Provas Anteriores | UDESC 2009.1 | Prof. Ricardo Bastos

Q01

Física Geral — Unidades e Medidas — Análise dimensional

O Sistema Internacional de Unidades (SI) adota sete unidades fundamentais para grandezas físicas. Por exemplo, a unidade da intensidade de corrente elétrica é o ampère, cujo símbolo é $\text{A}$. Para o estudo da Mecânica usam-se três unidades fundamentais associadas às grandezas físicas: comprimento, massa e tempo.

Nesse sistema, a unidade de potência mecânica é:

A)$\text{s}^3\cdot(\text{kg}/\text{m}^2)$

B)$\text{kg}\cdot(\text{m}/\text{s}^2)$

C)$\text{kg}\cdot(\text{m}^2/\text{s}^3)$

D)$\text{kg}\cdot(\text{m}^2/\text{s})$

E)$(\text{m}/\text{s}^2)/\text{kg}$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Potência é energia por unidade de tempo:

$$P=\frac{E}{t}.$$

Como:

$$1\ \text{J}=1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2/\text{s}^2,$$

então:

$$1\ \text{W}=1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2/\text{s}^3.$$

Q02

Mecânica — Impulso e Quantidade de Movimento — Impulso

Um jogador de futebol, ao cobrar uma falta, chuta a bola de forma que ela deixa seu pé com uma velocidade de $25\ \text{m/s}$. Sabendo que a massa da bola é igual a $400\ \text{g}$ e que o tempo de contato entre o pé do jogador e a bola, durante o chute, foi de $0{,}01\ \text{s}$, a força média exercida pelo pé sobre a bola é igual a:

A)$100\ \text{N}$

B)$6250\ \text{N}$

C)$2500\ \text{N}$

D)$1000\ \text{N}$

E)$10000\ \text{N}$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Pelo impulso:

$$F_m\Delta t=\Delta Q.$$

Considerando a bola inicialmente em repouso:

$$F_m(0{,}01)=0{,}400\cdot25.$$

$$F_m=1000\ \text{N}.$$

Q03

Mecânica — Gravitação — Movimento orbital

Na figura abaixo, o sul-africano Mark Shuttleworth, que entrou para a história como o segundo turista espacial, depois do empresário norte-americano Dennis Tito, flutua a bordo da Estação Espacial Internacional, que se encontra em órbita baixa, entre $350\ \text{km}$ e $460\ \text{km}$ da Terra.

Astronauta flutuando no interior da Estação Espacial Internacional

Sobre Mark, é correto afirmar:

A)tem a mesma aceleração da Estação Espacial Internacional.

B)não tem peso nessa órbita.

C)tem o poder da levitação.

D)permanece flutuando devido à inércia.

E)tem velocidade menor que a da Estação Espacial Internacional.

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

O astronauta e a Estação Espacial Internacional estão em órbita sob ação da gravidade terrestre.

Ambos estão em queda livre orbital e possuem, praticamente, a mesma aceleração gravitacional. Por isso o astronauta aparenta flutuar em relação à estação.

Q04

Mecânica — Dinâmica — Atrito estático e cinético

O gráfico abaixo representa a força de atrito $(f_{at})$ entre um cubo de borracha de $100\ \text{g}$ e uma superfície horizontal de concreto, quando uma força externa é aplicada ao cubo de borracha.

Gráfico da força de atrito em função do tempo, crescendo até 1 N e passando ao patamar de 0,8 N

Assinale a alternativa correta, em relação à situação descrita pelo gráfico.

A)O coeficiente de atrito sintético é $0{,}8$.

B)Não há movimento relativo entre o cubo e a superfície antes que a força de atrito alcance o valor de $1{,}0\ \text{N}$.

C)O coeficiente de atrito estático é $0{,}8$.

D)O coeficiente de atrito cinético é $1{,}0$.

E)Há movimento relativo entre o cubo e a superfície para qualquer valor da força de atrito.

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Enquanto o bloco permanece em repouso, o atrito estático cresce acompanhando a força externa até seu valor máximo:

$$f_{e,max}=1{,}0\ \text{N}.$$

Somente depois de superar esse limite ocorre movimento relativo, e o atrito passa ao patamar cinético de aproximadamente $0{,}8\ \text{N}$.

Portanto, antes de o atrito atingir $1{,}0\ \text{N}$, não há movimento relativo.

Q05

Mecânica — Gravitação — Campo gravitacional

A aceleração da gravidade na superfície do planeta Marte é aproximadamente $4{,}0\ \text{m/s}^2$. Calcule a que altura da superfície da Terra deve estar uma pessoa com massa de $100{,}0\ \text{kg}$ para ter o mesmo peso que teria na superfície de Marte.

A)$1{,}0\times10^7\ \text{m}$

B)$3{,}6\times10^6\ \text{m}$

C)$4{,}0\times10^{14}\ \text{m}$

D)$6{,}4\times10^6\ \text{m}$

E)$1{,}36\times10^7\ \text{m}$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Queremos um ponto em que:

$$g=4{,}0\ \text{m/s}^2.$$

Usando:

$$g=\frac{GM_T}{r^2},$$

com $G=6{,}7\times10^{-11}\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2$ e $M_T=6{,}0\times10^{24}\ \text{kg}$:

$$r=\sqrt{\frac{GM_T}{g}}\approx1{,}0\times10^7\ \text{m}.$$

A altura acima da superfície é:

$$h=r-R_T\approx1{,}0\times10^7-6{,}4\times10^6\approx3{,}6\times10^6\ \text{m}.$$

Q06

Óptica — Lentes Esféricas — Aumento linear

Uma lente convergente de distância focal $d$ é colocada entre um objeto e uma parede. Para que a imagem do objeto seja projetada na parede com uma ampliação de $20$ vezes, a distância entre a lente e a parede deve ser igual a:

A)$20/d$

B)$20d$

C)$19d$

D)$21d$

E)$21/d$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Como a imagem real é ampliada $20$ vezes:

$$\frac{p'}p=20\Rightarrow p'=20p.$$

Pela equação da lente:

$$\frac1d=\frac1p+\frac1{p'}.$$

$$\frac1d=\frac1p+\frac1{20p}=\frac{21}{20p}.$$

Logo:

$$p=\frac{21d}{20}$$

$$p'=20p=21d.$$

Q07

Mecânica — Hidrostática — Pressão hidrostática

O gráfico abaixo ilustra a variação da pressão em função da profundidade, para um líquido contido em um reservatório aberto.

Gráfico de pressão em função da profundidade, com pontos em 0,5, 3,2 e 5,0 vezes 10 à quinta pascal

No local onde se encontra o reservatório, os valores da pressão atmosférica e da densidade do líquido são, respectivamente, iguais a:

A)$5{,}0\times10^5\ \text{N/m}^2$ e $3{,}0\times10^4\ \text{kg/m}^3$

B)$5{,}0\times10^4\ \text{N/m}^2$ e $3{,}0\times10^3\ \text{kg/m}^3$

C)$1{,}0\times10^5\ \text{N/m}^2$ e $1{,}0\times10^3\ \text{kg/m}^3$

D)$1{,}5\times10^4\ \text{N/m}^2$ e $3{,}6\times10^4\ \text{kg/m}^3$

E)$0{,}5\times10^5\ \text{N/m}^2$ e $3{,}3\times10^3\ \text{kg/m}^3$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

No nível $h=0$, o gráfico mostra:

$$p_{atm}=0{,}5\times10^5\ \text{Pa}=5{,}0\times10^4\ \text{Pa}.$$

Usando os pontos $h=0$ e $h=9\ \text{m}$:

$$\Delta p=(3{,}2-0{,}5)\times10^5=2{,}7\times10^5\ \text{Pa}.$$

Como:

$$\Delta p=\rho g\Delta h,$$

temos:

$$\rho=\frac{2{,}7\times10^5}{10\cdot9}=3{,}0\times10^3\ \text{kg/m}^3.$$

Q08

Ondulatória — Efeito Doppler — Radar Doppler

Em 1997, durante o exercício militar Mistral I, os aviões Mirage III-E da Força Aérea Brasileira conseguiram ótimos resultados contra os aviões Mirage 2000-C franceses, usando a manobra “Doppler-notch”. Esta manobra é utilizada para impedir a detecção de aviões por radares que usam o efeito Doppler, os radares Pulso-Doppler. Ela consiste em mover o avião alvo a $90^\circ$ do feixe eletromagnético emitido por este tipo de radar, conforme ilustrado no esquema abaixo.

Esquema da manobra Doppler-notch com o avião B movendo-se perpendicularmente ao feixe emitido pelo avião A

Quando o avião B se move a $90^\circ$ do feixe eletromagnético, o radar Pulso-Doppler do avião A não consegue determinar a diferença de frequência entre o feixe emitido e o feixe refletido porque:

A)há movimento do avião B na direção do feixe.

B)não há movimento do avião B na direção do feixe.

C)a velocidade do avião B aumenta bruscamente.

D)a velocidade do avião B diminui bruscamente.

E)não há feixe refletido no avião B.

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

O deslocamento Doppler depende da componente da velocidade relativa na direção da linha de visada do radar.

Na manobra mostrada, o avião B move-se perpendicularmente ao feixe, de modo que sua componente de velocidade na direção do feixe é nula. Assim, o radar não detecta deslocamento Doppler associado a essa componente.

Q09

Óptica — Refração — Lei de Snell

Um feixe de luz, cujo comprimento de onda é igual a $600\ \text{nm}$, propagando-se no ar, incide sobre um bloco de material transparente. O feixe de luz incidente forma um ângulo de $30^\circ$ com relação a uma reta normal à superfície do bloco, e o refratado faz um ângulo de $20^\circ$ com a normal. Considerando o índice de refração do ar igual a $1{,}00$ e a tabela abaixo, o valor do índice de refração do material é:

Ângulo	$\sin\theta$	$\cos\theta$
$20^\circ$	$0{,}34$	$0{,}94$
$30^\circ$	$0{,}50$	$0{,}87$
$60^\circ$	$0{,}87$	$0{,}50$
$70^\circ$	$0{,}94$	$0{,}34$

A)$1{,}47$

B)$0{,}68$

C)$2{,}56$

D)$0{,}93$

E)$1{,}00$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Pela lei de Snell:

$$n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2.$$

Com $n_1=1{,}00$:

$$n_2=\frac{\sin30^\circ}{\sin20^\circ}=\frac{0{,}50}{0{,}34}\approx1{,}47.$$

Q10

Termologia — Calorimetria — Potência térmica e fusão

O gráfico abaixo representa a variação da temperatura de $200{,}0\ \text{g}$ de água, em função do tempo, ao ser aquecida por uma fonte que libera energia a uma potência constante.

Gráfico da temperatura de 200 gramas de água em função do tempo

A temperatura da água no instante $135\ \text{s}$ e o tempo que essa fonte levaria para derreter a mesma quantidade de gelo a $0^\circ\text{C}$ são, respectivamente:

A)$64^\circ\text{C}$, $200\ \text{s}$

B)$64^\circ\text{C}$, $100\ \text{s}$

C)$74^\circ\text{C}$, $80\ \text{s}$

D)$74^\circ\text{C}$, $200\ \text{s}$

E)$74^\circ\text{C}$, $250\ \text{s}$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Do gráfico, a temperatura cresce de aproximadamente $10^\circ\text{C}$ para $50^\circ\text{C}$ em $100\ \text{s}$:

$$\frac{\Delta T}{\Delta t}=0{,}4^\circ\text{C/s}.$$

Em $135\ \text{s}$:

$$T=10+0{,}4\cdot135=64^\circ\text{C}.$$

A potência da fonte em calorias por segundo é:

$$P=mc\frac{\Delta T}{\Delta t}=200\cdot1\cdot0{,}4=80\ \text{cal/s}.$$

Para fundir $200\ \text{g}$ de gelo a $0^\circ\text{C}$:

$$Q=mL=200\cdot80=16000\ \text{cal}.$$

Logo:

$$t=\frac{Q}{P}=\frac{16000}{80}=200\ \text{s}.$$

Q11

Eletromagnetismo — Campos Elétrico e Magnético — Seletor de velocidades

Um campo elétrico de $3{,}4\times10^3\ \text{V/m}$ e um campo magnético de $2\times10^{-4}\ \text{T}$ atuam sobre um elétron em movimento retilíneo com velocidade constante. A massa do elétron é $9{,}11\times10^{-31}\ \text{kg}$.

O valor da velocidade do elétron é:

A)$1{,}8\times10^{-34}\ \text{m/s}$

B)$6{,}8\times10^{-1}\ \text{m/s}$

C)$5{,}9\times10^{-8}\ \text{m/s}$

D)$1{,}7\times10^7\ \text{m/s}$

E)$3{,}1\times10^{-27}\ \text{m/s}$

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Como o movimento é retilíneo e com velocidade constante, as forças elétrica e magnética se equilibram:

$$qE=qvB.$$

Logo:

$$v=\frac{E}{B}=\frac{3{,}4\times10^3}{2\times10^{-4}}=1{,}7\times10^7\ \text{m/s}.$$

Q12

Eletricidade — Eletrodinâmica — Resistividade e potência

A tabela a seguir fornece os comprimentos, as áreas da seção transversal e as resistividades para fios de cinco materiais diferentes. A resistência desses fios não depende da tensão aplicada.

Material	Comprimento	Área	Resistividade
A	$L$	$3A$	$\rho$
B	$3L$	$A$	$2\rho$
C	$2L$	$2A$	$3\rho$
D	$L$	$3A$	$3\rho$
E	$L$	$2A$	$2\rho$

A partir desses dados, indique a alternativa que contém o fio referente ao material que transforma mais energia por unidade de tempo quando todos estão individualmente submetidos à mesma diferença de potencial em suas extremidades.

A)C

B)B

C)A

D)D

E)E

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Para cada fio:

$$R=\rho\frac{L}{A}.$$

Tomando $R_0=\rho L/A$:

$$R_A=\frac{R_0}{3},\quad R_B=6R_0,\quad R_C=3R_0,\quad R_D=R_0,\quad R_E=R_0.$$

Como todos recebem a mesma tensão:

$$P=\frac{U^2}{R}.$$

Portanto, a maior potência ocorre no fio de menor resistência, o material A.

Q13

Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Transformadores

Um transformador possui $50$ espiras no enrolamento primário e $200$ espiras no secundário. Ao ligar o primário a uma bateria de tensão contínua e constante de $12\ \text{V}$, o valor da tensão de saída, no enrolamento secundário, é igual a:

A)$12\ \text{V}$, pois a tensão de saída é igual à tensão de entrada.

B)zero, pois o número de espiras do enrolamento secundário é maior do que o dobro do número de espiras do primário.

C)zero, pois não há força eletromotriz induzida nas espiras do secundário.

D)$72\ \text{V}$, pois a razão entre a tensão de saída e a tensão de entrada é igual à razão entre o número de espiras do enrolamento secundário e o número de espiras do primário.

E)$48\ \text{V}$, pois a razão entre a tensão de entrada e a tensão de saída é igual à razão entre o número de espiras do enrolamento primário e o número de espiras do secundário.

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

Uma bateria ideal fornece tensão contínua constante. Depois do transitório inicial, a corrente no primário não produz fluxo magnético variável.

Pela lei de Faraday, sem variação de fluxo não há força eletromotriz induzida no secundário.

Assim, a tensão de saída é zero.

Q14

Termologia — Termodinâmica — Processos isobárico e isocórico

O gráfico abaixo apresenta dois processos termodinâmicos distintos, utilizados para levar uma massa gasosa de gás ideal de uma temperatura inicial $T_0$ até uma temperatura $T_x$. O primeiro (A) é um processo isobárico e o segundo (B) é um processo isocórico.

Diagrama pressão por volume com processos A isobárico e B isocórico entre as isotermas T0 e Tx

Analise as afirmativas abaixo, relacionadas aos processos termodinâmicos descritos no gráfico:

I – A variação de energia interna do gás foi a mesma nos dois processos.

II – A quantidade de calor fornecida ao gás foi a mesma nos dois processos.

III – A temperatura $T_x$ é maior do que a temperatura $T_0$.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente a afirmativa III é verdadeira.

B)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

C)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

D)Somente a afirmativa II é verdadeira.

E)Todas as afirmativas são verdadeiras.

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

I — verdadeira. Para um gás ideal, a energia interna depende da temperatura. Como os dois processos partem de $T_0$ e chegam a $T_x$, possuem a mesma $\Delta U$.

II — falsa. No processo isobárico há trabalho de expansão, enquanto no processo isocórico:

$$W=0.$$

Pela primeira lei, os calores fornecidos são diferentes.

III — verdadeira. O gráfico mostra a passagem da isoterma $T_0$ para uma isoterma de maior temperatura $T_x$.

Q15

Física Moderna — Radioatividade — Radiações alfa, beta e gama

Em 1908, Ernest Rutherford recebeu o Prêmio Nobel de Química pelo seu trabalho para determinar a massa e a carga elétrica das partículas $\alpha$, $\beta$ e $\gamma$, que são emitidas pelos núcleos dos átomos de certos elementos radioativos.

Analise as afirmativas abaixo, considerando que $e$ e $m_e$ sejam, respectivamente, a carga e a massa de repouso do elétron.

I – A partícula $\alpha$ tem carga elétrica $+4e$, e sua massa de repouso é aproximadamente $7340m_e$.

II – A partícula $\beta$ pode ter carga elétrica $+e$ ou $-e$, e sua massa de repouso é igual à do próton, ou seja, aproximadamente $1840m_e$.

III – A partícula $\gamma$ é um fóton de radiação eletromagnética, não possui carga elétrica e sua massa de repouso é nula.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

B)Somente a afirmativa III é verdadeira.

C)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

D)Somente a afirmativa II é verdadeira.

E)Somente a afirmativa I é verdadeira.

Gabarito — UDESC 2009.1

Resolução

I — falsa. A partícula alfa é um núcleo de hélio e possui carga $+2e$.

II — falsa. A radiação beta corresponde a elétron $(\beta^-)$ ou pósitron $(\beta^+)$, com massa igual à massa do elétron, e não à massa do próton.

III — verdadeira. A radiação gama é eletromagnética, eletricamente neutra e constituída por fótons.