Física (Q35–41) — prova transcrita, ilustrada e resolvida pelo Método TEF.
Dados da prova
Vestibular ULBRA 2015/1
Questões 35–41
7 questões de Física
Prova 2, aplicada em 29 de novembro de 2014 para ingresso em 2015/1. Gabarito da ULBRA.
Q35
Mecânica — Fração emersa do iceberg
Um “iceberg” flutua livremente no oceano. Determine sua fração de volume que fica emerso da água, considerando a aceleração da gravidade 10 m/s² e as massas específicas do gelo 0,917 g/cm³ e da água do mar 1,03 g/cm³.
A)11 %
B)12 %
C)88 %
D)89 %
E)90 %
A
Resolução comentada
Em equilíbrio, o peso do iceberg é igual ao empuxo. Se \(V\) é seu volume e \(V_s\) o volume submerso, \(\rho_\mathrm{gelo}Vg=\rho_\mathrm{mar}V_sg\). Assim, \(V_s/V=0{,}917/1{,}03\simeq0{,}890\). A fração emersa é \(1-0{,}890=0{,}110\), cerca de 11%.
Alternativa A.
Q36
Mecânica — Vazão e potência hidrelétrica
Aproveitando o desnível de 75 m de um rio, está sendo planejada a construção de uma usina hidroelétrica. Qual a vazão de massa de água (quantidade de massa por unidade de tempo) necessária para produzir uma potência de 240 MW? Considere a eficiência final das gerações (turbinas e geradores) 80% e aceleração da gravidade 10 m/s².
A)4,00 × 10⁵ kg/s
B)1,44 × 10⁶ kg/s
C)1,44 × 10⁴ kg/s
D)4,00 × 10² kg/s
E)2,44 × 10⁴ kg/s
A
Resolução comentada
Cada quilograma de água perde \(gh=10\cdot75=750\,\mathrm{J/kg}\) de energia potencial por unidade de massa. Com rendimento de 80%, ficam disponíveis \(600\,\mathrm{J/kg}\) de energia elétrica por unidade de massa. A potência é a energia entregue por segundo, então a vazão mássica é \((240\times10^6\,\mathrm{J/s})/(600\,\mathrm{J/kg})=4{,}00\times10^5\,\mathrm{kg/s}\).
Alternativa A.
Q37
Mecânica — Fração imersa de um corpo
A parte imersa de um bloco de madeira, que flutua na água, depende somente da:
A)Densidade do líquido.
B)Densidade do corpo.
C)Razão entre as massas do corpo e do líquido.
D)Razão entre as densidades do corpo e do líquido.
E)Razão entre os volumes do corpo e do líquido.
D
Resolução comentada
Na flutuação, o peso do bloco iguala o peso do líquido deslocado. Isso dá \(\rho_\mathrm{corpo}Vg=\rho_\mathrm{líquido}V_sg\), portanto \(V_s/V=\rho_\mathrm{corpo}/\rho_\mathrm{líquido}\). A alternativa D trata da fração imersa. Para obter o volume imerso em unidades de volume, também é preciso conhecer o volume total.
Alternativa D.
Q38
Mecânica — Velocidade relativa na correnteza
Um barco com motor a toda potência sobe um rio à velocidade de 8 m/s e desce o mesmo à velocidade de 20 m/s, ambas em relação à margem. A velocidade da água do rio com relação às margens é de:
A)2 m/s
B)4 m/s
C)6 m/s
D)10 m/s
E)14 m/s
C
Resolução comentada
Se \(u\) é a velocidade do barco em relação à água e \(v\) a da correnteza em relação à margem, na subida \(u-v=8\,\mathrm{m/s}\) e na descida \(u+v=20\,\mathrm{m/s}\). Subtraindo as equações, \(2v=12\,\mathrm{m/s}\), logo \(v=6\,\mathrm{m/s}\).
Alternativa C.
Q39
Mecânica — Empuxo do colete salva-vidas
No filme “Titanic”, o personagem principal morre afogado no final, pois após o naufrágio sua amada fica sobre uma porta e ele não fica junto, pois a porta afundaria com o peso de ambos. Colocando o colete salva-vidas, por baixo da porta, a mesma não afundaria e ambos se salvariam. A explicação física, para esse fato, poderia ser através do princípio de:
A)Conservação da energia.
B)Pascal.
C)Stevin.
D)Bernoulli.
E)Arquimedes.
E
Resolução comentada
O princípio de Arquimedes diz que o empuxo é igual ao peso da água deslocada. Preso sob a porta, o colete aumenta o volume de água deslocado com pouco acréscimo de peso. Assim, na situação proposta, o conjunto pode sustentar as duas pessoas se o empuxo atingir o peso total.
Alternativa E.
Q40
Termologia — Tempo de aquecimento da água
Uma pessoa deseja aquecer meio litro de água, variando sua temperatura de 20 °C até 60 °C, para poder tomar seu chimarrão. Dispondo de um aquecedor de potência 500 W, por quanto tempo o aquecedor deve ser usado? Considere o calor específico da água 1 cal/(g·°C) e 1 cal = 4 J.
A)00 min 40 s
B)01 min 40 s
C)02 min 40 s
D)04 min 20 s
E)16 min 00 s
C
Resolução comentada
Meio litro de água tem massa aproximada de 500 g, e a temperatura sobe 40 °C. O calor necessário é \(Q=mc\Delta T=500\cdot1\cdot40=20000\,\mathrm{cal}=80000\,\mathrm J\). Desprezando perdas, \(t=Q/P=80000/500=160\,\mathrm s\), ou 2 min e 40 s.
Alternativa C.
Q41
Termologia — Expansão rápida e condensação
Quando você usa um desodorante em “spray”, sente um resfriamento no recipiente metálico que contém o gás altamente comprimido. Apertando a válvula de escape por algum tempo, chega a formar gotículas de água na superfície do frasco. Os fenômenos físicos envolvidos nesse processo, resfriamento do frasco e a formação de gotículas de água, são, respectivamente:
A)Expansão isotérmica; vaporização.
B)Expansão isovolumétrica; vaporização.
C)Expansão isotérmica; condensação.
D)Expansão adiabática; condensação.
E)Expansão adiabática; solidificação.
D
Resolução comentada
No modelo da questão, o gás liberado se expande tão rapidamente que a troca de calor durante a expansão é pequena. Ao realizar trabalho na expansão aproximadamente adiabática, ele esfria e contribui para resfriar o frasco. Se a superfície fica abaixo do ponto de orvalho, o vapor de água do ar condensa em gotículas.