joules, é de:

A)−120

B)−2

C)zero

D)2

E)120

Resolução comentada

Na modelagem usual da questão, a força aplicada é horizontal. A normal tem o mesmo módulo do peso, e o atrito cinético vale:

\[N=mg=10\cdot10=100\ \mathrm N\]

\[F_{\mathrm{at}}=\mu N=0{,}1\cdot100=10\ \mathrm N\]

Como a velocidade é constante, a força horizontal do homem equilibra o atrito. O deslocamento nos seis segundos é:

\[\Delta s=v\Delta t=2\cdot6=12\ \mathrm m\]

\[W_{\mathrm{homem}}=F_{\mathrm{homem}}\Delta s=10\cdot12=120\ \mathrm J\]

O trabalho resultante é zero, mas o trabalho do homem é positivo. O atrito realiza trabalho de −120 J, compensando essa transferência de energia para a caixa.

Alternativa correta: E.

I · Q23

Descida com velocidade constante

Um objeto desce uma rampa com velocidade constante. Durante a descida:

A)a energia potencial permanece constante

B)a energia mecânica permanece constante

C)a energia cinética aumenta

D)o trabalho realizado pela força de atrito é nulo

E)o trabalho realizado pela força de atrito é igual ao decréscimo da energia potencial

Resolução comentada

A velocidade constante mantém a energia cinética. A perda de altura diminui a energia potencial gravitacional. Considerando peso, normal e atrito, a normal não realiza trabalho e o trabalho resultante é nulo.

\[\Delta K=0\]

\[W_g+W_{\mathrm{at}}=0\]

\[W_g=-\Delta U\]

\[W_{\mathrm{at}}=\Delta U<0\]

A energia mecânica diminui devido ao atrito. A opção aceita usa “decréscimo” para se referir à variação negativa da energia potencial. Se a palavra indicar o valor positivo da energia perdida, é o módulo do trabalho do atrito que coincide com esse valor:

\[|W_{\mathrm{at}}|=U_i-U_f\]

A distinção de sinal é essencial: o atrito realiza trabalho negativo durante a descida.

Alternativa correta: E.

I · Q24

Recuo de uma arma

Quando um projétil é disparado por uma arma, observa-se o recuo da mesma. A lei física que descreve esse fenômeno é conhecida como:

A)Lei da Inércia

B)2ª Lei de Newton

C)Lei da Conservação da Quantidade de Movimento

D)Lei da Conservação de Hooke

E)Lei da Conservação da Energia

Resolução comentada

Durante o curto disparo, desprezando o impulso externo na direção do tiro, a quantidade de movimento do conjunto arma–projétil se conserva.

\[\vec p_{\mathrm{inicial}}=\vec p_{\mathrm{final}}\]

Se ambos estavam inicialmente em repouso, a quantidade de movimento total era zero. O projétil ganha momento em um sentido e a arma ganha momento no sentido oposto.

\[m_p\vec v_p+m_a\vec v_a=0\]

O recuo não exige conservação da energia cinética: a energia do propelente fornece o movimento. A lei de Hooke descreve uma força elástica e não é a conservação relevante nesse fenômeno.

Alternativa correta: C.

II · Q7

Flutuação e volume submerso

Edição histórica · Questões e gabarito transcritos da coletânea de Física do Prof. Giovani Soares. A numeração segue a coletânea, preservada separadamente em cada acompanhamento.

Um paralelepípedo homogêneo de volume V e massa específica μₚ flutua em equilíbrio na água, cuja massa específica é μₐ, com 2/3 do seu volume submerso. Então, aplicando o princípio de Arquimedes, pode-se expressar o peso do corpo como:

A)⅓ μₚ gV

B)⅔ μₚ gV

C)μₐ Vg

D)⅓ μₐ gV

E)⅔ μₐ gV

Resolução comentada

O equilíbrio de flutuação exige que o empuxo tenha o mesmo módulo do peso. O empuxo depende da densidade da água e do volume efetivamente deslocado.

\[P=E\]

\[E=\mu_AgV_{\mathrm{sub}}\]

\[V_{\mathrm{sub}}=\frac23V\]

\[P=\frac23\mu_AgV\]

O peso também pode ser escrito como μₚgV, usando o volume total e a densidade do corpo. Essas duas formas são compatíveis porque o equilíbrio implica μₚ = 2μₐ/3. O fator 2/3 acompanha o volume de água deslocado, não a massa total do corpo.

Alternativa correta: E.

II · Q8

Mecânica — Hidrodinâmica — Vazão e velocidade no cano

Em um cano de 5 cm² de seção reta ligado a um tanque, escoa água em regime permanente. Se, em 15 s, o cano despeja 0,75 ℓ de água no recipiente, então a velocidade da água no cano é, em centímetros por segundo:

A)10⁻²

B)10⁻¹

C)10⁰

D)10¹

E)10²

Resolução comentada

Como a resposta é pedida em cm/s e a área está em cm², converta o volume para cm³.

\[\Delta V=0{,}75\ \mathrm L=750\ \mathrm{cm^3}\]

\[\mathcal Q=\frac{\Delta V}{\Delta t}=\frac{750}{15}=50\ \mathrm{cm^3/s}\]

A vazão é o produto da área da seção pela velocidade média do escoamento.

\[\mathcal Q=Av\]

\[v=\frac{50}{5}=10\ \mathrm{cm/s}\]

\[v=10^1\ \mathrm{cm/s}\]

O valor 50 cm³/s é uma vazão, não uma velocidade: ainda é necessário dividi-lo pela área do cano.

Alternativa correta: D.

II · Q9

Termologia — Gases — Pressão após escape de gás

Um recipiente contém gás ideal a 12 atm de pressão. Um escapamento reduz a quantidade de gás a 2/3 da quantidade inicial, mas a temperatura permanece constante. A pressão, em atm, passa a ser:

A)4

B)6

C)8

D)18

E)24

Resolução comentada

Considerando o recipiente rígido, volume e temperatura permanecem constantes. Pela equação dos gases ideais, a pressão é proporcional à quantidade de matéria.

\[PV=nRT\]

\[\frac{P_f}{P_i}=\frac{n_f}{n_i}\]

\[P_f=12\cdot\frac23=8\ \mathrm{atm}\]

A expressão “reduz a quantidade a 2/3” informa a fração que permanece. Se dissesse que escaparam 2/3 da quantidade inicial, restaria apenas 1/3 e o resultado seria diferente.

Alternativa correta: C.

II · Q10

Termologia — Termodinâmica — Expansão adiabática e temperatura

Um gás ideal sofre uma expansão adiabática. Então, o gás _________ energia na forma de calor com a vizinhança, e a sua temperatura final é _________ inicial. Assinale a alternativa que completa, corretamente, as lacunas.

A)não troca – menor que a

B)não troca – maior que a

C)não troca – a mesma

D)troca – menor que a

E)troca – maior que a

Resolução comentada

Adiabática significa ausência de troca de calor, e não ausência de qualquer transferência de energia.

\[Q=0\]

Na expansão com realização de trabalho positivo sobre o ambiente, pressuposta pelo gabarito, a primeira lei, com W realizado pelo gás, dá:

\[\Delta U=Q-W\]

\[\Delta U=-W<0\]

A energia interna do gás ideal diminui; portanto, sua temperatura também diminui. As lacunas ficam “não troca” e “menor que a”.

Ressalva: adiabática, sozinha, não garante resfriamento. Na expansão livre de um gás ideal para o vácuo, Q = 0 e W = 0, de modo que a temperatura não varia. A resposta da coletânea exige a expansão com trabalho sobre a vizinhança.

Alternativa correta: A.

II · Q11

Ondas — MHS — Período do sistema massa–mola

Considere um corpo fixo a uma mola e em movimento harmônico simples sobre um plano horizontal sem atrito, conforme ilustra a figura. Então, o período do movimento _______ se aumenta a massa m do corpo e ________ se aumenta a constante de elasticidade K da mola. Assinale a alternativa que completa, corretamente, as lacunas.

Bloco de massa m sobre plano sem atrito ligado a uma mola de constante K presa à parede; posição de equilíbrio indicada por zero. — Figura da questão.

A)aumenta – diminui

B)aumenta – aumenta

C)permanece constante – diminui

D)diminui – aumenta

E)diminui – diminui

Resolução comentada

Para a mola ideal de massa desprezível, obedecendo à lei de Hooke, o período é:

\[T=2\pi\sqrt{\frac mK}\]

Comparando uma grandeza de cada vez, aumentar m com K fixo aumenta o período. Aumentar K com m fixo diminui o período: uma mola mais rígida produz maior aceleração restauradora para a mesma deformação.

As lacunas ficam “aumenta” e “diminui”. A dependência é por raiz quadrada: por exemplo, quadruplicar a massa dobra o período; quadruplicar K reduz o período à metade.

Alternativa correta: A.

II · Q12

Ondas — Acústica — Timbre de instrumentos musicais

O que permite diferenciar a mesma nota musical emitida por dois instrumentos diferentes é a diferença entre:

A)as fases

B)os timbres

C)as intensidades

D)as alturas

E)os modos de propagação

Resolução comentada

A mesma nota corresponde à mesma altura, associada à frequência fundamental. Mesmo assim, dois instrumentos podem produzir sons reconhecíveis como diferentes por sua composição espectral e pela evolução temporal do som.

Essa qualidade é o timbre. Ele depende das componentes de frequência e de suas intensidades relativas, além de características como o ataque e o decaimento da nota.

A intensidade pode ser ajustada sem que um instrumento passe a soar como o outro. A altura também não é a distinção pedida, pois o enunciado já fixa a mesma nota.

Alternativa correta: B.

III · Q1

Eletrização por contato e equilíbrio das esferas

Edição histórica · Questões e gabarito transcritos da coletânea de Física do Prof. Giovani Soares. A numeração segue a coletânea, preservada separadamente em cada acompanhamento.

Dispõe-se de três esferas metálicas idênticas e isoladas umas das outras. Duas delas, A e B, estão eletricamente neutras e suspensas por fios isolantes presos em um mesmo ponto; a terceira, a esfera C, contém uma carga elétrica Q. Faz-se a esfera C tocar primeiro a esfera A e depois a esfera B. No final do procedimento, A e B assumem as posições e cargas indicadas por:

Esferas A e B afastadas simetricamente, com ângulos iguais; cargas Q/2 em A e Q/4 em B.

Esfera A afastada para a esquerda e B na vertical; cargas Q/2 em A e Q/4 em B.

Esfera A na vertical e B afastada para a direita; cargas Q/2 em A e Q/4 em B.

Esferas afastadas simetricamente; ambas com carga Q/2.

Esferas afastadas simetricamente; ambas com carga Q.

Resolução comentada

No modelo usual de contato entre esferas idênticas, tratadas como pares isolados da influência das outras, a carga total do par se divide igualmente. No primeiro contato:

\[Q_A=Q_C=\frac Q2\]

A esfera C, agora com Q/2, toca B, inicialmente neutra. A nova divisão dá:

\[Q_B=Q_C=\frac{Q/2}{2}=\frac Q4\]

A mantém Q/2. A e B ficam com cargas de mesmo sinal e se repelem. Apesar de as cargas serem diferentes, as forças elétricas recíprocas têm o mesmo módulo. Como as esferas são idênticas, seus pesos também são iguais. No equilíbrio simétrico, os fios fazem ângulos iguais com a vertical.

\[\tan\alpha=\frac{F_e}{mg}\]

A configuração combina cargas diferentes, Q/2 e Q/4, com deflexões simétricas. Carga maior em uma esfera não significa força de interação maior apenas sobre ela.

Alternativa correta: A.

III · Q2

Campo uniforme e energia potencial elétrica

A figura representa linhas de força de um campo elétrico uniforme e quatro superfícies equipotenciais separadas pela mesma distância d. Uma carga +Q deslocada nesse campo ganhará mais energia potencial eletrostática, ao ser movimentada de:

Campo elétrico uniforme aponta para a direita. Equipotenciais V1, V2, V3 e V4 aparecem nessa ordem, igualmente espaçadas por d. — Figura da questão.

A)V₁ para V₃

B)V₂ para V₄

C)V₄ para V₂

D)V₄ para V₁

E)V₃ para V₁

Resolução comentada

O campo aponta para a direita. O potencial elétrico diminui no sentido do campo, de modo que:

\[V_1>V_2>V_3>V_4\]

Como o campo é uniforme e as superfícies estão igualmente espaçadas, cada intervalo corresponde à mesma diferença de potencial em módulo.

\[|\Delta V|=Ed\]

Para a carga positiva, aumentar o potencial aumenta a energia potencial. O maior aumento oferecido ocorre ao ir da superfície mais à direita para a mais à esquerda, atravessando os três intervalos contra o campo.

\[\Delta U=Q(V_1-V_4)=3QEd>0\]

Movimentos para a direita reduzem a energia potencial da carga positiva, mesmo que atravessem vários intervalos.

Alternativa correta: D.

III · Q3

Gráfico de um resistor ôhmico

Qual dos gráficos de diferença de potencial V versus corrente elétrica i (V × i) a seguir representa um resistor que obedece à lei de Ohm?

Gráfico V × i horizontal, com tensão constante e positiva.

Gráfico V × i vertical, com corrente constante e positiva.

Gráfico V × i em reta crescente que passa pela origem.

Gráfico V × i curvo, crescente, com inclinação que aumenta.

Gráfico V × i curvo, crescente, com inclinação que diminui.

Resolução comentada

Para um resistor ôhmico sob condições físicas constantes, a diferença de potencial é diretamente proporcional à corrente.

\[V=Ri\]

No gráfico V × i, a resistência constante é a inclinação da reta. A proporcionalidade exige que a reta passe pela origem: corrente nula corresponde a tensão nula nesse modelo.

\[R=\frac Vi=\mathrm{constante}\quad(i\ne0)\]

Um gráfico apenas crescente não basta: nas curvas, a razão V/i não é constante. As opções horizontal e vertical também não representam um resistor de resistência finita e positiva obedecendo à relação indicada.

Alternativa correta: C.

III · Q4

Eletricidade — Eletrodinâmica — Resistores diferentes em paralelo

Analisando as afirmações a seguir, referentes a um circuito contendo três resistores de resistências diferentes, associados em paralelo e submetidos a uma certa diferença de potencial, indique se são verdadeiras (V) ou falsas (F).

( ) A resistência do resistor equivalente é menor do que a menor das resistências dos resistores do conjunto.

( ) A corrente elétrica é menor no resistor de maior resistência.

( ) A potência elétrica dissipada é maior no resistor de maior resistência.

A sequência correta é:

A)F – V – F

B)V – V – F

C)V – F – F

D)F – F – V

E)V – V – V

Resolução comentada

Para resistências positivas em paralelo, a soma dos inversos é maior que o inverso de qualquer uma delas. Assim, a equivalente é menor que a menor resistência, tornando a primeira afirmação verdadeira.

\[\frac1{R_{\mathrm{eq}}}=\frac1{R_1}+\frac1{R_2}+\frac1{R_3}\]

Todos os ramos estão sob a mesma tensão V. A corrente é inversamente proporcional à resistência; logo, a segunda afirmação é verdadeira.

\[i=\frac VR\]

Sob tensão fixa, a potência também é inversamente proporcional à resistência. O resistor de maior resistência dissipa menos potência, e a terceira afirmação é falsa.

\[P=\frac{V^2}{R}\]

A sequência é V – V – F. A expressão P = Ri² não autoriza concluir o contrário, porque as correntes não são iguais nos ramos.

Alternativa correta: B.

III · Q5

Eletromagnetismo — Força magnética — Força magnética com movimento paralelo ao campo

A figura mostra uma chapa condutora de lados a, b, c, d deslocando-se para a direita, com velocidade v, num campo magnético uniforme B. Os elétrons livres da chapa sofrem a ação de uma força:

Chapa com lado a superior, b inferior, c à esquerda e d à direita. Velocidade v e campo magnético B apontam ambos para a direita. — Figura da questão.

A)no sentido de a para b

B)no sentido de b para a

C)no sentido de c para d

D)no sentido de d para c

E)nula

Resolução comentada

A velocidade de translação da chapa e o campo magnético apontam para a direita: são paralelos. A força magnética associada a esse movimento é:

\[\vec F_B=q\,\vec v\times\vec B\]

\[F_B=|q|vB\sin\theta\]

Para vetores paralelos, θ = 0 e o produto vetorial é nulo.

\[F_B=|q|vB\sin0=0\]

O sinal negativo do elétron inverteria o sentido de uma força não nula, mas não muda esse resultado. Aqui, não há desvio magnético provocado pela velocidade de translação mostrada.

Alternativa correta: E.

III · Q6

Eletromagnetismo — Indução eletromagnética — Indução e movimento de um anel

A figura representa um solenoide e um anel metálico em repouso, suspenso por um fio isolante. Quando a corrente i no solenoide for:

Solenoide à esquerda e anel metálico vertical à direita, suspenso por fio isolante. A corrente i percorre as espiras do solenoide. — Figura da questão.

A)constante, a corrente induzida no anel é constante

B)aumentando, a corrente induzida no anel vai aproximar o anel do solenoide

C)aumentando, a corrente induzida no anel vai manter o anel em sua posição

D)diminui, a corrente induzida no anel vai afastar o anel do solenoide

E)aumentando, a corrente induzida no anel vai afastar o anel do solenoide

Resolução comentada

Uma corrente crescente no solenoide aumenta o fluxo magnético que atravessa o anel. Pela lei de Faraday–Lenz, surge uma corrente induzida cujo campo se opõe a esse aumento.

\[\mathcal E_{\mathrm{ind}}=-\frac{d\Phi_B}{dt}\]

A interação entre o campo do solenoide e a corrente induzida tende a afastar o anel da região de maior fluxo: o anel é repelido. Esse movimento reduz a tendência de aumento do fluxo que originou a indução.

Se a corrente diminuir, a corrente induzida procura sustentar o fluxo e a tendência é de aproximação. Se a corrente permanecer constante e o anel continuar em repouso, não há variação de fluxo nem corrente induzida sustentada em um anel resistivo.

Alternativa correta: E.

III · Q7

Óptica — Lentes — Lente plano-convexa entre meios diferentes

Os meios 1 e 2 da figura estão separados por uma lente plano-convexa de vidro cujo índice de refração é 1,5. Quando os meios 1 e 2 forem o ar, de índice de refração 1,0, o feixe de luz, paralelo ao eixo da lente, que incide a partir do meio 1, converge para o foco F, no meio 2. Se um dos meios for substituído por água, com índice de refração 1,3, pode-se afirmar que:

Lente plano-convexa com face plana à esquerda e curva à direita. Raios paralelos no meio 1 entram pela face plana e convergem no foco F no meio 2. — Figura da questão.

A)com água em 1 e ar em 2, F se afasta da lente

B)com água em 1 e ar em 2, F se aproxima da lente

C)com água em 1 e ar em 2, F não se altera

D)com ar em 1 e água em 2, F não se altera

E)com ar em 1 e água em 2, F se aproxima da lente

Resolução comentada

Os raios chegam paralelos ao eixo e incidem perpendicularmente à face plana, que está à esquerda. Nessa primeira face, o ângulo de incidência é zero; trocar ar por água no meio 1 não desvia os raios.

\[n_1\sin0=n_{\mathrm{vidro}}\sin r\]

\[r=0\]

Dentro do vidro, os raios continuam paralelos ao eixo. Mantendo ar no meio 2, a refração na face curva permanece a mesma, e o foco não muda.

Se a água fosse colocada no meio 2, a diferença entre os índices do vidro e do meio de saída seria menor. A convergência na face curva diminuiria, afastando o foco. Isso não corresponde à afirmação de aproximação oferecida nas opções.

Alternativa correta: C.

III · Q8

Ondas — Fenômenos ondulatórios — Transversalidade da luz e difração

A luz é uma onda ______, e o fenômeno da difração em uma fenda simples é nítido, quando a largura da fenda é ________ comprimento de onda. Marque a alternativa que completa corretamente as lacunas:

A)longitudinal – independente do

B)longitudinal – da ordem do

C)longitudinal – muito maior que o

D)transversal – da ordem do

E)transversal – independente do

Resolução comentada

A luz, descrita como onda eletromagnética que se propaga no meio usual da questão, é transversal: seus campos oscilam perpendicularmente à direção de propagação.

A difração se torna mais pronunciada quando a abertura tem dimensão comparável ao comprimento de onda. Para uma fenda simples, a posição angular do primeiro mínimo satisfaz:

\[a\sin\theta=\lambda\]

Se a largura a é muito maior que λ, o espalhamento angular central é pequeno. Quando a é da ordem de λ, o efeito se torna marcante. Isso não significa que a difração deixe de existir para fendas maiores; ela fica menos evidente.

As lacunas são “transversal” e “da ordem do”.

Alternativa correta: D.