Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED
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UPF · 2024.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade de Passo Fundo

Vestibular de Inverno UPF 2024 (2024.2) · Física: Q49–Q56 · prova tipo A · resolução comentada Método TEF. Gabarito oficial divulgado pela UPF.

Q49
Mecânica — Dinâmica — Segunda lei de Newton com força que cessa

Um bloco de massa de 5,0 kg está em repouso em um plano horizontal sem atrito. No instante $t=0$, passa a atuar uma força constante de intensidade 20,0 N paralela ao plano. Se a força deixa de existir no instante $t=5\text{ s}$, é correto afirmar que a aceleração e a velocidade do bloco no instante $t=8\text{ s}$ valem, respectivamente:

A)
4 m/s² e 32 m/s
B)
4 m/s² e zero
C)
zero e 20 m/s
D)
zero e 32 m/s
E)
zero e zero

Gabarito oficial — UPF 2024.2

C
Resolução comentada

Entre 0 e 5 s atua uma força resultante constante. Pela segunda lei de Newton:

$$a=\frac{F}{m}=\frac{20{,}0}{5{,}0}=4{,}0\text{ m/s}^2$$

Partindo do repouso, a velocidade no instante em que a força cessa é:

$$v=a\,t=4{,}0\cdot5=20\text{ m/s}$$

Depois de $t=5\text{ s}$ não há força resultante, pois o plano não tem atrito. A aceleração passa a ser nula, e pela primeira lei o bloco mantém a velocidade que já tinha, em movimento retilíneo uniforme.

Em $t=8\text{ s}$, portanto, a aceleração é nula e a velocidade continua sendo $20\text{ m/s}$. Multiplicar $4$ por $8$ seria um erro, pois a aceleração só existiu durante os cinco primeiros segundos.

Q50
Mecânica — Hidrostática — Empuxo e flutuação

O aquecimento global causa o aumento das temperaturas médias da Terra, o que leva ao derretimento acelerado das calotas polares e geleiras, favorecendo o desprendimento de grandes icebergs das geleiras costeiras e plataformas de gelo. A densidade de um iceberg pode variar consideravelmente, dependendo de vários fatores, incluindo a densidade do gelo presente no iceberg e a quantidade de ar incorporada no gelo. Um iceberg (densidade $0{,}82\text{ g/cm}^3$) flutua na água do mar (densidade $1{,}025\text{ g/cm}^3$). Com base nesses dados, é correto afirmar que a porcentagem do volume que permanece emerso é:

A)
20 %
B)
18 %
C)
82 %
D)
84 %
E)
80 %

Gabarito oficial — UPF 2024.2

A
Resolução comentada

O iceberg flutua em equilíbrio, então o empuxo tem a mesma intensidade do peso:

$$E=P$$

O empuxo é o peso da água do mar deslocada, cujo volume é o do iceberg imerso, $V_{im}$. O peso é o de todo o iceberg, de volume $V$:

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

Cancelando $g$ e isolando a fração imersa:

$$\frac{V_{im}}{V}=\frac{\rho_{gelo}}{\rho_{mar}}=\frac{0{,}82}{1{,}025}=0{,}80$$

Ou seja, 80 % do volume está imerso. A parte emersa é o que sobra:

$$\frac{V_{em}}{V}=1-0{,}80=0{,}20=20\,\%$$

A pergunta é pela parte que fica acima da água, e por isso o valor de 80 %, que é o da parte imersa, não responde ao que foi pedido.

Q51
Termologia — Calorimetria — Evaporação, ebulição e calefação

Do ponto de vista macroscópico, a matéria pode existir em três estados de agregação distintos (fases): sólido, líquido e gasoso. Sob determinadas condições de temperatura e pressão, uma substância pode passar de uma fase para outra. A vaporização, passagem da fase líquida para a fase gasosa, pode ser classificada como evaporação, ebulição ou calefação, dependendo da forma que se processa.

A evaporação caracteriza-se por ocorrer:

A)
em toda massa do líquido e à temperatura ambiente.
B)
em toda massa do líquido e sempre à temperatura de 100 °C.
C)
na superfície livre do líquido e à temperatura de 100 °C ao nível do mar.
D)
na superfície livre do líquido e à temperatura ambiente.
E)
em toda massa do líquido e à temperatura de 100 °C ao nível do mar.

Gabarito oficial — UPF 2024.2

D
Resolução comentada

Os três tipos de vaporização se diferenciam pela rapidez, pelo local e pela temperatura em que ocorrem.

Na evaporação, as moléculas mais energéticas da superfície escapam para o ar. O processo é lento, ocorre apenas na superfície livre e acontece em qualquer temperatura, inclusive a ambiente. É por isso que a roupa seca no varal e uma poça desaparece sem ferver.

Na ebulição, bolhas de vapor se formam em toda a massa do líquido. Isso só acontece quando a pressão de vapor iguala a pressão externa, a uma temperatura bem definida: 100 °C para a água ao nível do mar.

Na calefação, o líquido cai sobre uma superfície muito mais quente que seu ponto de ebulição e vaporiza rapidamente, como gotas de água em uma chapa quente.

Assim, qualquer alternativa que associe a evaporação à massa inteira ou a 100 °C está descrevendo a ebulição.

Q52
Óptica — Óptica da Visão — Correção da hipermetropia e da miopia

Em uma pessoa com visão normal (emetrope), a luz proveniente de um objeto é refratada pela córnea e pelo cristalino do olho e é focalizada diretamente na retina, onde uma imagem nítida é formada. Em indivíduos com hipermetropia, a luz é focalizada atrás da retina, em vez de diretamente sobre ela. Em contraste, na miopia, a luz é focalizada antes da retina. Ambas as condições podem ser corrigidas com o uso de lentes esféricas.

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir.

As pessoas hipermetropes devem usar óculos com lentes esféricas __________ e as pessoas míopes devem usar óculos com lentes esféricas __________.

A)
convergentes – divergentes.
B)
divergentes – convergentes.
C)
divergentes – plano-convexas.
D)
bicôncavas – biconvexas.
E)
plano-côncavas – plano-convexas.

Gabarito oficial — UPF 2024.2

A
Resolução comentada

Na hipermetropia, o olho converge pouco e a imagem se forma atrás da retina. Para corrigir, é preciso aumentar a convergência do conjunto, de modo que o foco se desloque para frente, até a retina. Isso é feito por uma lente que converge os raios, a lente convergente, de bordas finas.

Na miopia, o olho converge demais e a imagem se forma antes da retina. A correção exige reduzir a convergência, para que o foco se desloque para trás, até a retina. Isso é feito por uma lente que espalha os raios, a lente divergente, de bordas grossas.

A vergência da lente se relaciona à distância focal por:

$$V=\frac{1}{f}$$

A lente convergente tem $f>0$ e vergência positiva. A divergente tem $f<0$ e vergência negativa. Os graus de óculos de hipermetropes têm sinal positivo, e os de míopes, negativo.

Q53
Ondulatória — Fenômenos Ondulatórios — Batimento

Em um experimento sobre superposição de ondas utilizando dois diapasões, um professor verificou que o resultado obtido corresponde ao fenômeno conhecido como batimento. Isso ocorreu porque os diapasões vibram:

A)
em fase, com a mesma frequência.
B)
em fase, com frequências próximas.
C)
em oposição de fase, com a mesma frequência.
D)
em oposição de fase, com frequências próximas.
E)
em fase independente da frequência.

Gabarito oficial — UPF 2024.2

B
Resolução comentada

O batimento é a variação periódica da intensidade do som que resulta da superposição de duas ondas de frequências ligeiramente diferentes. Em certos instantes as ondas se somam e o som fica forte, e em outros elas se subtraem e o som enfraquece.

Se as frequências fossem iguais, a diferença de fase seria constante. O resultado seria uma interferência fixa, construtiva ou destrutiva, sem pulsação. Para que o som "pulse", as frequências precisam ser diferentes, mas próximas, de modo que a diferença de fase varie devagar e o ouvido perceba as oscilações de intensidade.

A frequência de batimento é a diferença entre as frequências das duas fontes:

$$f_{bat}=|f_1-f_2|$$

Para que isso ocorra, o ponto essencial é a proximidade entre as frequências. Quanto à fase, ela varia continuamente no tempo, e o enunciado se refere ao caso em que os dois diapasões começam em fase.

Q54
Eletricidade — Eletrodinâmica — Reostato em circuito em série

O circuito representado na figura a seguir consiste em uma bateria ideal, duas lâmpadas L1 e L2 de mesma potência nominal, um reostato R (resistor com resistência variável) e fios ideais. É correto afirmar que, ao aumentarmos o valor da resistência do reostato:

Circuito em série com bateria, lâmpada L1, reostato R e lâmpada L2
A)
O brilho das lâmpadas L₁ e L₂ não se altera, pois a bateria fornece sempre a mesma intensidade de corrente elétrica.
B)
O brilho das lâmpadas L₁ e L₂ aumenta, pois a resistência elétrica do circuito aumenta.
C)
Apenas o brilho da lâmpada L₂ diminui, pois está após o reostato R.
D)
O brilho da lâmpada L₁ não se altera, pois está antes do reostato R.
E)
O brilho das lâmpadas L₁ e L₂ diminui, pois a resistência elétrica do circuito aumenta.

Gabarito oficial — UPF 2024.2

E
Resolução comentada

Na figura, a bateria, L₁, R e L₂ formam um único caminho fechado. Em um circuito em série, a mesma corrente atravessa todos os elementos.

A resistência equivalente é a soma das resistências:

$$R_{eq}=R_{L1}+R+R_{L2}$$

A bateria ideal mantém a tensão $\varepsilon$ constante, e não a corrente. Ao aumentar $R$, a resistência equivalente cresce e a corrente diminui:

$$i=\frac{\varepsilon}{R_{eq}}$$

A potência dissipada em cada lâmpada, que determina o brilho, depende da corrente:

$$P=R_L\,i^2$$

Com $i$ menor, e com a mesma corrente nas duas lâmpadas, ambas perdem brilho. A posição da lâmpada em relação ao reostato não importa, porque a corrente não diminui só "depois" dele: ela diminui no circuito inteiro.

Q55
Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Transformador

Os transformadores são dispositivos essenciais em sistemas de distribuição de energia elétrica. Eles são usados para converter a alta tensão de transmissão da linha de energia em tensões mais baixas, adequadas para uso doméstico e industrial. Esse processo de redução da tensão é vital para garantir que a eletricidade seja utilizada de forma segura e eficiente em residências, empresas e outras instalações. Um determinado transformador é utilizado para baixar a diferença de potencial (tensão) de 24 200 V (tensão primária) para 220 V (tensão secundária). Em relação a esse transformador, são feitas as seguintes afirmações:

I. O número de espiras no primário é menor do que no secundário.

II. O número de espiras no primário é maior do que no secundário.

III. A corrente elétrica no primário é menor do que no secundário.

IV. A corrente elétrica no primário é maior do que no secundário.

Está correto apenas o que se afirma em:

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

Gabarito oficial — UPF 2024.2

D
Resolução comentada

Em um transformador, a razão entre as tensões é igual à razão entre os números de espiras:

$$\frac{V_p}{V_s}=\frac{N_p}{N_s}$$

$$\frac{N_p}{N_s}=\frac{24\,200}{220}=110$$

O primário tem 110 vezes mais espiras que o secundário. Os itens que afirmam o contrário são falsos.

Para um transformador ideal, a potência se conserva, e a que entra no primário é a que sai no secundário:

$$V_p\,i_p=V_s\,i_s$$

$$\frac{i_p}{i_s}=\frac{V_s}{V_p}=\frac{1}{110}$$

A corrente no primário é 110 vezes menor que a do secundário. O transformador que abaixa a tensão eleva a corrente, e é por isso que os cabos do lado de baixa tensão precisam ser mais grossos.

Estão corretas, portanto, as afirmações sobre o número de espiras maior no primário e sobre a corrente menor no primário.

Q56
Física Moderna — Física Quântica — Efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico é um fenômeno em que a luz incidente sobre um material, como uma fotocélula ou uma superfície metálica, provoca a emissão de elétrons desse material. Esse efeito foi descoberto e estudado no início do século XX e desempenhou um papel crucial no desenvolvimento da teoria quântica. Albert Einstein foi um dos cientistas que contribuíram significativamente para a compreensão desse efeito ao propor que a luz pode ser entendida como partículas discretas de energia, chamadas de fótons.

Sobre o efeito fotoelétrico, é correto afirmar que:

A)
O número de elétrons emitidos por unidade de tempo é independente da energia dos fótons da luz incidente.
B)
Os elétrons emitidos saem todos com a mesma energia cinética.
C)
A energia cinética dos elétrons emitidos depende da frequência e não da energia dos fótons da luz incidente.
D)
O número de elétrons emitidos por unidade de tempo depende da frequência da luz incidente.
E)
A energia cinética dos elétrons emitidos depende da velocidade da luz incidente.

Gabarito oficial — UPF 2024.2

C
Resolução comentada

Na explicação de Einstein, cada fóton cede toda a sua energia a um único elétron. Parte dessa energia, a função trabalho $\phi$ do metal, é gasta para arrancar o elétron, e o restante vira energia cinética:

$$E_c=h\,f-\phi$$

A energia cinética máxima, portanto, cresce com a frequência $f$ da luz. A intensidade não a altera: luz mais intensa traz mais fótons por segundo, e não fótons mais energéticos.

Com isso, é possível avaliar as demais afirmações. O número de elétrons emitidos por segundo está ligado ao número de fótons que chega por segundo, isto é, à intensidade da luz. Os elétrons não saem todos com a mesma energia, porque perdem energias diferentes ao deixar o metal, e a energia cinética máxima é a da expressão acima. A velocidade da luz é uma constante e não varia com o tipo de luz.

Uma observação sobre a redação: a energia do fóton é $h\,f$, de modo que a expressão "e não da energia dos fótons" é imprecisa. A leitura pretendida é que a energia cinética dos elétrons depende da frequência da luz, e não da intensidade.

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