UDESC 2015.2 — Física Resolvida | Prof. Ricardo Bastos

Q01

Estática — Torque

Ao se fechar uma porta, aplica-se uma força na maçaneta para ela rotacionar em torno de um eixo fixo onde estão as dobradiças.

Com relação ao movimento dessa porta, analise as proposições.

I. Quanto maior a distância perpendicular entre a maçaneta e as dobradiças, menos efetivo é o torque da força.

II. A unidade do torque da força no SI é o N·m, podendo também ser medida em Joule (J).

III. O torque da força depende da distância perpendicular entre a maçaneta e as dobradiças.

IV. Qualquer que seja a direção da força, o seu torque será não nulo, consequentemente a porta rotacionará sempre.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente a afirmativa II é verdadeira.

B)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

C)Somente a afirmativa IV é verdadeira.

D)Somente a afirmativa III é verdadeira.

E)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

Gabarito — UDESC 2015.2

D

Resolução

I ✗ O torque aumenta com o braço perpendicular: $\tau=Fd_\perp$.

II ✗ Embora $1\,\text{N·m}=1\,\text{J}$ dimensionalmente, torque não é expresso em joule; usa-se N·m.

III ✓ O torque depende da distância perpendicular entre a linha de ação da força e o eixo de rotação.

IV ✗ Se a força tiver linha de ação passando pelo eixo, o braço é nulo e o torque também.

Alternativa correta: D

Q02

Gravitação — Terceira Lei de Kepler

Um satélite artificial, em uma órbita geoestacionária em torno da Terra, tem um período de órbita de 24 h. Para outro satélite artificial, cujo período de órbita em torno da Terra é de 48 h, o raio de sua órbita, sendo $R_{Geo}$ o raio da órbita geoestacionária, é igual a:

A)$3R_{Geo}$

B)$3^{1/4}R_{Geo}$

C)$2R_{Geo}$

D)$4^{1/3}R_{Geo}$

E)$4R_{Geo}$

Gabarito — UDESC 2015.2

D

Resolução

Para satélites em torno da mesma Terra, vale a Terceira Lei de Kepler:

$$\frac{T_2^2}{T_1^2}=\frac{R_2^3}{R_1^3}.$$

Como $T_2/T_1=48/24=2$:

$$\left(2\right)^2=\left(\frac{R_2}{R_{Geo}}\right)^3.$$

Logo,

$$R_2=4^{1/3}R_{Geo}.$$

Alternativa correta: D

Q03

Dinâmica — Impulso e quantidade de movimento

O airbag e o cinto de segurança são itens de segurança presentes em todos os carros novos fabricados no Brasil. Utilizando os conceitos da Primeira Lei de Newton, de impulso de uma força e variação da quantidade de movimento, analise as proposições.

I. O airbag aumenta o impulso da força média atuante sobre o ocupante do carro na colisão com o painel, aumentando a quantidade de movimento do ocupante.

II. O airbag aumenta o tempo da colisão do ocupante do carro com o painel, diminuindo assim a força média atuante sobre ele mesmo na colisão.

III. O cinto de segurança impede que o ocupante do carro, em uma colisão, continue se deslocando com um movimento retilíneo uniforme.

IV. O cinto de segurança desacelera o ocupante do carro em uma colisão, aumentando a quantidade de movimento do ocupante.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras.

B)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

C)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

D)Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

E)Todas as afirmativas são verdadeiras.

Gabarito — UDESC 2015.2

B

Resolução

I ✗ O impulso total necessário para produzir a variação da quantidade de movimento é determinado por $I=\Delta p$; o airbag não aumenta a quantidade de movimento do ocupante.

II ✓ Para a mesma variação de quantidade de movimento, aumentar o intervalo de colisão reduz a força média: $I=F_{méd}\Delta t$.

III ✓ Pela inércia, sem uma força externa o ocupante tenderia a manter o movimento. O cinto aplica a força que o desacelera.

IV ✗ Ao desacelerar, o módulo da quantidade de movimento diminui.

Alternativa correta: B

Q04

Relatividade restrita — Dilatação do tempo

De acordo com o paradoxo dos gêmeos, talvez o mais famoso paradoxo da relatividade restrita, pode-se supor a seguinte situação: um amigo da sua idade viaja a uma velocidade de $0{,}999c$ para um planeta de uma estrela situado a 20 anos-luz de distância. Ele passa 5 anos neste planeta e retorna para casa a $0{,}999c$. Considerando que $\gamma=22{,}4$, assinale a alternativa que representa corretamente quanto tempo seu amigo passou fora de casa do seu ponto de vista e do ponto de vista dele, respectivamente.

A)20,00 anos e 1,12 anos

B)45,04 anos e 1,79 anos

C)25,00 anos e 5,00 anos

D)45,04 anos e 6,79 anos

E)40,04 anos e 5,00 anos

Gabarito — UDESC 2015.2

D

Resolução

No referencial da Terra, o tempo de viagem em cada trecho é:

$$t=\frac{20\ \text{anos-luz}}{0{,}999c}\approx20{,}02\ \text{anos}.$$

Ida e volta:

$$2t\approx40{,}04\ \text{anos}.$$

Somando os 5 anos de permanência no planeta:

$$\Delta t_{Terra}\approx45{,}04\ \text{anos}.$$

Para o viajante, o tempo próprio dos dois trechos é:

$$\Delta t'_{viagem}=\frac{40{,}04}{22{,}4}\approx1{,}79\ \text{anos}.$$

Somando os 5 anos no planeta:

$$\Delta t'\approx6{,}79\ \text{anos}.$$

Alternativa correta: D

Q05

Eletromagnetismo — Indução em barra móvel

A Figura 1 mostra um circuito elétrico, no qual uma barra metálica desliza com velocidade uniforme de intensidade $v=0{,}5\ \text{m/s}$, imerso em um campo magnético de intensidade $B=0{,}10\ \text{T}$ (entrando no plano do papel). A resistência elétrica $R$ é $2{,}0\ \Omega$.

Figura 1 — questão 05img/2015-2/udesc-2015-2-q05_fig1.webp

A intensidade da força necessária para deslizar a barra com a velocidade constante e a potência dissipada na resistência são, respectivamente, iguais a:

A)$5{,}0\times10^{-4}\ \text{N},\ 2{,}5\times10^{-4}\ \text{W}$

B)$2{,}5\times10^{-6}\ \text{N},\ 12{,}5\times10^{-7}\ \text{W}$

C)$5{,}0\times10^{-5}\ \text{N},\ 2{,}5\times10^{-6}\ \text{W}$

D)$2{,}5\times10^{-5}\ \text{N},\ 12{,}5\times10^{-6}\ \text{W}$

E)$5{,}0\times10^{-6}\ \text{N},\ 2{,}5\times10^{-7}\ \text{W}$

Gabarito — UDESC 2015.2

D

Resolução

Da figura, o comprimento da barra entre os trilhos é $L=10\ \text{cm}=0{,}10\ \text{m}$.

A fem induzida é:

$$\varepsilon=BLv=0{,}10\cdot0{,}10\cdot0{,}5=5{,}0\times10^{-3}\ \text{V}.$$

A corrente induzida vale:

$$i=\frac{\varepsilon}{R}=\frac{5{,}0\times10^{-3}}{2{,}0}=2{,}5\times10^{-3}\ \text{A}.$$

A força magnética sobre a barra é:

$$F=BiL=0{,}10\cdot2{,}5\times10^{-3}\cdot0{,}10=2{,}5\times10^{-5}\ \text{N}.$$

A potência dissipada:

$$P=i^2R=(2{,}5\times10^{-3})^2\cdot2=1{,}25\times10^{-5}\ \text{W}=12{,}5\times10^{-6}\ \text{W}.$$

Alternativa correta: D

Q06

Termodinâmica — Transformação isotérmica

Em um laboratório de física são realizados experimentos com um gás que, para fins de análises termodinâmicas, pode ser considerado um gás ideal. Da análise de um dos experimentos, em que o gás foi submetido a um processo termodinâmico, concluiu-se que todo calor fornecido ao gás foi convertido em trabalho.

Assinale a alternativa que representa corretamente o processo termodinâmico realizado no experimento.

A)processo isovolumétrico

B)processo isotérmico

C)processo isobárico

D)processo adiabático

E)processo composto: isobárico e isovolumétrico

Gabarito — UDESC 2015.2

B

Resolução

Pela Primeira Lei da Termodinâmica:

$$\Delta U=Q-W.$$

Se todo calor fornecido é convertido em trabalho, então $Q=W$ e, portanto,

$$\Delta U=0.$$

Para um gás ideal, a energia interna depende apenas da temperatura. Assim, $\Delta T=0$ e o processo é isotérmico.

Alternativa correta: B

Q07

Hidrostática — Variação de pressão

De acordo com a Figura 2, considerando $h=100\ \text{m}$ e a densidade do ar sendo uniforme ao longo da distância $h$, a variação de pressão, entre as posições B e A, é aproximadamente:

Figura 2 — questão 07img/2015-2/udesc-2015-2-q07_fig1.webp

A)0

B)$1\cdot p_{atm}$

C)$10\cdot p_{atm}$

D)$1000\cdot p_{atm}$

E)$100\cdot p_{atm}$

Gabarito — UDESC 2015.2

C

Resolução

Entre A e a superfície da água há uma coluna de ar de altura $h$; entre a superfície e B há uma coluna de água também de altura $h$.

Assim, aproximadamente:

$$p_B-p_A=\rho_{água}gh+\rho_{ar}gh.$$

Usando $\rho_{água}=10^3\ \text{kg/m}^3$, $\rho_{ar}=1{,}29\ \text{kg/m}^3$, $g=10\ \text{m/s}^2$ e $h=100\ \text{m}$:

$$\Delta p\approx10^3\cdot10\cdot100+1{,}29\cdot10\cdot100\approx1{,}0\times10^6\ \text{Pa}.$$

Como $p_{atm}=1{,}0\times10^5\ \text{Pa}$:

$$\Delta p\approx10p_{atm}.$$

Alternativa correta: C

Q08

Acústica — Tubos sonoros

Dois tubos sonoros de mesmo comprimento se diferem pela seguinte característica: o primeiro é aberto nas duas extremidades e o segundo é fechado em uma das extremidades.

Considerando que a temperatura ambiente seja de 20 °C e a velocidade do som igual a 344 m/s, assinale a alternativa que representa a razão entre a frequência fundamental do primeiro tubo e a do segundo tubo.

A)2,0

B)1,0

C)8,0

D)0,50

E)0,25

Gabarito — UDESC 2015.2

A

Resolução

Para um tubo aberto nas duas extremidades:

$$f_{aberto}=\frac{v}{2L}.$$

Para um tubo fechado em uma extremidade:

$$f_{fechado}=\frac{v}{4L}.$$

Logo:

$$\frac{f_{aberto}}{f_{fechado}}=\frac{v/(2L)}{v/(4L)}=2.$$

Alternativa correta: A

Q09

Magnetismo — Força entre fios paralelos

Dois fios retilíneos, longos e paralelos, estão dispostos, conforme mostra a Figura 3, em duas configurações diferentes: na primeira correntes elétricas de intensidades $i_A=3{,}0\ \text{A}$ e $i_B=2{,}0\ \text{A}$ são paralelas; e na segunda, correntes elétricas também de intensidades $i_A=3{,}0\ \text{A}$ e $i_B=2{,}0\ \text{A}$ são antiparalelas.

Figura 3 — questão 09img/2015-2/udesc-2015-2-q09_fig1.webp

A intensidade da força magnética sobre 1,0 m de comprimento do fio B, e o comportamento dos fios, nas duas configurações acima, são, respectivamente, iguais a:

A)$6{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, repelem-se; $6{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, atraem-se.

B)$3{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, atraem-se; $3{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, repelem-se.

C)$3{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, repelem-se; $3{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, atraem-se.

D)$9{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, atraem-se; $9{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, repelem-se.

E)$6{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, atraem-se; $6{,}0\times10^{-6}\ \text{N}$, repelem-se.

Gabarito — UDESC 2015.2

E

Resolução

Da figura, $d=20\ \text{cm}=0{,}20\ \text{m}$ e $L=1{,}0\ \text{m}$.

A força entre fios paralelos é:

$$F=\frac{\mu_0 i_Ai_B L}{2\pi d}.$$

$$F=\frac{4\pi\times10^{-7}\cdot3\cdot2\cdot1}{2\pi\cdot0{,}20}=6{,}0\times10^{-6}\ \text{N}.$$

Correntes no mesmo sentido se atraem; correntes em sentidos opostos se repelem.

Alternativa correta: E

Q10

Eletrodinâmica — Leis de Kirchhoff

De acordo com a Figura 4, os valores das correntes elétricas $i_1$, $i_2$ e $i_3$ são, respectivamente, iguais a:

Figura 4 — questão 10img/2015-2/udesc-2015-2-q10_fig1.webp

A)2,0 A, 3,0 A, 5,0 A

B)−2,0 A, 3,0 A, 5,0 A

C)3,0 A, 2,0 A, 5,0 A

D)5,0 A, 3,0 A, 8,0 A

E)2,0 A, −3,0 A, −5,0 A

Gabarito — UDESC 2015.2

A

Resolução

A fonte central fixa a diferença de potencial entre os nós superior e inferior em $4{,}0\ \text{V}$.

No ramo esquerdo, a fonte de $6{,}0\ \text{V}$ e o resistor de $5{,}0\ \Omega$ fornecem:

$$i_1=\frac{4+6}{5}=2{,}0\ \text{A}.$$

No ramo direito:

$$i_2=\frac{4+8}{4}=3{,}0\ \text{A}.$$

Pela Lei dos Nós de Kirchhoff, a corrente que sobe pelo ramo central deve alimentar as duas correntes que descem:

$$i_3=i_1+i_2=2+3=5{,}0\ \text{A}.$$

Alternativa correta: A

Q11

Física moderna — Energia do fóton

Filmes fotográficos para radiografias, do tipo preto e branco, possuem uma emulsão fotossensível. Confeccionou-se um filme neste modelo e constatou-se que, para dissociar moléculas contidas na emulsão fotossensível, é necessária uma exposição a fótons com energia mínima de 0,7 eV.

Assinale a alternativa que apresenta o valor do maior comprimento de onda da luz capaz de impressionar este filme.

A)$1{,}7\times10^{-9}\ \text{m}$

B)$1{,}7\times10^{-6}\ \text{m}$

C)$1{,}7\times10^{-14}\ \text{m}$

D)$0{,}7\times10^{-6}\ \text{m}$

E)$0{,}7\times10^{-9}\ \text{m}$

Gabarito — UDESC 2015.2

B

Resolução

Para o maior comprimento de onda, o fóton deve ter exatamente a energia mínima:

$$E=hf=\frac{hc}{\lambda}.$$

Usando $h=4{,}14\times10^{-15}\ \text{eV·s}$, $c=3{,}0\times10^8\ \text{m/s}$ e $E=0{,}7\ \text{eV}$:

$$\lambda=\frac{hc}{E}=\frac{4{,}14\times10^{-15}\cdot3{,}0\times10^8}{0{,}7}\approx1{,}77\times10^{-6}\ \text{m}.$$

O valor mais próximo é $1{,}7\times10^{-6}\ \text{m}$.

Alternativa correta: B

Q12

Calorimetria — Mudanças de fase

O gelo, ao absorver energia na forma de calor, pode ser transformado em água e, na sequência, em vapor. O diagrama de mudança de fases, abaixo, ilustra a variação da temperatura em função da quantidade de calor absorvida, para uma amostra de 200 g de gelo.

Figura 5 — questão 12img/2015-2/udesc-2015-2-q12_fig1.webp

Com relação às mudanças de fase desta amostra de gelo, analise as proposições.

I. A temperatura do gelo variou linearmente ao longo de todo processo de mudanças de fase.

II. A amostra de gelo absorveu 19000 cal para se transformar em água a 0 °C.

III. A amostra de gelo absorveu 3000 cal para se transformar em água a 0 °C e 20000 cal até atingir 100 °C.

IV. Durante o processo de vaporização foi absorvida uma quantidade de calor 6,75 vezes maior que durante o processo de fusão.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

B)Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

C)Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras.

D)Somente a afirmativa III é verdadeira.

E)Somente a afirmativa II é verdadeira.

Gabarito — UDESC 2015.2

B

Resolução

I ✗ Durante as mudanças de fase há patamares de temperatura constante.

II ✓ Para aquecer o gelo de $-30\,^{\circ}\text{C}$ a $0\,^{\circ}\text{C}$:

$$Q_1=mc_{gelo}\Delta T=200\cdot0{,}5\cdot30=3000\ \text{cal}.$$

Para fundir toda a massa:

$$Q_f=mL_f=200\cdot80=16000\ \text{cal}.$$

Logo, para obter água a $0\,^{\circ}\text{C}$:

$$Q=3000+16000=19000\ \text{cal}.$$

III ✗ Os 3000 cal apenas aquecem o gelo até $0\,^{\circ}\text{C}$; não o transformam em água.

IV ✓ Na vaporização:

$$Q_v=200\cdot540=108000\ \text{cal}.$$

Assim:

$$\frac{Q_v}{Q_f}=\frac{108000}{16000}=6{,}75.$$

Alternativa correta: B

Q13

Óptica — Refração da luz

A luz ao atravessar um material altera sua trajetória e sua velocidade. Estas mudanças estão associadas ao fenômeno da refração.

Com base na refração da luz, analise as proposições.

I. O índice de refração de um material é obtido pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no material, e o seu valor é sempre maior do que 1.

II. A velocidade da luz na água corresponde a um valor aproximado a 75% da velocidade da luz no vácuo.

III. Um raio de luz proveniente do interior de uma piscina se aproxima de uma reta perpendicular à interface ar-água, ao passar da água da piscina para o ar. Isto faz com que um observador externo tenha impressão de que a piscina é mais funda que na realidade.

Assinale a alternativa correta.

A)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

B)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

C)Somente a afirmativa I é verdadeira.

D)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

E)Todas as afirmativas são verdadeiras.

Gabarito — UDESC 2015.2

D

Resolução

I ✓ Pela definição usada no formulário, $n=c/v$. Em meios materiais usuais para a luz visível, $v1$.

II ✓ Para a água, $n=1{,}33$:

$$v=\frac{c}{n}=\frac{c}{1{,}33}\approx0{,}75c.$$

III ✗ Ao passar da água para o ar, o raio se afasta da normal. Para um observador externo, a piscina parece mais rasa, não mais funda.

Alternativa correta: D

Q14

Eletrostática — Lei de Coulomb

Uma das principais contribuições para os estudos sobre eletricidade foi a da definição precisa da natureza da força elétrica realizada, principalmente, pelos trabalhos de Charles Augustin de Coulomb (1736-1806). Coulomb realizou diversos experimentos para determinar a força elétrica existente entre objetos carregados, resumindo suas conclusões em uma relação que conhecemos atualmente como Lei de Coulomb.

Considerando a Lei de Coulomb, assinale a alternativa correta.

A)A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional ao produto das cargas e ao quadrado da distância entre estes corpos.

B)A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é inversamente proporcional ao produto das cargas e diretamente proporcional ao quadrado da distância entre estes corpos.

C)A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre estes corpos.

D)A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional a distância entre estes corpos.

E)A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional a distância entre estes corpos e inversamente proporcional ao produto das cargas.

Gabarito — UDESC 2015.2

C

Resolução

A Lei de Coulomb é:

$$F=k\frac{|Q_1Q_2|}{d^2}.$$

Portanto, a intensidade da força é diretamente proporcional ao produto dos módulos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

Alternativa correta: C