Provas Anteriores | UDESC 2017.2 | Prof. Ricardo Bastos

Q01

Física Moderna — Física Atômica — Transições eletrônicas

O diagrama da Figura 1 mostra os níveis de energia para um elétron em um determinado átomo. Das transições entre os níveis de energia mostradas na Figura 1, assinale a alternativa que representa a emissão de um fóton com maior energia.

Transições eletrônicas: figura original da questão 1 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 01

A)de n=4 para n=3

B)de n=1 para n=3

C)de n=2 para n=1

D)de n=1 para n=2

E)de n=4 para n=2

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

Na emissão, o elétron passa de um nível de maior energia para outro de menor energia.

$$E_\gamma=E_i-E_f$$

As transições ascendentes indicadas correspondem à absorção. Entre as descendentes, o maior desnível do diagrama é o do segundo nível para o primeiro.

$$E_\gamma=E_2-E_1$$

Alternativa correta: C.

Q02

Eletricidade — Eletromagnetismo — Força magnética

Um campo magnético uniforme está entrando no plano da página. Uma partícula carregada move-se neste plano em uma trajetória em espiral, no sentido horário e com raio decrescente, como mostra a Figura 2. Assinale a alternativa correta para o comportamento observado na trajetória da partícula.

Força magnética: figura original da questão 2 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 02

A)A carga é negativa e sua velocidade está diminuindo.

B)A carga é positiva e sua velocidade está diminuindo.

C)A carga é positiva e sua velocidade está aumentando.

D)A carga é negativa e sua velocidade está aumentando.

E)A carga é neutra e sua velocidade é constante.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

A força magnética deve apontar para o centro de curvatura. Com $\vec B$ entrando na página, a carga positiva giraria no sentido anti-horário; o giro horário identifica carga negativa.

$$|q|vB=\frac{mv^2}{r}$$

$$r=\frac{mv}{|q|B}$$

Mantidos massa, módulo da carga e campo, a diminuição do raio indica redução da velocidade. O campo magnético sozinho não reduz a energia cinética: a espiral observada pressupõe algum mecanismo adicional de perda de energia.

Alternativa correta: A.

Q03

Mecânica — Trabalho e Energia — Energia cinética e massa

O peso de um objeto na Lua é igual a um sexto do seu peso na Terra. Considere este objeto movendo-se com velocidade V na Terra e movendo-se com a mesma velocidade V na Lua. Assinale a alternativa que corresponde à razão entre a energia cinética do corpo na Terra e a energia cinética do corpo na Lua.

A)1/6

B)36

C)6

D)1

E)1/36

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

O peso é $P=mg$ e muda com a gravidade. A massa do objeto permanece a mesma.

$$K_T=\frac{mV^2}{2}$$

$$K_L=\frac{mV^2}{2}$$

$$\frac{K_T}{K_L}=1$$

Alternativa correta: D.

Q04

Mecânica — Dinâmica — Inércia e tração

Em uma bola pesada são conectadas duas cordas, como mostra a Figura 3. Considere as duas cordas iguais e as seguintes situações:

Um puxão rápido na corda inferior fará com que ela se parta.
Um puxão lento na corda inferior fará com que a corda superior se parta.

Assinale a alternativa que explica por que ocorre a situação I.

Inércia e tração: figura original da questão 4 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 04

A)Terceira lei de Newton.

B)A força é muito pequena para mover a bola.

C)O atrito do ar com a bola a empurra de volta.

D)A bola tem muita energia.

E)A inércia da bola.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

Durante o puxão rápido, a inércia da bola limita sua resposta imediata ao movimento imposto à corda inferior. A tração nessa corda cresce antes que haja deslocamento apreciável da bola e aumento equivalente na tração superior.

No puxão lento, há tempo para uma resposta quase estática: a corda superior sustenta o peso e a força transmitida pela corda inferior.

$$T_{\rm superior}=mg+T_{\rm inferior}$$

A ruptura inferior no puxão rápido é explicada pela inércia da bola.

Alternativa correta: E.

Q05

Mecânica — Trabalho e Energia — Trabalho da força centrípeta

Um objeto move-se em uma trajetória circular com módulo da velocidade constante. Assinale a alternativa que explica por que o trabalho realizado pela força centrípeta é zero.

A)A força centrípeta é perpendicular à velocidade.

B)A força média para cada revolução é zero.

C)Não há atrito.

D)A magnitude da aceleração é zero.

E)O deslocamento para cada revolução é zero.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

A força centrípeta é radial e a velocidade é tangente à trajetória. Por isso são perpendiculares em cada instante.

$$\mathcal P=\vec F_c\cdot\vec v$$

$$\mathcal P=F_cv\cos90^\circ$$

$$\mathcal P=0$$

$$W_c=\int\mathcal P\,dt$$

$$W_c=0$$

Alternativa correta: A.

Q06

Termologia — Termodinâmica — Trabalho em ciclos

A Figura 4 mostra cinco gráficos da pressão em função do volume para um certo gás submetido a cinco processos cíclicos diferentes. Assinale a alternativa que representa o ciclo termodinâmico no qual o gás realiza a maior quantidade de trabalho possível.

Trabalho em ciclos: figura original da questão 6 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 06

A)Ciclo A da Figura 4.

B)Ciclo B da Figura 4.

C)Ciclo C da Figura 4.

D)Ciclo D da Figura 4.

E)Ciclo E da Figura 4.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

O trabalho líquido em um ciclo é a integral orientada no plano $p\times V$.

$$W=\oint p\,dV$$

No sentido horário, a expansão ocorre a pressões maiores que a compressão e o trabalho realizado pelo gás é positivo. No anti-horário, o sinal se inverte.

Entre os ciclos desenhados, o primeiro reúne a maior área com sentido horário, produzindo o maior trabalho líquido positivo.

Alternativa correta: A.

Q07

Eletricidade — Eletrodinâmica — Transmissão e efeito Joule

É melhor optar por transmitir 10 GW de potência em longas distâncias, utilizando uma tensão alternada de 10kV, do que transmitir a mesma potência diretamente em 220V, em tensão alternada. Assinale a alternativa que justifica o motivo desta escolha.

A)A resistência dos fios é menor em altas tensões.

B)Mais corrente é transmitida em altas tensões.

C)O isolamento é mais eficaz em altas tensões.

D)Há menos aquecimento nos fios de transmissão.

E)O produto corrente vezes resistência ao longo dos fios é maior em altas tensões.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

No modelo ideal da comparação, mantendo a potência e as demais condições elétricas:

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

$$P_{\rm perda}=RI^2$$

$$P_{\rm perda}=R\frac{P^2}{U^2}$$

$$\frac{P_{\rm perda,10\,kV}}{P_{\rm perda,220\,V}}=\left(\frac{220}{10000}\right)^2$$

$$\frac{P_{\rm perda,10\,kV}}{P_{\rm perda,220\,V}}=0{,}000484$$

A tensão maior reduz a corrente e, consequentemente, o aquecimento nos fios.

Alternativa correta: D.

Q08

Óptica — Óptica Geométrica — Refração em faces paralelas

Na Figura 5, um raio de luz vindo de um meio material (1), de índice de refração n1, incide na interface que o separa do meio material (2), de índice de refração n2. A seguir, o raio refratado incide na interface que separa os meios materiais (2) e (3), sendo n3 o índice de refração do meio material (3). Analise as proposições em relação à óptica geométrica.

Se n1 = n3 então θ1 = θ3
Se n1 > n2 então θ1 > θ2
Se n2 > n3 então θ2 > θ3
Se n1 > n2 então θ1 < θ2
Se n1 > n3 então θ1 > θ3

Assinale a alternativa correta.

Refração em faces paralelas: figura original da questão 8 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 08

A)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

B)Somente as afirmativas II e V são verdadeiras.

C)Somente as afirmativas III e V são verdadeiras.

D)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

E)Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

Para o raio transmitido mostrado, aplicamos Snell em cada interface:

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

$$n_2\sin\theta_2=n_3\sin\theta_3$$

$$n_1\sin\theta_1=n_3\sin\theta_3$$

Se $n_1=n_3$, os ângulos extremos são iguais: I é verdadeira. Se $n_1>n_2$, então $\theta_1<\theta_2$: II é falsa e IV é verdadeira.

Se $n_2>n_3$, temos $\theta_2<\theta_3$, tornando III falsa. Se $n_1>n_3$, temos $\theta_1<\theta_3$, tornando V falsa.

Portanto, somente I e IV são verdadeiras.

Alternativa correta: E.

Q09

Termologia — Dilatação Térmica — Dilatação e pêndulo simples

Um antigo relógio de pêndulo (considere-o como um pêndulo simples) é constituído de uma barra metálica delgada. Este relógio é construído e calibrado para a região Norte do Brasil. Considere uma situação na qual ele é enviado da região Norte para a região Sul do Brasil, experimentando uma variação de temperatura média Δt. Em virtude desta mudança de temperatura o comprimento da barra é alterado, ocasionando uma mudança em seu período de oscilação.

Sejam:

$L_N$ o comprimento do pêndulo quando na região Norte, na temperatura média $t_N$
$L_S$ o comprimento do pêndulo quando na região Sul, na temperatura média $t_S$
α o coeficiente de dilatação linear da barra metálica que forma o pêndulo
$T_N$ o período das oscilações do pêndulo quando na região Norte
$T_S$ o período das oscilações do pêndulo quando na região Sul
g a aceleração da gravidade (considere o mesmo valor nas duas regiões).

Com base nestas informações, é correto afirmar que o coeficiente de dilatação linear da barra metálica vale:

A)$\frac{(T_N/T_S)^2-1}{\Delta t}$

B)$\frac{(T_S/T_N)^2+1}{\Delta t}$

C)$\frac{(T_S/T_N)^2-1}{\Delta t}$

D)$\frac{(T_N/T_S)^2+1}{\Delta t}$

E)$\frac{(T_S/T_N)-1}{\Delta t}$

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

Adotamos a variação algébrica $\Delta t=t_S-t_N$ e o modelo de pêndulo simples pedido no enunciado.

$$L_S=L_N(1+\alpha\Delta t)$$

$$T_N=2\pi\sqrt{\frac{L_N}{g}}$$

$$T_S=2\pi\sqrt{\frac{L_S}{g}}$$

$$\left(\frac{T_S}{T_N}\right)^2=\frac{L_S}{L_N}$$

$$\left(\frac{T_S}{T_N}\right)^2=1+\alpha\Delta t$$

$$\alpha=\frac{(T_S/T_N)^2-1}{\Delta t}$$

Alternativa correta: C.

Q10

Eletricidade — Eletrodinâmica — Circuito misto

Os resistores R2 e R3 são ligados em paralelo e esta associação é ligada em série com o resistor R1, como mostra a Figura 6. A configuração final é ligada a uma pilha que fornece tensão V para o circuito. Considere a situação em que R1=R2=R3=R . Analise as proposições em relação à eletrodinâmica.

V1 =2V2 e i1 =2i2
V1 =3V3 e i1 =3i3
i2 =i3 e V2 =2V3
a corrente elétrica total vale $2V/(3R)$
a resistência elétrica total vale $3R/2$

Assinale a alternativa correta.

Circuito misto: figura original da questão 10 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 10

A)Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras.

B)Somente as afirmativas I, IV e V são verdadeiras.

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

D)Somente as afirmativas III, IV e V são verdadeiras.

E)Somente as afirmativas II, III e V são verdadeiras.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

$$R_{23}=\frac{R\cdot R}{R+R}$$

$$R_{23}=\frac R2$$

$$R_{\rm eq}=R+\frac R2$$

$$R_{\rm eq}=\frac{3R}{2}$$

$$i_1=\frac{V}{R_{\rm eq}}$$

$$i_1=\frac{2V}{3R}$$

Os ramos iguais dividem a corrente igualmente: $i_2=i_3=i_1/2$.

$$V_1=Ri_1$$

$$V_2=V_3$$

$$V_2=\frac{Ri_1}{2}$$

Assim, I, IV e V são verdadeiras; II e III não respeitam as relações obtidas.

Alternativa correta: B.

Q11

Mecânica — Cinemática — Lançamento horizontal

Um projétil é lançado, com velocidade horizontal Vo, do topo de uma mesa que possui altura h. Desconsiderando a resistência do ar, assinale a alternativa que corresponde ao deslocamento horizontal e ao módulo da aceleração deste projétil, respectivamente, quando ele está na metade da altura da mesa.

A)$V_0\sqrt{h/g};\ g$

B)$V_0\sqrt{2h/g};\ 0$

C)$\frac{V_0}{2}\sqrt{h/g};\ g/2$

D)$V_0\sqrt{h/g};\ 0$

E)$V_0\sqrt{h/(2g)};\ g$

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

A queda vertical desde a mesa é $h/2$, com velocidade vertical inicial nula.

$$\frac h2=\frac{gt^2}{2}$$

$$t=\sqrt{\frac hg}$$

Na horizontal, a velocidade permanece constante:

$$\Delta x=V_0t$$

$$\Delta x=V_0\sqrt{\frac hg}$$

A única força considerada é o peso, de modo que o módulo da aceleração é sempre $g$.

Alternativa correta: A.

Q12

Ondulatória — Acústica — Efeito Doppler com reflexão

Uma fonte emite ondas sonoras com frequência fo, quando em repouso em relação ao ar. Esta fonte move- se com velocidade constante V em direção a uma parede que reflete totalmente as ondas sonoras que nela incidem. Considerando-se que o ar esteja em repouso em relação ao solo, e que vS seja a velocidade do som no ar, assinale a alternativa que fornece a frequência recebida pela fonte.

A)$f_0\frac{v_s+V}{v_s-V}$

B)$f_0\frac{v_s+V}{v_s+V}$

C)$f_0\frac{v_s-V}{v_s-V}$

D)$f_0\frac{v_s-V}{v_s+V}$

E)$f_0\frac{V}{v_s-V}$

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

Na ida, a fonte aproxima-se da parede estacionária. Para $V

$$f_{\rm parede}=f_0\frac{v_s}{v_s-V}$$

A parede fixa reflete o som sem alterar sua frequência no referencial do ar. Na volta, a fonte funciona como observador que se aproxima da onda refletida.

$$f_{\rm recebido}=f_{\rm parede}\frac{v_s+V}{v_s}$$

$$f_{\rm recebido}=f_0\frac{v_s+V}{v_s-V}$$

Alternativa correta: A.

Q13

Eletricidade — Eletromagnetismo — Lei de Faraday e gráfico

A Figura 7 mostra o gráfico de um campo magnético uniforme, em função do tempo, aplicado perpendicularmente ao plano de uma espira retangular de 0,50m2 de área. O campo magnético é dado em militesla e o tempo em segundos. Assinale a alternativa que corresponde aos valores absolutos da tensão induzida na espira, em milivolts, em cada intervalo de tempo, respectivamente.

Lei de Faraday e gráfico: figura original da questão 13 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 13

A)6,0; 0,64; 0,00

B)1,0; 0,67; 0,43

C)3,0; 0,32; 0,00

D)1,4; 1,02; 0,00

E)0,8; 0,23; 1,94

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

Como o campo é perpendicular à espira, $\Phi=AB$. A área é constante.

$$|\varepsilon|=A\left|\frac{\Delta B}{\Delta t}\right|$$

No primeiro trecho, de $0$ a $2{,}0\,s$:

$$|\varepsilon_1|=0{,}50\frac{12{,}0-0}{2{,}0-0}$$

$$|\varepsilon_1|=3{,}0\,\mathrm{mV}$$

No segundo, de $2{,}0$ a $7{,}5\,s$:

$$|\varepsilon_2|=0{,}50\frac{15{,}5-12{,}0}{7{,}5-2{,}0}$$

$$|\varepsilon_2|\approx0{,}32\,\mathrm{mV}$$

No terceiro, de $7{,}5$ a $11{,}5\,s$, o campo é constante:

$$|\varepsilon_3|=0$$

Alternativa correta: C.

Q14

Mecânica — Dinâmica — Sistema de blocos com atrito

Os blocos de massas m1 e m2 estão presos entre si por um fio de massa desprezável, como mostra na Figura 8. Uma força horizontal e constante, Fo, é aplicada sobre a massa m2. Os coeficientes de atrito entre os blocos e a superfície de apoio são iguais a $\mu$ , e este conjunto se movimenta para a direita com aceleração constante. Assinale a alternativa correta, em relação às leis de Newton.

Sistema de blocos com atrito: figura original da questão 14 da UDESC 2017.2 — Figura original — questão 14

A)A força que acelera $m_1$ vale $\frac{m_2F_0}{m_1+m_2}$.

B)Os blocos possuem aceleração constante dada por $\frac{F_0}{m_1+m_2}-\mu g$.

C)A força que acelera $m_2$ vale $\frac{m_1F_0}{m_1+m_2}$.

D)A força que acelera o conjunto é $F_0$.

E)Os blocos possuem aceleração constante dada por $\frac{F_0}{m_1+m_2}$.

Gabarito oficial — UDESC 2017.2

Resolução

Tomando o conjunto como sistema, a tração entre os blocos é interna. Os atritos apontam para a esquerda.

$$f_1=\mu m_1g$$

$$f_2=\mu m_2g$$

$$F_0-f_1-f_2=(m_1+m_2)a$$

$$F_0-\mu(m_1+m_2)g=(m_1+m_2)a$$

$$a=\frac{F_0}{m_1+m_2}-\mu g$$

Alternativa correta: B.