UFSC 2015 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Recentemente, a revista Popular Mechanics em conjunto com o canal History elaboraram uma lista com “101 invenções que mudaram o mundo”. Grandes invenções modificam o comportamento da sociedade, introduzindo praticidade e conforto, mas também novos problemas. Muitas delas envolvem fenômenos e princípios físicos que explicam seu funcionamento. Na tabela abaixo, são apresentadas as invenções eleitas como as vinte mais importantes. Sobre o assunto tratado acima, é CORRETO afirmar que:

1. Smartphone
2. Rádio
3. Televisão
4. Seringa hipodérmica
5. Computador pessoal
6. Aparelho de ar condicionado
7. Telefone
8. Fonógrafo
9. Despertador
10. Lâmpada
11. Pilha
12. Bicicleta
13. Palito de fósforo
14. Máquina de escrever
15. Modem
16. Rádio transistor
17. GPS
18. Aspirador de pó
19. Câmera fotográfica compacta
20. Controle remoto

• 01nas lâmpadas incandescentes ocorre o efeito Joule, que provoca o aquecimento do filamento de tungstênio (resistor).
• 02o controle remoto opera com a emissão de ondas mecânicas transversais.
• 04como transfere calor de uma fonte fria para uma fonte quente, o aparelho de ar condicionado viola a Segunda Lei da Termodinâmica.
• 08a velocidade de translação de uma bicicleta pode ser alterada pela modificação da razão Raio da coroa pelo Raio da catraca, que estão ligadas aos pedais e à roda.
• 16parte do funcionamento das televisões analógicas antigas é devido à deflexão (desvio) de um feixe de elétrons por um campo eletromagnético.
• 32quando você fala com alguém ao telefone, as ondas eletromagnéticas da sua voz se propagam através da rede telefônica.
• 64dentro de um aspirador de pó, a pressão do ar é menor do que na parte externa, fazendo com que as partículas de sujeira sejam sugadas para seu interior.

A ideia de linhas de campo magnético foi introduzida pelo físico e químico inglês Michael Faraday (1791- 1867) para explicar os efeitos e a natureza do campo magnético. Na figura ao lado, extraída do artigo “Pesquisas Experimentais em Eletricidade”, publicado em 1852, Faraday mostra a forma assumida pelas linhas de campo com o uso de limalha de ferro espalhada ao redor de uma barra magnética. Sobre campo magnético, é CORRETO afirmar que:

• 01o vetor campo magnético em cada ponto é perpendicular à linha de campo magnético que passa por este ponto.
• 02as linhas de campo magnético são contínuas, atravessando a barra magnética.
• 04as linhas de campo magnético nunca se cruzam.
• 08por convenção, as linhas de campo magnético “saem” do polo sul e “entram” no polo norte.
• 16as regiões com menor densidade de linhas de campo magnético próximas indicam um campo magnético mais intenso.
• 32quebrar um ímã em forma de barra é uma maneira simples de obter dois polos magnéticos isolados.
• 64cargas elétricas em repouso não interagem com o campo magnético.

A BR-101, também conhecida como Rodovia Translitorânea, faz a ligação do Brasil de norte a sul. Sua duplicação, portanto, é uma obra de grande importância. A construção da nova ponte de Laguna, batizada em homenagem à lagunense Anita Garibaldi, a heroína de dois mundos (América Latina e Europa), faz parte da obra de duplicação dessa rodovia e substituirá a atual ponte de Laguna, a Ponte Henrique Lage, inaugurada em 1o de setembro de 1934. A construção da nova ponte de Laguna e a conclusão da duplicação da rodovia BR-101 darão um grande impulso ao desenvolvimento econômico desta região e, também, ao turismo. Disponível em: <www.pontedelaguna.com.br> [Adaptado] Acesso em: 17 ago. 2014. O desenho abaixo ilustra o sistema de guindaste usado para suspender os blocos de concreto que darão a base para a pista de rolamento dos veículos. Uma estrutura metálica fica apoiada sobre dois pilares (A e C), dando suporte ao guindaste que suspende os blocos de concreto, para que sejam fixados aos demais. Vamos admitir que a estrutura metálica possua uma massa de 200 toneladas (200x103 kg) cujo centro de massa esteja a 80,0 m do pilar A, que cada bloco possua uma massa de 10 toneladas e que o guindaste tenha uma massa de 5 toneladas. Adote g = 10 m/s2. Com base nos dados acima, é CORRETO afirmar que:

• 01para que todo o sistema (estrutura, guindaste e bloco) esteja em equilíbrio, é necessário que a soma dos momentos seja zero, $\sum\vec M=0$, assim como a soma das forças, $\sum\vec F=0$.
• 02a altura do bloco suspenso pelo guindaste influencia o seu torque em relação ao pilar A ou ao pilar C.
• 04à medida que o guindaste se desloca em direção ao pilar B, a força de reação dos pilares A e C aumenta e diminui, respectivamente.
• 08supondo que o bloco suspenso esteja a 20,0 m do pilar C, as forças de reação nos pilares A e C são, respectivamente, 121,5x104N e 93,5x104N.
• 16inserir um novo ponto de sustentação da estrutura no pilar B não altera as forças de reação nos pilares A e C.
• 32as forças de reação nos pilares A e C se alteram durante a subida do bloco, em velocidade constante, pelo guindaste.

Para determinar o equivalente mecânico do calor, faz-se um experimento que consiste em deixar cair um recipiente muito resistente com água de uma altura h em relação ao solo. O recipiente é termicamente isolado para impedir trocas de calor com o meio, mas contém um termômetro acoplado para medir as variações de temperatura ΔT da água. As colisões com o solo são inelásticas e toda a energia é transferida para a água. O gráfico abaixo foi obtido com dados do experimento realizado com 1,0 kg de água. Considere g = 10 m/s2. Sobre o assunto tratado e com base no gráfico acima, é CORRETO afirmar que:

• 01para a temperatura da água ser elevada em 1 °C, a altura h deve ser de 800 m.
• 02lançar o recipiente térmico com velocidades iniciais diferentes de zero levaria a maiores aumentos de temperatura da água do que os apresentados, para as mesmas alturas h do gráfico.
• 04a variação da temperatura da água é diretamente proporcional à massa da água.
• 08perdas na forma de energia sonora poderiam ser consideradas no experimento.
• 16o equivalente mecânico do calor obtido a partir do gráfico é 1,0 cal = 4,0 J.

Pedro, que é muito interessado em Física, está sentado em um banco às margens da Avenida Beira- Mar Norte, em Florianópolis. Ele observa diversos eventos e faz as seguintes anotações:

1. A frequência do som da sirene de um carro de polícia que se aproxima é diferente da frequência do som da sirene quando o carro está parado.
2. A frequência do som da buzina de um carro que se afasta, cujo motorista resolve fazer um buzinaço (ato de apertar continuamente a buzina), é diferente da frequência do som da buzina quando o carro está parado.
3. A frequência da sirene de um carro de bombeiros parado não sofre alterações.
4. A frequência da sirene de um carro de bombeiros parado não sofre alterações, nem mesmo quando o vento sopra.

De acordo com o exposto acima, é CORRETO afirmar que:

• 01a anotação I está correta porque, quando o carro de polícia se aproxima, o comprimento de onda do som da sirene é aparentemente encurtado e a frequência percebida é maior.
• 02a anotação II está correta porque, quando o carro se afasta, o comprimento de onda do som da buzina não se altera, apenas diminui o número de frentes de onda que passam por Pedro.
• 04a anotação III está incorreta porque a velocidade relativa entre o carro de bombeiros e Pedro não é zero.
• 08a anotação IV está correta porque o vento em movimento altera apenas a velocidade da onda, mas não altera a frequência do som da sirene do carro de bombeiros em repouso.
• 16a anotação II está correta porque, quando o carro se afasta, o buzinaço provoca ondas de choque que alteram a frequência do som da buzina.

Dois amigos, Tiago e João, resolvem iniciar a prática de exercícios físicos a fim de melhorar o condicionamento. Tiago escolhe uma caminhada, sempre com velocidade escalar constante de 0,875 m/s, 300 m na direção norte e, em seguida, 400 m na direção leste. João prefere uma leve corrida, 800 m na direção oeste e, em seguida, 600 m na direção sul, realizando o percurso com velocidade média de módulo 1,25 m/s. Eles partem simultaneamente do mesmo ponto. De acordo com o exposto acima, é CORRETO afirmar que:

• 01o módulo da velocidade média de Tiago é 0,625 m/s.
• 02Tiago e João realizam seus percursos em tempos diferentes.
• 04o deslocamento de Tiago é de 700 m.
• 08a velocidade escalar média de João é de 1,75 m/s.
• 16o módulo do deslocamento de João em relação a Tiago é 1500 m.
• 32a velocidade de João em relação a Tiago é de 0,625 m/s.

Bárbara recebeu a seguinte tarefa de seu professor de Física: procurar em casa algum equipamento que pudesse representar um circuito gerador-resistor-receptor. Após observar o seu celular carregando conectado ao computador por um cabo USB (Universal Serial Bus), tentou representar o circuito de maneira esquemática, conforme a figura a seguir:

Dados: εc=5,5 V; rc=1,0 Ω; εb=4,6 V; rb=1,0 Ω. Tensão terminal da porta USB: Vc=εc−i rc=5,0 V; corrente máxima: 500,0 mA.

• 01para carregar o celular, a tensão do gerador tem que ser no mínimo igual à tensão do receptor.
• 02quando desconectamos o celular do computador, equivale a abrir a chave 1.
• 04a corrente elétrica que percorre a bateria do celular quando a chave 1 está fechada é de 0,4A.
• 08para a resistência R igual a 50,0Ω, a corrente que percorre o celular quando desconectado do computador é de aproximadamente 0,09A.
• 16de acordo com o circuito, o resistor R sempre estará associado em paralelo com rb.
• 32se o celular estiver ligado e conectado ao computador, tanto o computador quanto a bateria do celular serão os geradores do circuito.

Fotografar é uma arte que se popularizou com os celulares e se intensificou com as redes sociais, pois todos querem “postar”, publicar os seus registros, suas selfies. Talvez alguns celulares de última geração consigam a qualidade de uma máquina fotográfica profissional, mas nada como utilizar a própria máquina fotográfica profissional com todos os seus recursos de alto desempenho para tirar uma foto de alta qualidade. Antigamente as máquinas fotográficas usavam filmes, hoje usam sensores que captam a luz e a convertem em sinal digital, registrando a imagem em um arquivo digital. Na essência, tirando a tecnologia embarcada, as máquinas profissionais funcionam do mesmo jeito que antes. A luz incide pela objetiva (conjunto de lentes), reflete em um espelho, incide em um pentaprisma e emerge passando pela ocular. Além da ocular, as máquinas mais modernas possuem um visor LCD para ver o que está sendo focalizado para fotografar. Quando se aperta o disparador para fotografar, o espelho refletor levanta e a luz se propaga diretamente para o sensor, registrando desta forma a imagem desejada. A figura abaixo ilustra o que foi explicado antes. Lentes (1) Ocular (5) Espelho refletor (2) Obturador (6) Tela de focagem (3) Sensor CCD/Sensor CM Os/Filme (7) Pentaprisma (4) Luz Disponível em: <http://rauna-photography.blogspot.com.br/2011_06_01_archive.html> [Adaptado] Acesso em: 18 ago. 2014. Com base na figura e no exposto acima, é CORRETO afirmar que:

• 01a reflexão da luz é classificada de duas formas: a reflexão difusa e a reflexão especular, que só ocorre em superfícies planas.
• 02a refração da luz é caracterizada pelo desvio da luz ao mudar de meio com refringências distintas.
• 04a luz incide no pentaprisma e sofre duas reflexões antes de emergir. Estas reflexões são chamadas de reflexões totais, pois duas condições estão sendo satisfeitas: a luz está no meio mais refringente e o ângulo de incidência é maior que o ângulo limite.
• 08o conjunto de lentes da objetiva é formado por lentes divergentes, pois somente elas formam imagens reais, que são projetadas.
• 16a imagem projetada no sensor é real, direita e menor. Isto garante que ela possa ser vista com a mesma orientação, tanto pela ocular quanto pelo visor LCD.
• 32pela figura, podemos observar que o raio de luz que incide no pentaprisma cruza com o raio de luz que irá emergir. O princípio da independência dos raios luminosos garante que este “encontro” não interfira na imagem vista pelo observador pela ocular.

O ato de eletrizar um corpo consiste em gerar uma desigualdade entre o número de cargas positivas e negativas, ou seja, em gerar uma carga resultante diferente de zero. Em relação aos processos de eletrização e às características elétricas de um objeto eletrizado, é CORRETO afirmar que:

• 01em qualquer corpo eletrizado, as cargas se distribuem uniformemente por toda a sua superfície.
• 02no processo de eletrização por atrito, as cargas positivas são transferidas de um corpo para outro.
• 04em dias úmidos, o fenômeno da eletrização é potencializado, ou seja, os objetos ficam facilmente eletrizados.
• 08dois objetos eletrizados por contato são afastados um do outro por uma distância D. Nesta situação, podemos afirmar que existe um ponto entre eles onde o vetor campo elétrico resultante é zero.
• 16o meio em que os corpos eletrizados estão imersos tem influência direta no valor do potencial elétrico e do campo elétrico criado por eles.

A tabela apresenta propriedades dos planetas do sistema solar. Adote a massa da Terra igual a 6,0×10²⁴ kg.

Fonte: Halliday, Resnick e Walker. Fundamentos de Física 1, 6ª ed., 2003. Com base na tabela e nas leis da gravitação, é correto afirmar que:

• 01admitindo que exista um planeta X a uma distância média do Sol três vezes maior que a distância média da Terra ao Sol, o seu período de revolução será de aproximadamente $3\sqrt3$ anos.
• 02a velocidade orbital dos planetas pode ser considerada um valor médio; ela será máxima no ponto mais próximo do Sol, denominado de periélio, e será mínima no ponto mais afastado do Sol, denominado de afélio.
• 04a velocidade de escape é a velocidade mínima para que um objeto possa escapar de um campo gravitacional, que depende da massa e do raio do planeta. No caso de Marte, a sua velocidade de escape deve ser menor que a da Terra e maior que a de Mercúrio.
• 08a primeira Lei de Kepler define que cada planeta revolve em torno do Sol em uma órbita elíptica, com o Sol no ponto médio entre os focos da elipse.
• 16imponderabilidade é um fenômeno que pode ser descrito como a ausência aparente de massa; aparente, pois parece não haver nenhum tipo de força gravitacional sobre o objeto em questão.
• 32com os dados da tabela, é possível estimar a aceleração da gravidade de Saturno, que vale aproximadamente 20,0 m/s2.