Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UPF · 2021.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade de Passo Fundo

Vestibular de Verão UPF 2021 (2021.1) · Física: Q49–Q56 · prova tipo A · resolução comentada Método TEF. Gabarito oficial divulgado pela UPF.

Q49
Física Geral — História da Física — Máquina a vapor e a Revolução Industrial

No final do século XVII, um cientista, a partir de estudos já desenvolvidos no campo da Ciência, particularmente na Física, desenvolveu um dispositivo que viria a revolucionar a economia da Europa. Esse dispositivo, que provocou uma verdadeira revolução no cenário europeu, tinha seu funcionamento associado a um mineral cuja exploração foi acelerada a partir dessa invenção. Este relato se refere:

A)
À máquina térmica, e o mineral foi o ferro utilizado na construção das ferrovias.
B)
Ao transistor, e o mineral foi o silício utilizado para produção de dispositivos eletrônicos.
C)
À máquina a vapor, e o mineral foi o carvão utilizado como combustível para aquecer a água e produzir o vapor.
D)
Ao diodo, e o mineral foi o cádmio utilizado para produção de dispositivos eletrônicos.
E)
À lâmpada de filamento, e o mineral foi o tungstênio que ao ser aquecido emite radiação visível.

Gabarito oficial — UPF 2021.1

C
Resolução comentada

O relato descreve um dispositivo do final do século XVII, ligado a um mineral cuja exploração cresceu com a invenção. Esse é o perfil da máquina a vapor, desenvolvida a partir dos estudos sobre pressão e vapor e aperfeiçoada depois por Watt.

Nela, o combustível aquece a água e produz vapor, que realiza trabalho. O combustível predominante foi o carvão mineral, e sua exploração se intensificou com a demanda das máquinas.

As demais invenções não cabem no período: o transistor e o diodo semicondutor surgiram no século XX, e a lâmpada de filamento, no século XIX. A "máquina térmica" da primeira alternativa é o gênero a que a máquina a vapor pertence, mas o minério citado nela, o ferro das ferrovias, não é o que alimenta o equipamento.

A máquina a vapor, portanto, associada ao carvão como combustível, é a que atende ao relato.

Q50
Física Geral — História da Física — Contribuições de Galileu

Galileu Galilei, cientista italiano, é considerado um dos cientistas mais influentes na história da Física, inaugurando uma nova era nesse campo do conhecimento. Suas contribuições foram observadas em diversos ramos da Física, inclusive com discussões vinculadas ao modo como se produz conhecimento em Física. Dentre as afirmativas a seguir, assinale aquela que a história da Física não atribui ao cientista italiano:

A)
Estudos associado a relação entre o tempo de queda de um corpo e a mudança na sua velocidade.
B)
A compreensão de que todo movimento é relativo e não absoluto.
C)
A valorização da experimentação como fonte da produção do conhecimento na Ciência.
D)
O princípio da Inércia.
E)
A defesa do geocentrismo, segundo a qual a Terra é o centro do Universo.

Gabarito oficial — UPF 2021.1

E
Resolução comentada

O enunciado pede a afirmação que a história não atribui a Galileu. As quatro primeiras são contribuições reconhecidas:

Galileu estudou a queda dos corpos e mostrou que a velocidade varia com o tempo de queda, em um movimento uniformemente variado:

$$v=g\,t$$

Ele formulou a ideia de que o movimento é relativo ao referencial, o que se conhece como relatividade galileana. Foi também um dos fundadores do método experimental, e deu os passos que levaram ao princípio da inércia, depois enunciado por Newton como primeira lei.

Já o geocentrismo é a visão de Ptolomeu e Aristóteles, em que a Terra está imóvel no centro do Universo. Galileu, com as observações pelo telescópio, defendeu o heliocentrismo de Copérnico, e por isso enfrentou a Inquisição.

A defesa do geocentrismo é, assim, a única que não é atribuída a ele.

Q51
Física Geral — Grandezas e Unidades — Ordem de grandeza da distância em ano-luz

A galáxia de Andrômeda é considerada atualmente a mais próxima da via Láctea estando a aproximadamente 2,54 milhões de anos-luz de distância da Terra. Isso significa que a distância de Andrômeda até a Terra, em metros, é da ordem de grandeza de: (Considere a velocidade da luz como sendo $3\times10^{8}\text{ m/s}$)

A)
$10^{17}$
B)
$10^{22}$
C)
$10^{21}$
D)
$10^{23}$
E)
$10^{15}$

Gabarito oficial — UPF 2021.1

B
Resolução comentada

Um ano tem, aproximadamente:

$$1\text{ ano}=365\cdot24\cdot3\,600\approx3{,}15\times10^{7}\text{ s}$$

A distância percorrida pela luz em um ano, o ano-luz, é:

$$d_{1\,al}=c\cdot t=3\times10^{8}\cdot3{,}15\times10^{7}\approx9{,}5\times10^{15}\text{ m}$$

Para 2,54 milhões de anos-luz:

$$d=2{,}54\times10^{6}\cdot9{,}5\times10^{15}$$

$$d\approx2{,}4\times10^{22}\text{ m}$$

Para a ordem de grandeza, compara-se o coeficiente com $\sqrt{10}\approx3{,}16$. Como $2{,}4<3{,}16$, a ordem de grandeza é a própria potência de dez do número, $10^{22}$.

Q52
Termologia — Calorimetria — Mistura de águas a temperaturas diferentes

A arte de preparar a água para um banho consiste no desafio de encontrar a temperatura adequada. Para isso, costuma-se misturar água quente e fria até chegar à temperatura desejada. Imaginemos a situação de uma mãe que deseja que a temperatura do banho de seu filho seja de $30\text{ °C}$ e, para isso, ela possui um litro de água a $70\text{ °C}$ e uma quantidade X de água a $10\text{ °C}$. Considerando que a banheira é um recipiente ideal e que não há perdas de calor para o meio, pode-se dizer que a quantidade, em litros, de água a $10\text{ °C}$ que a mãe deve acrescentar a banheira é de (considere que as densidades da água quente e da água fria são iguais):

A)
2
B)
1
C)
3
D)
4
E)
5

Gabarito oficial — UPF 2021.1

A
Resolução comentada

Em um recipiente ideal, o calor cedido pela água quente é recebido pela água fria:

$$m_q\,c\,(70-30)=m_f\,c\,(30-10)$$

O calor específico $c$ é o mesmo e se cancela. Como as densidades são iguais, as massas são proporcionais aos volumes, e se pode trabalhar com litros:

$$1\cdot40=X\cdot20$$

$$X=\frac{40}{20}=2\text{ L}$$

A temperatura final, 30 °C, está mais próxima da água fria (a 10 °C) que da quente (a 70 °C): a diferença é de 20 °C para a fria e de 40 °C para a quente. Por isso é necessário o dobro da quantidade de água fria.

Q53
Termologia — Gases — Propriedades do gás ideal

Um gás perfeito ou ideal é um modelo de gás que apresenta um comportamento mais simplificado que os gases reais. Entre as propriedades desse gás, podemos citar: (a) o gás perfeito obedece à lei geral dos gases perfeitos (o seu comportamento cumpre com a relação de Clapeyron); (b) a energia interna (U) de um gás perfeito depende unicamente da temperatura absoluta. Assim sendo, é correto afirmar:

A)
Quando um gás ideal absorve calor durante uma transformação isotérmica, a sua energia interna aumenta.
B)
Se um gás ideal é submetido a uma transformação isocórica, o trabalho de expansão efetuado sobre o gás faz aumentar a sua energia interna.
C)
Quando um gás ideal é submetido a uma transformação isobárica, necessariamente, a sua energia interna deve permanecer constante.
D)
Quando um gás ideal muda de estado através de uma transformação isotérmica, o produto pV é constante durante toda a mudança de estado.
E)
Quando um gás ideal é submetido a uma transformação adiabática, a energia transferida na forma de calor contribui para o aumento da energia interna do gás.

Gabarito oficial — UPF 2021.1

D
Resolução comentada

Todas as situações se resolvem com a primeira lei e com a equação de Clapeyron:

$$\Delta U=Q-W\qquad\qquad p\,V=n\,R\,T$$

Isotérmica. A temperatura é constante, e a energia interna de um gás ideal só depende dela, então $\Delta U=0$: o calor absorvido vira trabalho.

Isocórica. O volume é constante e não há trabalho de expansão, $W=0$.

Isobárica. A pressão é constante, mas o volume e a temperatura variam juntos, e a energia interna só permaneceria constante se $T$ não mudasse.

Adiabática. Não há troca de calor, $Q=0$, e portanto nenhum calor contribui para a energia interna.

Mudança de estado isotérmica. Com $n$ e $T$ constantes, o produto $pV=nRT$ é constante, em qualquer ponto da transformação:

$$p\,V=\text{constante}$$

Só essa afirmação é compatível com as propriedades do gás ideal.

Q54
Eletricidade — Eletrodinâmica — Consumo de energia elétrica

A preservação do meio ambiente tem sido notícia constante nos meios de comunicação. Dentre as campanhas, está a recentemente veiculada de que usar roupas sem passar ajuda o meio ambiente. Segundo os organizadores dessa campanha, o fato de não passar as roupas apresenta benefícios como o ganho de tempo, a redução de estresse e a redução nos gastos de energia elétrica. Sobre esse último aspecto, podemos considerar que um ferro de 3000 W ligado por 10 minutos diários apresenta um ‘consumo de energia elétrica’, ao final de trinta dias, em kWh, de:

A)
10
B)
20
C)
5
D)
25
E)
15

Gabarito oficial — UPF 2021.1

E
Resolução comentada

O tempo total de uso em trinta dias é:

$$\Delta t=10\text{ min}\cdot30=300\text{ min}=5\text{ h}$$

A potência de $3\,000\text{ W}$ equivale a $3\text{ kW}$. A energia consumida é o produto da potência pelo tempo, e a unidade quilowatt-hora é exatamente kW · h:

$$E=P\,\Delta t=3\cdot5$$

$$E=15\text{ kWh}$$

Em um único dia o ferro consome $3\cdot\frac{1}{6}=0{,}5\text{ kWh}$, e em trinta dias, $30$ vezes mais.

Q55
Mecânica — Cinemática — Lançamento vertical

Uma criança brincando com um objeto lança-o verticalmente para cima com velocidade de 25 m/s. Considerando o movimento como um lançamento vertical e desprezando a resistência do ar, podemos afirmar que, após 2 segundos de movimento, o objeto apresenta uma velocidade em módulo e em m/s, de (considere $g=10\text{ m/s}^2$):

A)
15
B)
35
C)
20
D)
5
E)
10

Gabarito oficial — UPF 2021.1

D
Resolução comentada

Adotando o sentido para cima como positivo, a aceleração é $-g$ e a velocidade varia com o tempo segundo:

$$v=v_0-g\,t$$

$$v=25-10\cdot2$$

$$v=5\text{ m/s}$$

O sinal positivo mostra que o objeto ainda está subindo. Ele só pararia em $t=v_0/g=2{,}5\text{ s}$. O módulo da velocidade, portanto, é de 5 m/s.

Q56
Física Moderna — Relatividade — Contração do comprimento

De acordo com a teoria da relatividade geral de Albert Einstein, a medida do comprimento de uma barra (L) feita por um observado fixo num referencial inercial R, em relação ao qual a barra está em movimento numa direção paralela ao comprimento da barra com velocidade constante u, é menor do que o comprimento medido (L’) no referencial R’ em relação ao qual a barra está em repouso. Segundo essa teoria, a relação entre L e L’ é dada por: $L=\sqrt{1-\dfrac{u^2}{c^2}}\;L'$. Nesta equação c é a velocidade da luz no vácuo. Sendo L’ = 2 m e u 60% do valor de c, pode-se afirmar que o valor de L, em metros, é:

A)
1,2
B)
0,6
C)
1,6
D)
0,8
E)
1,4

Gabarito oficial — UPF 2021.1

C
Resolução comentada

Com $u=0{,}6\,c$, a razão entre as velocidades é:

$$\frac{u}{c}=0{,}6\ \Rightarrow\ \frac{u^2}{c^2}=0{,}36$$

O valor de $c$ não precisa ser conhecido, pois ele se cancela. Substituindo na expressão fornecida:

$$L=L'\sqrt{1-0{,}36}=2\cdot\sqrt{0{,}64}$$

$$L=2\cdot0{,}8=1{,}6\text{ m}$$

O comprimento medido pelo observador para o qual a barra se move é menor que o comprimento próprio de 2 m, como o enunciado afirma. Uma observação sobre a redação: essa contração do comprimento faz parte da relatividade restrita, e não da geral.

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