UPF · 2025.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF

O impulso da força média durante a tacada é igual à variação da quantidade de movimento da bola:

$$F\,\Delta t=m\,\Delta v$$

A bola parte do repouso, então $\Delta v=4{,}0\text{ m/s}$. Isolando a força:

$$F=\frac{m\,\Delta v}{\Delta t}=\frac{0{,}16\cdot4{,}0}{1{,}0\times10^{-2}}$$

$$F=\frac{0{,}64}{0{,}01}=64\text{ N}$$

O tempo de contato é muito curto, e por isso a força média é grande, mesmo para uma bola leve. Conferir a ordem de grandeza evita os erros de uma ou duas potências de dez.

A primeira lei de Kepler diz que a órbita é uma elipse com a Terra em um dos focos, e não no centro.

A segunda lei, a das áreas, afirma que a linha que une o satélite ao centro da Terra varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais. Para isso, o satélite precisa se mover mais rápido quando está perto da Terra e mais devagar quando está longe. A velocidade, portanto, depende da posição, e diminui no afastamento.

A força gravitacional depende da distância $r$ entre os centros:

$$F=\frac{G\,M\,m}{r^2}$$

No ponto mais distante, $r$ é maior e a força é menor. A força é máxima no ponto mais próximo, onde a velocidade também é máxima.

A afirmação que descreve a lei das áreas é a única que não contradiz nenhum desses resultados.

Sobre o tronco atuam duas forças verticais: o peso, para baixo, e o empuxo exercido pela água, para cima. O tronco flutua em repouso, parcialmente submerso, e isso significa que a resultante é nula:

$$E=P$$

Se o empuxo fosse menor que o peso, o tronco afundaria. Se fosse maior, ele subiria, acelerando para fora da água, até que a parte submersa diminuísse e o empuxo se igualasse ao peso.

O empuxo é o peso do líquido deslocado:

$$E=\rho_{agua}\,g\,V_{sub}$$

O tronco flutua parcialmente submerso porque a densidade da madeira é menor que a da água. Se fosse maior, o tronco afundaria. É falso dizer que não há forças sobre ele: o equilíbrio é produto de forças que se anulam.

Pela equação de Gauss, com $p=20\text{ cm}$ e $f=10\text{ cm}$:

$$\frac{1}{p'}=\frac{1}{f}-\frac{1}{p}$$

$$\frac{1}{p'}=\frac{1}{10}-\frac{1}{20}=\frac{1}{20}$$

$$p'=20\text{ cm}$$

A distância positiva indica imagem real. O aumento linear transversal é:

$$A=-\frac{p'}{p}=-\frac{20}{20}=-1$$

O sinal negativo indica imagem invertida, e o módulo 1 indica imagem do mesmo tamanho. A vela está sobre o centro de curvatura, $R=2f=20\text{ cm}$, e a imagem se forma sobre esse mesmo ponto.

Na leitura do gráfico, os estados são A ($p=4$; $V=3$), B ($p=1$; $V=3$) e C ($p=1$; $V=12$). Comece pelo produto $pV$, proporcional à temperatura do gás ideal:

$$p_AV_A=4\cdot3=12$$

$$p_CV_C=1\cdot12=12$$

Os estados A e C têm o mesmo produto $pV$, então têm a mesma temperatura. A curva entre eles é uma hipérbole, característica da isoterma, e a temperatura não aumenta nesse trecho.

Em A→B o volume é constante e o trabalho é nulo, e não 12 J:

$$W_{AB}=p\,\Delta V=0$$

Nesse trecho, a pressão cai de 4 para 1 com volume fixo. Como $pV$ diminui, a temperatura diminui. A energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura, e então diminui.

Em B→C a pressão é constante e o volume aumenta, de modo que $pV$ passa de 3 para 12. A temperatura aumenta, e a energia interna aumenta, em vez de diminuir.

Para qualquer onda, a velocidade, a frequência e o comprimento de onda se relacionam por:

$$v=\lambda\,f$$

Isolando o comprimento de onda:

$$\lambda=\frac{v}{f}$$

Comprimento de onda e frequência são inversamente proporcionais. O maior comprimento de onda, portanto, corresponde à menor frequência, que é $2{,}4\text{ GHz}=2{,}4\times10^{9}\text{ Hz}$:

$$\lambda=\frac{3\times10^{8}}{2{,}4\times10^{9}}$$

$$\lambda=0{,}125\text{ m}$$

Para as outras frequências o resultado é menor: 0,06 m em 5 GHz e 0,05 m em 6 GHz.

O estudante precisa variar a tensão aplicada ao resistor e medir, ao mesmo tempo, a tensão e a corrente. Para isso, cada instrumento tem uma ligação própria: o voltímetro é ligado em paralelo com o elemento cuja tensão se mede, e o amperímetro em série com o ramo cuja corrente se mede.

No desenho, os elementos B e C estão em ramos paralelos, ligados aos mesmos dois fios. Os elementos A e D estão em série com a bateria, e toda a corrente do circuito passa por eles.

Daí vem a distribuição. O resistor e o voltímetro ficam nos dois ramos em paralelo, B e C. O amperímetro mede a corrente total, que é a do resistor, e por isso ocupa uma das posições em série, A ou D. A outra posição em série fica com o reostato, que varia a corrente e, com ela, a tensão sobre o resistor:

$$U=R\,i$$

Para verificar se $R$ muda, o estudante varia o reostato, lê $U$ e $i$ e calcula a razão. Qualquer alternativa que coloque o voltímetro em série ou o amperímetro em paralelo não atende a essas condições.

Pela lei de Faraday, a fem induzida em uma bobina de $N$ espiras depende da taxa de variação do fluxo em cada espira:

$$\varepsilon=-N\,\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$

Entre 0 e 0,2 s, o fluxo cresce de 0 a 0,002 Wb. O módulo da fem é:

$$|\varepsilon|=200\cdot\frac{0{,}002}{0{,}2}$$

$$|\varepsilon|=200\cdot0{,}01=2{,}0\text{ V}$$

Entre 0,2 s e 0,6 s o fluxo é constante, então $\Delta\Phi=0$ e a fem é nula. Entre 0,6 s e 0,8 s o fluxo cai 0,002 Wb em 0,2 s, o que dá novamente 2,0 V em módulo, com sinal oposto.

O maior valor da fem, portanto, é 2,0 V. A fem nula ocorre quando o fluxo é constante, e não quando é máximo: o que induz corrente é a variação do fluxo.