Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UPF · 2016.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade de Passo Fundo

Vestibular de Verão UPF 2016 (2016.1) · Física: Q49–Q56 · prova tipo A · resolução comentada Método TEF. Gabarito oficial divulgado pela UPF.

Q49
Termologia — Termometria — Temperatura de ebulição e altitude

A mudança de fase de uma substância é um fenômeno natural que ocorre, por exemplo, quando a água líquida se vaporiza ao ferver. Sobre esse conteúdo, um professor de Física propôs a seguinte questão a seus alunos:

Medir a temperatura da água fervente em dois recipientes idênticos de metal – ambos com o mesmo volume de água e a mesma temperatura inicial – que se encontram sobre fogões de cozinha que fornecem a mesma quantidade de calor por unidade de tempo; um deles no nível do mar e o outro no alto do Pico da Neblina.

Fotografia do Pico da Neblina, de altitude 2.993 m, com a legenda da fonte

Como resultado do exercício proposto, tem-se que a temperatura da água fervente é:

A)
menor no recipiente que se encontra no Pico da Neblina.
B)
menor no recipiente que se encontra no nível do mar.
C)
menor do que 100º C, independentemente do local.
D)
sempre 100°C, independentemente do local.
E)
maior no recipiente no qual a fervura iniciou em menos tempo.

Gabarito oficial — UPF 2016.1

A
Resolução comentada

Uma substância ferve quando a pressão de vapor se iguala à pressão externa. Em altitudes maiores, a pressão atmosférica é menor, e portanto a água atinge essa condição a uma temperatura mais baixa:

$$p_{Neblina}

A temperatura de 100 °C vale apenas ao nível do mar, sob pressão de 1 atm. Dar mais ou menos calor por unidade de tempo muda a rapidez da fervura, mas não a temperatura em que ela ocorre.

Q50
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Fenômeno exclusivo de ondas eletromagnéticas (anulada)

Dos fenômenos ondulatórios listados abaixo, aquele que pertence exclusivamente às ondas eletromagnéticas é:

A)
Reflexão.
B)
Refração.
C)
Polarização.
D)
Interferência.
E)
Difração.

Gabarito oficial — UPF 2016.1

Anulada
Resolução comentada

Os fenômenos de reflexão, refração, interferência e difração ocorrem com ondas de qualquer natureza, mecânicas ou eletromagnéticas.

A polarização exige que a onda seja transversal, isto é, que a vibração seja perpendicular à direção de propagação:

$$\vec v\ \perp\ \text{direção de vibração}$$

A banca esperava a polarização como resposta, mas ela não é exclusiva das ondas eletromagnéticas: ondas transversais em uma corda, por exemplo, também se polarizam, de modo que nenhuma alternativa satisfaz o 'exclusivamente'. Por esse motivo, a questão foi anulada.

Q51
Mecânica — Oscilações — Período do pêndulo simples e comprimento

Um pêndulo simples, de comprimento de 100 cm, executa uma oscilação completa em 6 s, num determinado local. Para que esse mesmo pêndulo, no mesmo local, execute uma oscilação completa em 3 s, seu comprimento deverá ser alterado para:

A)
200 cm.
B)
150 cm.
C)
75 cm.
D)
50 cm.
E)
25 cm.

Gabarito oficial — UPF 2016.1

E
Resolução comentada

O período de um pêndulo simples é:

$$T=2\pi\sqrt{\frac{L}{g}}$$

No mesmo local, $g$ não muda, e a razão entre os períodos é:

$$\frac{T_2}{T_1}=\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}$$

Com $T_2=3\text{ s}$ e $T_1=6\text{ s}$:

$$\frac12=\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}\ \Rightarrow\ L_2=\frac{L_1}{4}=\frac{100}{4}$$

$$L_2=25\text{ cm}$$

Q52
Óptica — Óptica da Visão — Tamanho da imagem na retina

Uma pessoa com visão perfeita observa um adesivo, de tamanho igual a 6 mm, grudado na parede na altura de seus olhos. A distância entre o cristalino do olho e o adesivo é de 3 m. Supondo que a distância entre esse cristalino e a retina, onde se forma a imagem, é igual a 20 mm, o tamanho da imagem do adesivo formada na retina é:

Esquema do olho: retina à esquerda, cristalino ao centro e adesivo à direita, com os raios cruzando-se no cristalino
A)
$4\times10^{-3}\text{ mm}$
B)
$5\times10^{-3}\text{ mm}$
C)
$4\times10^{-2}\text{ mm}$
D)
$5\times10^{-4}\text{ mm}$
E)
$2\times10^{-4}\text{ mm}$

Gabarito oficial — UPF 2016.1

C
Resolução comentada

Os raios que passam pelo centro do cristalino não se desviam, e formam dois triângulos semelhantes: um com o adesivo e outro com a imagem, de bases proporcionais às distâncias ao cristalino:

$$\frac{i}{o}=\frac{d_i}{d_o}$$

Com tudo em milímetros, $d_o=3\text{ m}=3000\text{ mm}$:

$$i=6\cdot\frac{20}{3000}$$

$$i=0{,}04\text{ mm}=4\times10^{-2}\text{ mm}$$

A imagem é invertida e muito menor que o objeto, como esperado para um objeto distante.

Q53
Mecânica — Hidrostática — Densidade do líquido pelo empuxo

Um estudante de física realiza um experimento para determinar a densidade de um líquido. Ele suspende um cubo de aresta igual a 10,0 cm em um dinamômetro. Faz a leitura do aparelho e registra 50,0 N. Em seguida, ele mergulha metade do cubo no líquido escolhido, realiza uma nova leitura no dinamômetro e registra 40,0 N. Usando as medidas obtidas pelo estudante no experimento e considerando o módulo da aceleração da gravidade local igual a 10,0 m/s², o valor da densidade do líquido, em g/cm³, encontrado pelo estudante, é igual a:

A)
3,6
B)
1,0
C)
1,6
D)
2,0
E)
0,8

Gabarito oficial — UPF 2016.1

D
Resolução comentada

A diferença das leituras do dinamômetro é o empuxo:

$$E=P-P_{ap}=50-40=10\text{ N}$$

O volume deslocado é metade do volume do cubo, de aresta $0{,}10\text{ m}$:

$$V_{desl}=\frac{(0{,}10)^3}{2}=5\times10^{-4}\text{ m}^3$$

Pelo princípio de Arquimedes:

$$\rho=\frac{E}{g\,V_{desl}}=\frac{10}{10\cdot5\times10^{-4}}=2000\text{ kg/m}^3$$

$$\rho=2{,}0\text{ g/cm}^3$$

Q54
Mecânica — Cinemática — Lançamento oblíquo

O goleiro de um time de futebol bate um “tiro de meta” e a bola sai com velocidade inicial de módulo $V_0$ igual a 20 m/s, formando um ângulo de $45^\circ$ com a horizontal. O módulo da aceleração gravitacional local é igual a $10\text{ m/s}^2$.

Desprezando a resistência do ar e considerando que $\text{sen}\,45^\circ=\sqrt2/2$; $\cos45^\circ=\sqrt2/2$; $\text{tg}\,45^\circ=1$ e $\sqrt2=1{,}4$, é correto afirmar que:

A)
a altura máxima atingida pela bola é de 20,0 m.
B)
o tempo total em que a bola permanece no ar é de 4 s.
C)
a velocidade da bola é nula, ao atingir a altura máxima.
D)
a bola chega ao solo com velocidade de módulo igual a 10 m/s.
E)
a velocidade da bola tem módulo igual a 14 m/s ao atingir a altura máxima.

Gabarito oficial — UPF 2016.1

E
Resolução comentada

As componentes da velocidade inicial, com $\text{sen}\,45^\circ=\cos45^\circ=\dfrac{\sqrt2}{2}$:

$$v_{0x}=v_{0y}=20\cdot\frac{\sqrt2}{2}=10\sqrt2\approx14\text{ m/s}$$

Na horizontal, o movimento é uniforme, de modo que $v_x$ permanece igual a $14\text{ m/s}$. Na altura máxima, apenas a componente vertical se anula:

$$v_y=v_{0y}-g\,t=0\ \Rightarrow\ t_{sub}=1{,}4\text{ s}$$

Então, no topo, a velocidade é $v=v_x\approx14\text{ m/s}$. Os demais valores:

$$h_{max}=\frac{v_{0y}^2}{2g}=\frac{200}{20}=10\text{ m}\qquad t_{total}=2\,t_{sub}=2{,}8\text{ s}$$

Ao chegar ao solo, a bola tem a mesma velocidade de lançamento, $20\text{ m/s}$.

Q55
Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência máxima de uma associação protegida por fusível

Um circuito elétrico simples protegido por um fusível F de 8 A, ligado à rede de 220 V, está mostrado na figura a seguir.

Circuito de uma cozinha com fusível F, rede de 220 V, lâmpada no teto e tomada T para a cafeteira, em paralelo

Considere que você deseja tomar um café e vai até a cozinha, acende a lâmpada de 60 W, põe pó de café na cafeteira e a liga. Supondo que a cafeteira está ligada a uma tomada T, em paralelo ao circuito, a potência máxima da cafeteira que pode ser ligada, simultaneamente, à lâmpada, sem que o fusível interrompa o circuito, é de, aproximadamente:

A)
1.700 W.
B)
1.000 W.
C)
1.950 W.
D)
1.550 W.
E)
1.760 W.

Gabarito oficial — UPF 2016.1

A
Resolução comentada

A potência máxima do circuito é a que corresponde à corrente máxima do fusível, sob 220 V:

$$P_{max}=U\,i_{max}=220\cdot8=1760\text{ W}$$

Num circuito em paralelo, as potências se somam. Descontando a lâmpada, a cafeteira pode ter no máximo:

$$P_{caf}=1760-60$$

$$P_{caf}=1700\text{ W}$$

Q56
Física Moderna — Física Quântica — Fótons de lasers com mesmo comprimento de onda

Duas fontes de luz laser, denominadas de Fonte 1 e Fonte 2, têm as seguintes especificações:

Fonte 1: potência $5\times10^{-3}\text{ W}$, comprimento de onda $632\text{ nm}$. Fonte 2: potência $3\times10^{-2}\text{ W}$, comprimento de onda $632\text{ nm}$.

Considere que um estudante do ensino médio compra as fontes. Ele sabe que a Fonte 1 emite $N_1$ fótons por segundo, cada um com energia $E_1$; e que a Fonte 2 emite $N_2$ fótons por segundo, cada um com energia $E_2$. Com relação a essas fontes e considerando-se as informações anteriormente descritas, é correto afirmar que:

A)
$N_1
B)
$N_1=N_2$ e $E_1
C)
$N_1=N_2$ e $E_1=E_2$
D)
$N_1
E)
$N_2

Gabarito oficial — UPF 2016.1

D
Resolução comentada

A energia de cada fóton depende só do comprimento de onda:

$$E=h\,f=\frac{h\,c}{\lambda}$$

Como $\lambda$ é o mesmo (632 nm) nas duas fontes, $E_1=E_2$.

A potência é a energia emitida por segundo, isto é, o número de fótons por segundo vezes a energia de cada um:

$$P=N\,E\ \Rightarrow\ N=\frac{P}{E}$$

Com $E$ igual, $N$ é proporcional a $P$. Como $P_2=3\times10^{-2}\text{ W}$ é maior que $P_1=5\times10^{-3}\text{ W}$, tem-se $N_2>N_1$ (seis vezes maior).

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