Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UPF · 2017.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade de Passo Fundo

Vestibular de Verão UPF 2017 (2017.1) · Física: Q49–Q56 · prova tipo A · resolução comentada Método TEF. Gabarito oficial divulgado pela UPF.

Q49
Termologia — Calorimetria — Potência de aquecedor e calor sensível

Um sistema de aquecimento elétrico residencial, de potência nominal $P$, precisa de 10 minutos para elevar a temperatura de um volume de água de $0{,}02\text{ m}^3$ de $20\text{ °C}$ para $50\text{ °C}$. Considerando que o calor específico da água é de $1\text{ cal/(g}\cdot\text{°C)}$, podemos afirmar que a potência do aquecedor, em W, é de aproximadamente:

(Considere a densidade da água igual a $1\,000\text{ kg/m}^3$ e que $1\text{ cal}=4{,}2\text{ J}$)

A)
1.250
B)
5.500
C)
4.200
D)
6.500
E)
3.900

Gabarito oficial — UPF 2017.1

C
Resolução comentada

A massa de água, pela densidade:

$$m=\rho\,V=1000\cdot0{,}02=20\text{ kg}=20\,000\text{ g}$$

O calor necessário para elevar a temperatura em $30\text{ °C}$:

$$Q=m\,c\,\Delta\theta=20\,000\cdot1\cdot30=600\,000\text{ cal}$$

$$Q=600\,000\cdot4{,}2=2{,}52\times10^{6}\text{ J}$$

A potência é a energia por unidade de tempo, com $10\text{ min}=600\text{ s}$:

$$P=\frac{Q}{\Delta t}=\frac{2{,}52\times10^{6}}{600}$$

$$P=4200\text{ W}$$

Q50
Eletromagnetismo — Campo Magnético — Linhas de campo elétrico e magnético

No estudo da eletricidade e do magnetismo, são utilizadas as linhas de campo. As linhas de campo elétrico ou magnético são linhas imaginárias cuja tangente em qualquer ponto é paralela à direção do vetor campo. Sobre as linhas de campo, assinale a afirmativa correta.

A)
As linhas de campo magnético e os vetores força magnética são sempre paralelos.
B)
As linhas de campo elétrico numa região do espaço onde existem cargas elétricas se dirigem de um ponto de menor potencial para um de maior potencial.
C)
As linhas de campo magnético no interior de um imã se dirigem do polo norte do imã para seu polo sul.
D)
As linhas de campo elétrico que representam o campo gerado por uma carga elétrica em repouso são fechadas.
E)
As linhas de força de um campo elétrico uniforme são linhas retas paralelas igualmente espaçadas e todas têm o mesmo sentido.

Gabarito oficial — UPF 2017.1

E
Resolução comentada

Um campo uniforme tem, por definição, o mesmo módulo, direção e sentido em todos os pontos, de modo que as linhas de campo são retas, paralelas, igualmente espaçadas e de mesmo sentido, como no espaço entre duas placas planas carregadas.

As demais afirmativas contêm erros clássicos. A força magnética sobre uma carga em movimento é perpendicular ao campo:

$$\vec F=q\,\vec v\times\vec B$$

As linhas de campo elétrico saem do potencial maior para o menor. Dentro do ímã, as linhas magnéticas vão do polo sul para o norte, fechando o circuito. E as linhas do campo elétrico de uma carga puntiforme são abertas: saem ou chegam à carga, e não se fecham.

Q51
Mecânica — Cinemática — Gráfico posição × tempo de ida e volta

Considere a situação em que um jogador de futebol esteja treinando e, para isso, chute uma bola contra uma parede vertical. Suponha-se que a bola realize um movimento em linha reta de ida e volta (jogador-parede-jogador), com velocidade constante na ida, e que, na volta, a velocidade também seja constante, mas menor do que a da ida. Nessas condições e considerando que o tempo de contato com a parede seja muito pequeno e possa ser desprezado, o gráfico que melhor representa o deslocamento ($S$) da bola em relação ao tempo de movimento ($t$) é:

A)
Gráfico de S por t: reta crescente íngreme até um máximo e reta decrescente menos íngreme até zero
B)
Gráfico de S por t: dois segmentos crescentes, o segundo mais inclinado que o primeiro
C)
Gráfico de S por t: reta crescente suave até um máximo e reta decrescente mais íngreme até zero
D)
Gráfico de S por t: dois segmentos horizontais, o segundo mais baixo que o primeiro
E)
Gráfico de S por t: reta crescente até o eixo e reta decrescente abaixo do eixo

Gabarito oficial — UPF 2017.1

A
Resolução comentada

Em movimento uniforme, a posição varia linearmente com o tempo, e a inclinação do gráfico $S\times t$ é a velocidade:

$$v=\frac{\Delta S}{\Delta t}$$

Na ida, a posição cresce até a parede. Como o tempo de contato é desprezível, a volta começa em seguida, com $S$ decrescente até a posição inicial. Como a velocidade na volta é menor em módulo, o segmento de volta tem inclinação menos íngreme e dura mais.

O gráfico que combina um trecho crescente íngreme com um decrescente suave, ambos retos, é o que descreve a situação. O gráfico invertido, com ida suave e volta íngreme, representaria uma volta mais rápida que a ida.

Q52
Mecânica — Estática — Equilíbrio de um semáforo suspenso

Analise a figura a seguir, que representa um semáforo suspenso por um sistema constituído de um poste, uma haste horizontal (ideal sem peso) e um cabo. No ponto $a$, estão atuando três forças: o peso $P$ do semáforo (200 N), a tensão $T$ do cabo e a força $F$ exercida pela haste. Considerando que o sistema está em equilíbrio com essas forças, pode-se dizer que os valores, em Newtons (N), da tensão do cabo e da força exercida pela haste, são, respectivamente, de:

(Adote: $\text{sen}\,30^\circ=0{,}5$ e $\cos30^\circ=0{,}8$)

Poste vertical com haste horizontal F e cabo T inclinado de 30° em relação à haste, preso ao ponto a, de onde pende o semáforo de peso P
A)
500 e 100
B)
400 e 320
C)
200 e 200
D)
320 e 400
E)
100 e 500

Gabarito oficial — UPF 2017.1

B
Resolução comentada

No ponto $a$, a resultante é nula nas duas direções. Na vertical, só a componente vertical de $T$ equilibra o peso (o ângulo de $30^\circ$ é medido em relação à horizontal):

$$T\,\text{sen}\,30^\circ=P\ \Rightarrow\ T=\frac{200}{0{,}5}=400\text{ N}$$

Na horizontal, a componente horizontal de $T$ equilibra a força da haste:

$$F=T\cos30^\circ=400\cdot0{,}8$$

$$F=320\text{ N}$$

Q53
Mecânica — Hidrostática — Densidade do gelo e iceberg

A tirinha abaixo mostra um iceberg que tem volume parcialmente imerso (9/10 de seu volume total) na água do mar. Considerando que a densidade da água do mar é $1{,}0\text{ g/cm}^3$, assinale a alternativa que indica a densidade do gelo, em g/cm³, que compõe o iceberg.

Tirinha com dois quadros: um navio em perigo perto de um iceberg e um submarino avisando que o iceberg é maior debaixo d'água
A)
0,5
B)
1,3
C)
0,9
D)
0,1
E)
1

Gabarito oficial — UPF 2017.1

C
Resolução comentada

O iceberg flutua em equilíbrio, de modo que o empuxo iguala o peso:

$$E=P$$

O empuxo é o peso da água deslocada, de volume igual ao imerso, $V_{im}=\dfrac{9}{10}V$:

$$\rho_{água}\,V_{im}\,g=\rho_{gelo}\,V\,g$$

$$\rho_{gelo}=\rho_{água}\cdot\frac{V_{im}}{V}=1{,}0\cdot\frac{9}{10}$$

$$\rho_{gelo}=0{,}9\text{ g/cm}^3$$

Q54
Termologia — Calorimetria — Calor para fundir e aquecer o gelo

Qual a quantidade de calor que devemos fornecer a 200 g de gelo a $-20\text{ °C}$ para transformar em água a $50\text{ °C}$?

(Considere: $c_{gelo}=0{,}5\text{ cal/(g}\cdot\text{°C)}$; $c_{água}=1\text{ cal/(g}\cdot\text{°C)}$; $L_{fusão}=80\text{ cal/g}$)

A)
28 Kcal.
B)
26 Kcal.
C)
16 Kcal.
D)
12 Kcal.
E)
18 Kcal.

Gabarito oficial — UPF 2017.1

A
Resolução comentada

O processo tem três etapas. Aquecimento do gelo de $-20\text{ °C}$ até $0\text{ °C}$:

$$Q_1=m\,c_{gelo}\,\Delta\theta=200\cdot0{,}5\cdot20=2000\text{ cal}$$

Fusão do gelo, a $0\text{ °C}$ constante:

$$Q_2=m\,L_f=200\cdot80=16\,000\text{ cal}$$

Aquecimento da água de $0\text{ °C}$ até $50\text{ °C}$:

$$Q_3=m\,c_{água}\,\Delta\theta=200\cdot1\cdot50=10\,000\text{ cal}$$

$$Q=Q_1+Q_2+Q_3=28\,000\text{ cal}=28\text{ kcal}$$

Q55
Óptica — Óptica Física — Dispersão da luz branca

Isaac Newton é reconhecido como um dos grandes gênios da humanidade. Em sua lápide, na Abadia de Westminster, em Londres, está escrito: “Disse Deus ‘Faça-se Newton’ e houve luz nas jazidas”. Dentre suas contribuições para o desenvolvimento da Física, estão os estudos relacionados à dispersão da luz do Sol ao atravessar um prisma de vidro. Nessas condições, ocorre a decomposição da luz branca nas várias cores. Com relação ao fenômeno da dispersão da luz branca, analise as informações a seguir.

I. O arco-íris aparece quando os raios de luz branca incidem em gotículas de água presentes na atmosfera.

II. A cor que sofre menor desvio quando a luz branca atravessa um prisma de vidro é a vermelha.

III. A frequência das cores que compõem a luz branca não sofre alteração ao atravessar um prisma.

IV. No interior de um prisma de vidro, as diversas cores que compõem a luz branca apresentam velocidades de propagação diferentes.

Está correto o que se afirma em:

A)
II e IV, apenas.
B)
I e III, apenas.
C)
II, III e IV, apenas.
D)
I, II, III e IV.
E)
I e II, apenas.

Gabarito oficial — UPF 2017.1

D
Resolução comentada

Julgando as afirmativas, uma a uma:

I é verdadeira: no arco-íris, a luz do Sol sofre refração, reflexão e dispersão nas gotículas de água. II é verdadeira: no vidro, o índice de refração é menor para o vermelho, que é o que menos se desvia. III é verdadeira: a frequência é determinada pela fonte e não muda de meio para meio.

IV é verdadeira: como o índice de refração depende da cor, a velocidade da luz no vidro também depende:

$$v=\frac{c}{n}$$

Portanto, as quatro afirmativas estão corretas.

Q56
Física Moderna — Física Quântica — Efeito fotoelétrico

Denomina-se de efeito fotoelétrico o fenômeno que consiste na liberação de elétrons pela superfície de um material quando esse é exposto a uma radiação eletromagnética como a luz. O fenômeno foi explicado por Einstein em 1905, quando admitiu que a luz é constituída por quanta de luz cuja energia é dada por $E=h\,f$, sendo $h$ a constante de Planck e $f$ a frequência da luz. Das seguintes afirmativas, assinale a correta.

A)
O efeito fotoelétrico acontece independentemente da frequência da luz incidente na superfície metálica.
B)
A teoria do efeito fotoelétrico afirma que, aumentando a frequência da luz incidente na superfície metálica, é possível arrancar prótons da superfície do metal.
C)
Considerando que, no vácuo, o comprimento de onda da luz vermelha é maior do que o comprimento de onda da luz azul, a energia dos quanta de luz vermelha é maior do que a energia dos quanta de luz azul.
D)
Quando uma luz monocromática incide sobre uma superfície metálica e não arranca elétrons dela, basta aumentar a sua intensidade para que o efeito fotoelétrico ocorra.
E)
O efeito fotoelétrico fornece evidências das naturezas ondulatória e corpuscular da luz.

Gabarito oficial — UPF 2017.1

E
Resolução comentada

A energia de cada quantum de luz é proporcional à frequência:

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

Por isso o efeito depende da frequência: abaixo de uma frequência mínima não há emissão, por maior que seja a intensidade. O que se arranca são elétrons, e não prótons. E, como a energia é inversamente proporcional ao comprimento de onda, a luz vermelha, de maior $\lambda$, tem fótons menos energéticos que a azul.

A explicação do efeito exige tratar a luz como partículas (quanta), enquanto fenômenos como interferência e difração a tratam como onda: o conjunto mostra a natureza dual da luz.

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