Prova ACAFE 2021.1 Medicina — Física, Gabarito e Resolução

Q29

Mecânica — Cinemática — Velocidade e aceleração no movimento circular uniforme

Um carrinho de brinquedo descreve um círculo, no sentido anti-horário, com velocidade de módulo constante.

Quatro esquemas de movimento circular: (a) velocidade e aceleração para cima; (b) velocidade para cima e aceleração para a direita; (c) velocidade para cima e aceleração para a esquerda; (d) velocidade para a esquerda e aceleração para cima. O carrinho está no ponto mais à direita de cada circunferência. — Figura do caderno de origem.

A figura que representa corretamente os vetores velocidade e aceleração é a:

A)Figura (c)

B)Figura (b)

C)Figura (a)

D)Figura (d)

Gabarito oficial — ACAFE 2021.1, Medicina

Resolução — Método TEF

O carrinho está representado no ponto mais à direita da circunferência. No sentido anti-horário, a velocidade é tangente à trajetória e aponta para cima.

Como o módulo da velocidade é constante, a aceleração tangencial é nula.

$$a_{\mathrm{t}}=0$$

A direção da velocidade muda continuamente. A aceleração é centrípeta, aponta para o centro e, no ponto mostrado, fica orientada para a esquerda.

$$a_{\mathrm{c}}=\frac{v^2}{R}$$

Essas duas direções aparecem na figura (c). O parecer da banca confirma que as letras entre parênteses identificam os desenhos e que a aceleração é indicada pela letra com seta.

Alternativa correta: A.

Q30

Mecânica — Cinemática — Comparação dos tempos de subida na Terra e na Lua

Um rapaz lança aqui na Terra uma pedra de 100 g verticalmente para cima e ela atinge a altura máxima de 5 m. Imagine agora que essa pedra foi lançada da mesma forma e com a mesma velocidade inicial na Lua.

Com base no exposto, marque a alternativa correta que indica qual a relação entre o tempo de subida da pedra na Terra e o tempo de subida da pedra na Lua.

A)$t_{\mathrm{Terra}}=0{,}16\,t_{\mathrm{Lua}}$

B)$t_{\mathrm{Terra}}=\dfrac{10}{1{,}6}\,t_{\mathrm{Lua}}$

C)$t_{\mathrm{Terra}}=0{,}10\,t_{\mathrm{Lua}}$

D)$t_{\mathrm{Terra}}=1{,}6\,t_{\mathrm{Lua}}$

Gabarito oficial — ACAFE 2021.1, Medicina

Resolução — Método TEF

Desprezamos a resistência do ar. A tabela do caderno fornece gravidades de 10 m/s² e 1,6 m/s², mas repete o símbolo da gravidade terrestre. Conforme o parecer, o segundo valor corresponde à Lua.

$$g_{\mathrm{Terra}}=10\ \mathrm{m/s^2}$$

$$g_{\mathrm{Lua}}=1{,}6\ \mathrm{m/s^2}$$

No ponto mais alto, a componente vertical da velocidade é nula.

$$v_y=v_0-gt$$

$$0=v_0-gt_{\mathrm{subida}}$$

$$t_{\mathrm{subida}}=\frac{v_0}{g}$$

Como a velocidade inicial é a mesma, ela se cancela na razão entre os tempos.

$$\frac{t_{\mathrm{Terra}}}{t_{\mathrm{Lua}}}=\frac{g_{\mathrm{Lua}}}{g_{\mathrm{Terra}}}$$

$$\frac{t_{\mathrm{Terra}}}{t_{\mathrm{Lua}}}=\frac{1{,}6}{10}$$

$$t_{\mathrm{Terra}}=0{,}16\,t_{\mathrm{Lua}}$$

Podemos conferir os tempos a partir da altura máxima terrestre.

$$v_0^2=2g_{\mathrm{Terra}}h_{\mathrm{Terra}}$$

$$v_0^2=2\cdot10\cdot5$$

$$v_0=10\ \mathrm{m/s}$$

$$t_{\mathrm{Terra}}=\frac{10}{10}=1{,}0\ \mathrm{s}$$

$$t_{\mathrm{Lua}}=\frac{10}{1{,}6}=6{,}25\ \mathrm{s}$$

A menor gravidade lunar faz a velocidade diminuir mais lentamente; por isso, a subida leva mais tempo.

Alternativa correta: A.

Q31

Mecânica — Quantidade de Movimento e Colisões — Impulso do cinto de segurança em uma colisão

Em uma simulação de colisão, esquematizada na figura abaixo, um carro a 90 km/h, transportando um boneco de 80 kg, bate frontalmente com uma parede. O tempo de colisão foi de 0,10 s.

Boneco preso pelo cinto de segurança, inicialmente em movimento para a direita com velocidade de 90 km/h. — Figura do caderno de origem.

A alternativa correta que apresenta o módulo da força média que o cinto de segurança exerce sobre o boneco durante a colisão, em newtons, é:

A)16000

B)7200

C)20000

D)2000

Gabarito oficial — ACAFE 2021.1, Medicina

Resolução — Método TEF

No modelo da questão, o boneco acompanha a parada do carro, sem rebote, durante 0,10 s. Atribuímos ao cinto a força horizontal de retenção.

$$v_i=\frac{90}{3{,}6}=25\ \mathrm{m/s}$$

$$v_f=0$$

Adotando como positivo o sentido inicial do movimento, a variação da quantidade de movimento é negativa.

$$\Delta p=m(v_f-v_i)$$

$$\Delta p=80(0-25)$$

$$\Delta p=-2000\ \mathrm{kg\,m/s}$$

Pelo teorema do impulso:

$$F_{\mathrm{m}}\Delta t=\Delta p$$

$$F_{\mathrm{m}}=\frac{-2000}{0{,}10}$$

$$F_{\mathrm{m}}=-20000\ \mathrm{N}$$

O sinal indica que a força se opõe ao movimento inicial. O enunciado pede o módulo.

$$|F_{\mathrm{m}}|=20000\ \mathrm{N}$$

Esse valor é uma média no tempo; a força instantânea pode variar durante a colisão.

Alternativa correta: C.

Q32

Mecânica — Cinemática — Transmissão por engrenagens e energia eólica

A Energia Eólica é limpa e renovável, não emite poluentes, além de não exaurir na natureza. É considerada a fonte de energia mais limpa do planeta. Pode ser obtida em locais diversificados da Terra, desde que sejam implantadas as instalações adequadas, denominadas Aerogeradores, que são capazes de captar o movimento do vento. Na figura abaixo é apresentado o esquema básico de funcionamento de um Aerogerador.

Esquema de aerogerador com pás, rotor, multiplicador de velocidade, eixo de alta velocidade e gerador. — Figura do caderno de origem.

Considerando o exposto e a figura acima, assinale a alternativa correta que completa as lacunas das frases a seguir.

O vento possui __________ que é transmitida para as pás, fazendo o rotor girar. O rotor transmite o movimento ao multiplicador de velocidade. No multiplicador de velocidade as duas engrenagens possuem a mesma velocidade __________ no ponto de contato, mas diferentes velocidades __________, o que permite que o eixo do gerador atue com sua velocidade ideal. Finalmente, o gerador transforma a __________ em __________.

A)energia cinética — angular — lineares — energia cinética — energia elétrica

B)energia potencial — angular — lineares — energia térmica — energia cinética

C)energia cinética — angular — lineares — energia multiplicada — energia elétrica

D)energia cinética — linear — angulares — energia cinética — energia elétrica

Gabarito oficial — ACAFE 2021.1, Medicina

Resolução — Método TEF

O vento é ar em movimento e transporta energia cinética. Parte dessa energia é transferida às pás e ao rotor.

Em duas engrenagens em contato, sem deslizamento, os módulos das velocidades tangenciais no ponto de contato são iguais.

$$v_1=v_2$$

$$\omega_1R_1=\omega_2R_2$$

Assim, para raios diferentes, os módulos das velocidades angulares são diferentes.

$$\frac{\omega_2}{\omega_1}=\frac{R_1}{R_2}$$

A engrenagem menor pode girar mais rapidamente. O multiplicador adapta a rotação ao gerador e não multiplica a energia; há perdas no processo real.

O gerador converte energia mecânica de rotação, apresentada nas opções como energia cinética, em energia elétrica.

A sequência é: energia cinética; linear; angulares; energia cinética; energia elétrica.

A introdução é uma transcrição do caderno. A ausência de emissões diretas na operação não significa ausência de impactos ambientais em todo o ciclo de vida do equipamento.

Alternativa correta: D.

Q33

Mecânica — Hidrostática — Massa de um cubo pelo aumento do volume deslocado

Um professor de Física desafiou seus alunos a criarem um método experimental para encontrar a massa m de um cubo, mas sem usarem balanças. Marta, uma de suas alunas, realizou os seguintes procedimentos (esquematizados na figura abaixo): (1) preparou uma tábua com área A na parte superior, espessura h e com massa 10,0 kg; (2) verificou que a tábua ficou 1,0 cm imersa ao ser colocada na água; (3) verificou que a tábua ficou 1,6 cm imersa quando o cubo de massa m foi colocado na sua parte superior; (4) finalmente, calculou o valor da massa m do cubo com os dados obtidos.

Tábua flutuando com 1,0 cm de imersão; com um cubo apoiado em sua superfície superior, a imersão passa a 1,6 cm. — Figura do caderno de origem.

A alternativa correta que apresenta o valor da massa m do cubo, em quilogramas, é:

A)0,6

B)8,0

C)6,0

D)16

Gabarito oficial — ACAFE 2021.1, Medicina

Resolução — Método TEF

Chamamos de M a massa da tábua e de d a profundidade de imersão. A tábua tem seção horizontal constante e o cubo permanece fora da água.

No primeiro equilíbrio, o empuxo sustenta apenas a tábua.

$$\rho_{\mathrm{água}}Agd_1=Mg$$

No segundo, o empuxo sustenta a tábua e o cubo.

$$\rho_{\mathrm{água}}Agd_2=(M+m)g$$

Dividindo a segunda equação pela primeira, eliminamos os fatores comuns.

$$\frac{d_2}{d_1}=\frac{M+m}{M}$$

$$\frac{1{,}6}{1{,}0}=\frac{10+m}{10}$$

$$16=10+m$$

$$m=6{,}0\ \mathrm{kg}$$

As profundidades podem ser usadas em centímetros na razão porque as unidades se cancelam. Os 16 kg representam a massa total sustentada, da qual retiramos os 10 kg da tábua.

Alternativa correta: C.

Q34

Termologia — Calorimetria — Energia interna, calor e condução térmica

Travando o calor

A Física moderna está possibilitando cada vez mais descobertas e desenvolvimento tecnológico. Um exemplo dessas possibilidades está sendo investigada na Universidade Nacional de Cingapura, onde pesquisadores estão utilizando o princípio da “simetria anti-paridade-tempo (APT)” para “travar”, em certa posição, o movimento da energia térmica de materiais mais quentes.

Fonte indicada no caderno: Inovação Tecnológica, acesso em 10 de setembro de 2019 (adaptada).

Analise, com base na física clássica, as afirmações a seguir:

A energia interna de um corpo depende da sua temperatura.
A energia térmica é propagada de uma extremidade para a outra de uma colher por meio da convecção térmica.
Só pode ser chamado de calor a energia térmica em trânsito.
O fluxo de energia térmica de um sistema para outro depende da diferença de temperatura entre esses sistemas.
A agitação das moléculas de um corpo influencia no valor de sua energia interna total.

A opção contendo apenas afirmações corretas é:

A)I — II — IV

B)III — IV — V

C)II — V — IV

D)I — II — III

Gabarito oficial — ACAFE 2021.1, Medicina

Resolução — Método TEF

I — verdadeira. A temperatura influencia a energia interna, embora não seja o único fator que a determina. A afirmação não usa a palavra “apenas”. A quantidade de matéria e o estado do sistema também importam.

II — falsa. A propagação de energia ao longo da colher metálica ocorre principalmente por condução. Convecção envolve transporte macroscópico de matéria em um fluido.

III — verdadeira. Calor designa energia transferida entre sistemas em razão de uma diferença de temperatura; não é uma quantidade armazenada no corpo.

IV — verdadeira. A diferença de temperatura influencia a taxa de transferência térmica. Na condução estacionária em uma parede plana, por exemplo:

$$\Phi=\frac{kA\Delta T}{e}$$

V — verdadeira. A energia cinética associada ao movimento microscópico das partículas compõe a energia interna.

Portanto, os itens verdadeiros são I, III, IV e V. O parecer complementar da banca explicita essa avaliação.

O comando pede uma opção contendo apenas afirmações corretas. A combinação III, IV e V satisfaz essa condição, mesmo sem incluir I. As outras combinações contêm II, que é falsa.

Alternativa correta: B.

Q35

Eletromagnetismo — Magnetismo — Solenoide, núcleo de ferro e chaveamento do circuito

Existem vários modelos de motor elétrico didático para se apresentar em feiras de ciência. Um estudante montou um deles, o qual funciona com um solenoide, que é ligado e desligado, um eixo de ferro, um pedaço de papel alumínio e uma bateria. O papel alumínio realiza a função de interruptor, ligando e desligando o circuito. Desta forma, quando o circuito é ligado, o solenoide atrai o eixo de ferro. O esquema visto de cima está sendo mostrado na figura abaixo.

Vista superior do motor didático: bateria ligada a um solenoide, eixo de ferro e papel alumínio funcionando como interruptor. — Figura do caderno de origem.

Com base no exposto, marque com V as afirmações verdadeiras e com F as falsas.

O campo magnético gerado no interior do solenoide é diretamente proporcional ao seu número de espiras.
Se invertermos os polos da bateria, a força magnética aplicada sobre o eixo de ferro, quando o circuito estiver ligado, será de repulsão.
O papel alumínio, funcionando como interruptor, faz com que, no interior do solenoide, o fluxo magnético seja variável.
O campo magnético gerado no interior do solenoide é diretamente proporcional ao comprimento do solenoide.
Se trocarmos a bateria por outra de maior ddp, o eixo de ferro será atraído com uma força magnética mais intensa.

A sequência correta, de cima para baixo, é:

A)F — F — V — V — F

B)V — F — V — F — V

C)V — F — V — V — F

D)V — F — F — V — V

Gabarito oficial — ACAFE 2021.1, Medicina

Resolução — Método TEF

No modelo de solenoide longo, o campo magnético no interior pode ser expresso por:

$$B=\mu\frac{N}{L}I$$

Aqui, N é o número de espiras, L é o comprimento, I é a corrente e μ representa a permeabilidade do meio no modelo adotado.

1 — verdadeira. Mantendo corrente, comprimento e meio, o campo cresce com o número de espiras.

2 — falsa. O eixo é de ferro comum. Ao inverter a bateria, inverte-se o campo, mas a magnetização induzida do ferro também se ajusta: o eixo continua sendo atraído para a região de campo mais intenso.

3 — verdadeira. O interruptor abre e fecha o circuito, alterando a corrente e o campo. Há variação de fluxo durante essas transições, considerando uma seção fixa do solenoide.

$$\Phi=BA\cos\theta$$

4 — falsa. Para N e I fixos, aumentar o comprimento reduz a densidade de espiras. No modelo, o campo é inversamente proporcional a L.

5 — verdadeira no modelo da prova. Com a mesma resistência elétrica efetiva, uma bateria de maior tensão produz maior corrente.

$$I=\frac{U}{R}$$

A maior corrente intensifica o campo e a atração, no regime considerado, sem saturação magnética ou alteração relevante da resistência. Não se afirma uma proporcionalidade universal entre força e tensão.

A sequência é V, F, V, F, V.

Alternativa correta: B.