UPF · 2025.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Sem resistência do ar, a única força sobre a esfera é o peso. Pela segunda lei de Newton:

$$a=\frac{P}{m}=\frac{mg}{m}=g$$

A aceleração é constante, e não depende da massa nem da posição. Com ela constante, a velocidade cresce na mesma proporção do tempo:

$$v=g\,t$$

Isso permite julgar as demais afirmativas. A aceleração não aumenta durante a queda, porque $g$ é praticamente o mesmo ao longo do edifício. Existe força atuando, o peso, e por isso a velocidade não é constante. A massa se cancela na expressão de $a$, e o tempo de queda depende apenas da altura:

$$t=\sqrt{\frac{2h}{g}}$$

A velocidade de chegada também depende da altura:

$$v=\sqrt{2gh}$$

Soltar a esfera de uma altura maior, portanto, aumenta a velocidade com que ela atinge o solo.

Pelo princípio de Pascal, a variação de pressão aplicada ao fluido se transmite integralmente a todos os seus pontos. Assim, a pressão no êmbolo menor é igual à pressão no êmbolo maior:

$$\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}$$

Isolando a força no êmbolo maior:

$$F_2=F_1\cdot\frac{A_2}{A_1}$$

As duas áreas estão em cm², e a unidade se cancela na razão, de modo que não é preciso converter para m²:

$$F_2=200\cdot\frac{500}{20}$$

$$F_2=200\cdot25=5\,000\text{ N}$$

Como o êmbolo maior tem área 25 vezes maior, a força também é 25 vezes maior. Esse é o ganho da prensa, obtido sem violar a conservação de energia: o êmbolo menor percorre uma distância 25 vezes maior.

O som resulta de compressões e rarefações transmitidas de partícula a partícula. Por isso, é uma onda mecânica e precisa de um meio material.

Dessa natureza decorrem os erros das outras alternativas. No vácuo não há partículas para transmitir a perturbação, e o som não se propaga. Também não se trata de uma onda eletromagnética, como a luz, que dispensa meio.

Sobre a velocidade, o som é mais rápido nos sólidos do que no ar, porque nos sólidos as partículas estão muito mais próximas e a força de ligação entre elas é maior. A massa isolada das partículas não decide o resultado.

A frequência é uma característica da fonte. Já a velocidade é determinada pelo meio, e a relação entre as duas grandezas é a equação fundamental da onda:

$$v=\lambda\,f$$

Ao mudar a frequência, o que se altera é o comprimento de onda, e não a velocidade.

O trabalho realizado por um gás é nulo quando o volume não varia, pois o pistão não se desloca:

$$W=p\,\Delta V=0$$

A primeira lei da Termodinâmica relaciona calor, trabalho e energia interna:

$$\Delta U=Q-W$$

O gás recebe calor, então $Q$ é positivo e vale $1\,200\text{ J}$:

$$\Delta U=1\,200-0$$

$$\Delta U=1\,200\text{ J}$$

Toda a energia da combustão fica armazenada no gás, o que explica o aumento da temperatura e da pressão descrito no enunciado.

O centro de curvatura está a $2f=1{,}0\text{ m}$ do espelho. O estudante está a $1{,}5\text{ m}$, ou seja, além do centro de curvatura. Para confirmar, use a equação de Gauss:

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

$$\frac{1}{p'}=\frac{1}{0{,}5}-\frac{1}{1{,}5}=2-\frac{2}{3}=\frac{4}{3}$$

$$p'=0{,}75\text{ m}$$

O valor positivo de $p'$ indica imagem real, formada diante do espelho. O aumento linear transversal é:

$$A=-\frac{p'}{p}=-\frac{0{,}75}{1{,}5}=-0{,}5$$

O sinal negativo indica imagem invertida, e o módulo menor que 1 indica imagem menor que o objeto. A resposta não depende do tamanho do estudante, pois o aumento é uma razão.

Afirmação I. Na associação em série há um único caminho para as cargas, então todos os dispositivos são percorridos pela mesma corrente. A afirmação é verdadeira.

Afirmação II. Na associação em paralelo, os terminais de todos os resistores estão ligados aos mesmos dois pontos, e por isso a diferença de potencial é a mesma. A afirmação é verdadeira.

Afirmação III. Com um único caminho, se um dispositivo interrompe o circuito, a corrente cessa em todos. A afirmação é verdadeira.

Afirmação IV. Para dois resistores em paralelo:

$$R_{eq}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$$

Como $R_1+R_2$ é maior que $R_2$, o resultado é menor que $R_1$. O mesmo vale para $R_2$. Cada ramo adicional oferece mais um caminho à corrente, e a resistência equivalente fica menor que a menor das resistências. A afirmação é falsa.

Estão corretas, portanto, as afirmações I, II e III.

A força magnética sobre uma carga em movimento é dada por:

$$F=|q|\,v\,B\,\operatorname{sen}\theta$$

A velocidade é perpendicular ao campo, então $\theta=90^\circ$ e $\operatorname{sen}\theta=1$. O módulo da força usa o valor absoluto da carga:

$$F=1{,}6\times10^{-19}\cdot2{,}0\times10^{6}\cdot5{,}0\times10^{-3}$$

Multiplicando os coeficientes e somando os expoentes:

$$F=(1{,}6\cdot2{,}0\cdot5{,}0)\times10^{-19+6-3}$$

$$F=16\times10^{-16}=1{,}6\times10^{-15}\text{ N}$$

As alternativas apresentam a unidade tesla, que é a unidade do campo magnético. A grandeza pedida é uma força, e o resultado se expressa em newton.

Planck propôs que a energia trocada entre a matéria e a radiação só assume valores discretos, múltiplos inteiros de um pacote mínimo, o quantum. A energia desse pacote é proporcional à frequência:

$$E=h\,f$$

Dessa relação seguem os erros de algumas alternativas. A energia não é contínua, como supunha a Física Clássica, e a energia de um fóton depende da frequência: quanto maior $f$, maior $E$.

A hipótese de Planck não afirma que a luz seja apenas partícula. Os fenômenos de interferência e difração continuam mostrando comportamento ondulatório, e a Física moderna admite a dualidade. Por fim, a quantização vale para toda a radiação eletromagnética, do infravermelho aos raios X, e não só para a luz visível.

Assim, a quantização limita a energia emitida ou absorvida a múltiplos inteiros de $h\,f$.