UDESC 2007.1 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Universidade do Estado de Santa Catarina
Vestibular 2007.1 · 2ª Etapa · 05 de novembro de 2006 · Física (Q01-Q15)
Edição: 2007.1Data: 05/11/2006Etapa: 2ª EtapaQuestões: 01 a 15Alternativas: A-E
Q01
Mecânica — Dinâmica — Aceleração e velocidade terminal
Após saltar do avião, um paraquedista atinge a velocidade de $5{,}0\ \text{m/s}$ antes de abrir o paraquedas. Depois de aberto o paraquedas, sua velocidade alcança um valor final e constante de $1{,}5\ \text{m/s}$.
Assinale a alternativa que indica a que aceleração está sujeito o paraquedista nas duas situações descritas acima, ou seja, antes de abrir o paraquedas e após atingir a velocidade de $1{,}5\ \text{m/s}$. Considere que, com o paraquedas fechado, a resistência do ar é desprezível.
A)$5\ \text{m/s}^2$ e $1{,}5\ \text{m/s}^2$
B)$0\ \text{m/s}^2$ e $10\ \text{m/s}^2$
C)$10\ \text{m/s}^2$ e $0$
D)$5\ \text{m/s}^2$ e $0$
E)$10\ \text{m/s}^2$ e $10\ \text{m/s}^2$
Gabarito — UDESC 2007.1
C
Resolução
Com o paraquedas fechado e resistência do ar desprezível, o paraquedista está em queda livre:
$$a=g=10\ \text{m/s}^2.$$
Depois de aberto o paraquedas, quando a velocidade já atingiu um valor final e constante, a aceleração é nula:
$$a=0.$$
Q02
Mecânica — Trabalho e Energia — Atrito em rampa
Para o descarregamento de mercadorias de um automóvel utiliza-se uma rampa com $2{,}000\ \text{m}$ de comprimento, conforme ilustrado na figura abaixo. Uma caixa de $50{,}00\ \text{kg}$ desliza sobre a rampa, partindo do repouso no topo. Durante o deslizamento, atua sobre a caixa uma força de atrito constante de $137{,}5\ \text{N}$.
A velocidade escalar da caixa, quando ela atinge a base da rampa, é:
A)$\sqrt{9{,}00}\ \text{m/s}$
B)$\sqrt{40{,}0}\ \text{m/s}$
C)$\sqrt{31{,}0}\ \text{m/s}$
D)$\sqrt{20{,}0}\ \text{m/s}$
E)$\sqrt{137{,}5}\ \text{m/s}$
Gabarito — UDESC 2007.1
A
Resolução
A energia potencial perdida é:
$$E_p=mgh=50\cdot10\cdot1=500\ \text{J}.$$
O trabalho do atrito é:
$$W_{at}=-fd=-137{,}5\cdot2=-275\ \text{J}.$$
Logo, a energia cinética na base é:
$$E_c=500-275=225\ \text{J}.$$
$$\frac{mv^2}{2}=225.$$
$$25v^2=225\Rightarrow v^2=9.$$
Portanto:
$$v=\sqrt{9{,}00}\ \text{m/s}.$$
Q03
Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência elétrica
Um fogão elétrico de quatro bocas funciona com uma tensão de $120\ \text{V}$. Ele possui uma resistência, quando aquecido, igual a $12{,}0\ \Omega$.
A potência dissipada é:
A)$200\ \text{W}$
B)$600\ \text{W}$
C)$1200\ \text{W}$
D)$250\ \text{W}$
E)$2400\ \text{W}$
Gabarito — UDESC 2007.1
C
Resolução
Para um resistor:
$$P=\frac{U^2}{R}.$$
$$P=\frac{120^2}{12}=1200\ \text{W}.$$
Q04
Mecânica — Gravitação — Aceleração da gravidade
Uma nave espacial, com o equipamento de comunicação danificado, pousa em um planeta do nosso sistema solar. Os ocupantes descem da nave e medem um tempo de $5{,}00\ \text{s}$ para um objeto lançado verticalmente para cima, com velocidade de $21{,}8\ \text{m/s}$, retornar à posição inicial.
Planeta
Massa ($\text{kg}$)
Raio ($\text{m}$)
Mercúrio
$3{,}33\times10^{23}$
$2{,}44\times10^6$
Vênus
$4{,}87\times10^{24}$
$6{,}10\times10^6$
Terra
$5{,}98\times10^{24}$
$6{,}40\times10^6$
Marte
$6{,}39\times10^{23}$
$3{,}39\times10^6$
Júpiter
$1{,}90\times10^{27}$
$7{,}15\times10^7$
Saturno
$5{,}68\times10^{26}$
$6{,}00\times10^7$
Urano
$8{,}67\times10^{25}$
$2{,}59\times10^7$
Netuno
$1{,}03\times10^{26}$
$2{,}47\times10^7$
Considerando os valores do quadro acima, os ocupantes da nave concluem que estão em:
A)Júpiter
B)Vênus
C)Marte
D)Netuno
E)Saturno
Gabarito — UDESC 2007.1
B
Resolução
O tempo de subida é metade do tempo total:
$$t_s=2{,}50\ \text{s}.$$
No ponto mais alto, $v=0$:
$$0=v_0-gt_s.$$
$$g=\frac{21{,}8}{2{,}50}=8{,}72\ \text{m/s}^2.$$
Usando $g=GM/R^2$ nos valores da tabela, o planeta cuja gravidade superficial é aproximadamente $8{,}7\ \text{m/s}^2$ é Vênus.
Q05
Mecânica — Hidrostática — Empuxo e densidade
Um pequeno pedaço de gelo está flutuando na água contida em um copo, conforme ilustrado na figura abaixo. Sabendo-se que estão imersos na água nove décimos do volume do bloco de gelo, pode-se afirmar que a densidade do gelo tem valor igual a:
A)$1{,}0\ \text{g/cm}^3$
B)$0{,}7\ \text{g/cm}^3$
C)$0{,}8\ \text{g/cm}^3$
D)$0{,}9\ \text{g/cm}^3$
E)$1{,}1\ \text{g/cm}^3$
Gabarito — UDESC 2007.1
D
Resolução
Em equilíbrio:
$$P=E.$$
$$\rho_gVg=\rho_aV_{sub}g.$$
Como $V_{sub}=0{,}9V$ e $\rho_a=1{,}0\ \text{g/cm}^3$:
$$\rho_g=0{,}9\ \text{g/cm}^3.$$
Q06
Mecânica — Dinâmica — Segunda Lei de Newton
Considerando a segunda Lei de Newton, assinale a afirmação falsa.
A)Para a mesma força resultante, corpos de maior inércia adquirem menor aceleração.
B)Quando o somatório de todas as forças atuantes sobre um corpo for nulo, então a aceleração desse corpo também é nula.
C)A expressão que fornece a força resultante $\vec F_R=m\vec a$ descreve o movimento de um sistema apenas quando a massa desse sistema é constante.
D)Quando várias forças atuam em um corpo, a aceleração desse corpo será na mesma direção da força que possui o maior módulo.
E)Quando uma única força atua sobre um corpo, a aceleração desse corpo será na mesma direção dessa força.
Gabarito — UDESC 2007.1
D
Resolução
Pela segunda lei de Newton:
$$\vec F_R=m\vec a.$$
A direção da aceleração é a direção da força resultante, isto é, da soma vetorial de todas as forças. Ela não precisa coincidir com a direção da força individual de maior módulo.
Q07
Termologia — Calorimetria — Fusão e rendimento
Uma pequena metalúrgica funde diariamente $0{,}5$ tonelada de alumínio, em 5 etapas diferentes, de $100\ \text{kg}$ cada. O processo de fusão é feito com um forno a gás natural que trabalha continuamente. Visando diminuir os custos com o consumo de combustível, o encarregado da fundição precisa calcular a energia necessária para fundir os $100\ \text{kg}$ de alumínio e medir a energia consumida, por meio de um instrumento próprio.
Na tabela abaixo foi anotada a energia consumida nesse processo de fusão. Sabendo que o calor específico do alumínio é de $900\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}$, que o calor latente de fusão é igual a $400\times10^3\ \text{J/kg}$ e que a temperatura de fusão do alumínio é $660^\circ\text{C}$, calcule o percentual de perda de energia do forno. Considere que a temperatura ambiente é igual a $25^\circ\text{C}$.
Massa de alumínio ($\text{kg}$)
Energia consumida ($\times10^6\ \text{J}$)
$100$
$122$
$100$
$120$
$100$
$121$
$100$
$122$
$100$
$120$
A)$100\%$
B)$120\%$
C)$24\%$
D)$20\%$
E)$5\%$
Gabarito — UDESC 2007.1
D
Resolução
Para aquecer $100\ \text{kg}$ de alumínio de $25^\circ\text{C}$ a $660^\circ\text{C}$:
Uma pequena quantidade de gás ideal, $2{,}5\times10^{-4}\ \text{mol}$, é levada a expandir seu volume inicial por meio de uma transformação a pressão constante, conforme representada no gráfico. Determine o valor da pressão em que ocorre essa transformação isobárica. Considere que a constante universal dos gases perfeitos vale $8{,}0\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}$.
A)$60\ \text{atm}$
B)$1{,}2\times10^{-1}\ \text{N/m}^2$
C)$1{,}2\times10^5\ \text{N/m}^2$
D)$60\ \text{K/cm}^3$
E)$(1/60)\ \text{cm}^3/\text{K}$
Gabarito — UDESC 2007.1
C
Resolução
Pelo gráfico, por exemplo, para $T\approx280\ \text{K}$:
Um estudante de Física fez uma análise de algumas transformações gasosas, utilizando a Primeira Lei da Termodinâmica, e emitiu as seguintes afirmações:
I – Em uma transformação isotérmica não há variação da energia interna e todo calor absorvido pelo gás é convertido em trabalho.
II – Em uma transformação isobárica, parte do calor absorvido pelo gás é utilizada para aumentar a energia interna, e a outra parte é convertida em trabalho.
III – Em uma transformação adiabática, em que o gás realiza trabalho, ocorre um aumento de temperatura.
Em relação às afirmações, é correto afirmar:
A)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
B)Somente a afirmativa I é verdadeira.
C)Todas as afirmativas são verdadeiras.
D)Somente a afirmativa II é falsa.
E)Somente as afirmativas II e III são falsas.
Gabarito — UDESC 2007.1
A
Resolução
I — verdadeira. Para gás ideal em transformação isotérmica, $\Delta U=0$, então o calor recebido é convertido em trabalho.
II — verdadeira. Em uma expansão isobárica com aquecimento, o calor recebido aumenta a energia interna e também produz trabalho.
III — falsa. Em uma expansão adiabática, $Q=0$. Se o gás realiza trabalho, sua energia interna diminui e sua temperatura também diminui.
Q10
Óptica — Espelhos Esféricos — Espelho convexo
Um aluno, fazendo um teste para determinar a posição e a característica da imagem formada em espelhos, coloca seu rosto a uma distância de $40{,}0\ \text{cm}$ de um espelho convexo de distância focal igual a $10{,}0\ \text{cm}$.
A alternativa que representa corretamente a posição e as características da imagem formada é:
A)$+10{,}0\ \text{cm}$, imagem virtual e invertida, 4 vezes menor.
B)$-8{,}0\ \text{cm}$, imagem virtual e direita, 5 vezes menor.
C)$+10{,}0\ \text{cm}$, imagem virtual e invertida, 5 vezes menor.
D)$-8{,}0\ \text{cm}$, imagem real e direita, 5 vezes menor.
E)$+10{,}0\ \text{cm}$, imagem real e direita, 5 vezes menor.
Considere as seguintes afirmações, sobre o movimento ondulatório:
I – Uma onda para a qual a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração é chamada de onda transversal.
II – No vácuo todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma frequência.
III – A propagação de uma onda envolve necessariamente transporte de energia.
IV – A velocidade e a frequência de uma onda não se alteram quando ela passa de um meio para outro.
Assinale a alternativa correta.
A)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
B)Somente a afirmativa III é verdadeira.
C)Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.
D)Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
E)Todas as afirmativas são falsas.
Gabarito — UDESC 2007.1
A
Resolução
I — verdadeira.
II — falsa. Ondas eletromagnéticas podem ter frequências muito diferentes.
III — verdadeira. Ondas transportam energia.
IV — falsa. Ao mudar de meio, a frequência permanece constante, mas a velocidade de propagação pode mudar.
Q12
Física Moderna — Relatividade — Contração do comprimento
Uma espaçonave passa sobre a Terra com velocidade igual a $0{,}80c$, sendo $c$ a velocidade da luz no vácuo. O tripulante observa a pista de pouso de um aeroporto — orientada paralelamente à direção do movimento da nave — que, medida segundo o referencial da Terra, possui comprimento $L_0$.
O comprimento da pista observado pelo tripulante será:
A)$60\%$ maior do que $L_0$
B)igual a $L_0$
C)$40\%$ menor do que $L_0$
D)$80\%$ maior do que $L_0$
E)$36\%$ menor do que $L_0$
Gabarito — UDESC 2007.1
C
Resolução
A contração do comprimento é:
$$L=L_0\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}.$$
Para $v=0{,}80c$:
$$L=L_0\sqrt{1-0{,}64}=0{,}60L_0.$$
Portanto, o comprimento observado é $40\%$ menor que $L_0$.
Q13
Eletricidade — Eletrodinâmica — Instrumentos de medida
No circuito elétrico desenhado abaixo, a força eletromotriz do gerador vale $12{,}0\ \text{V}$, o valor da resistência em série é $5{,}0\ \Omega$, e as resistências em paralelo têm todas o mesmo valor: $9{,}0\ \Omega$. Usando um voltímetro (V) e um amperímetro (A) ideais, um eletricista mediu no circuito os seguintes valores: $4{,}5\ \text{V}$ e $1{,}5\ \text{A}$, respectivamente.
Assinale a alternativa correta, que mostra onde o eletricista conectou os instrumentos no circuito.
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito — UDESC 2007.1
E
Resolução
As três resistências de $9\ \Omega$ em paralelo equivalem a:
$$R_p=3\ \Omega.$$
A resistência total é:
$$R_{eq}=5+3=8\ \Omega.$$
A corrente total é:
$$I=\frac{12}{8}=1{,}5\ \text{A}.$$
A tensão no conjunto paralelo é:
$$U_p=IR_p=1{,}5\cdot3=4{,}5\ \text{V}.$$
Logo, o amperímetro deve estar em série com o circuito e o voltímetro em paralelo com o conjunto de resistores de $9\ \Omega$. Essa ligação aparece na alternativa E.
Q14
Eletromagnetismo — Campos Elétrico e Magnético — Seletor de velocidades
Em um equipamento utilizado em um laboratório de pesquisa é possível produzir, em uma mesma região, um campo magnético de $0{,}50\ \text{T}$ orientado na direção e sentido positivo de $y$ e um campo elétrico de $2{,}0\times10^3\ \text{N/C}$ orientado na direção e sentido negativo de $x$, de acordo com o sistema de coordenadas representado abaixo.
Deseja-se lançar uma partícula de carga $1{,}0\times10^{-12}\ \text{C}$ por meio dessa região, de tal forma que não sofra nenhum desvio. Para que isso seja possível, a direção, o sentido e o módulo da velocidade da partícula são, respectivamente, iguais a:
