Prova UFSC 2018 — Física com Gabarito e Resolução

Q21

Natureza da ciência — Construção do conhecimento físico

Sobrevivendo com a Física Pedro, Tiago e João vão para casa conversando sobre a aula do novo professor de Física, que possui conhecimento sólido e consistente sobre Física e a produção do conhecimento em Física.

– Até hoje eu pensava que a Física era coisa de um gênio que faz tudo sozinho, comenta Tiago.

– Não é bem assim!, fala João. O professor disse que a Física é construída coletivamente, com a contribuição de várias pessoas que buscam explicar os fenômenos físicos usando os conhecimentos acumulados historicamente. Pedro pensa na aula e completa:

– Além disso, as explicações vão se modificando com o tempo, permitindo compreensão mais profunda dos fenômenos físicos. Então Tiago fala em tom de brincadeira:

– Vocês prestaram bastante atenção na aula de hoje! João, empurrando levemente o colega, diz:

– Quando o assunto é interessante, milagres acontecem! Devolvendo o empurrão, Tiago responde:

– É mesmo. Lembrei que o professor disse que para a produção do conhecimento em Física interesse é fundamental. Rompendo seu breve silêncio, Pedro fala:

– Eu gosto de Física, mas às vezes tem muitos cálculos... e não sabemos qual a utilidade dela. O que mais me encanta é ver a Física no mundo, explicando as coisas, como o rádio, a televisão, os furacões, até os esportes. Tiago fala euforicamente:

– Lembra que o professor disse que podemos encontrar a Física em tudo, basta procurar? No mesmo instante, João diz:

– Tive uma ideia!

– Qual?, perguntam em uníssono Tiago e Pedro.

– Podíamos usar o que sabemos de Física para reproduzir as situações daqueles programas de sobrevivência que sempre assistimos na casa do Pedro. Pedro concorda:

– Boa ideia! Vamos montar um acampamento no sítio do meu avô em Santo Amaro da Imperatriz. Podemos gravar o nosso reality e postar no Youtube para todos curtirem. Interrompendo Pedro, João decide:

– O nome vai ser Sobrevivendo com a Física! Todos riem e vão para casa encher as mochilas com cordas, elásticos, garrafas, sacos, fios, hand spinner, Gravity Light e outros apetrechos úteis para a aventura.

Com base no texto “Sobrevivendo com a Física” e na visão atual sobre a produção do conhecimento em Física, é correto afirmar que:

01Pedro gosta de Física principalmente porque pode fazer muitos cálculos.
02o trecho “a Física era coisa de um gênio que faz tudo sozinho” (linha 03) é inconsistente com a visão atual sobre a produção do conhecimento em Física.
04o trecho “as explicações vão se modificando com o tempo” (linha 08) significa que o conhecimento produzido na Física tem pouca validade, pois muda constantemente.
08o trecho “compreensão mais profunda dos fenômenos físicos” (linhas 08-09) significa que o conhecimento produzido na Física é verdadeiro e imutável.
16o trecho “para a produção do conhecimento em Física interesse é fundamental” (linhas 15-16) significa que um dos motores fundamentais da produção do conhecimento em Física é o interesse do pesquisador em explicar determinado fenômeno físico.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

01 é falsa: Pedro afirma que o encantam as explicações da Física para o mundo, apesar de às vezes haver muitos cálculos.

02 é verdadeira: o texto apresenta a Física como construção coletiva, apoiada nas contribuições históricas de muitas pessoas.

04 é falsa: a revisão das explicações permite ampliar seu alcance e sua precisão; não torna todo conhecimento anterior sem validade.

08 é falsa: compreensão mais profunda não significa conhecimento imutável ou independente de novas evidências.

16 é verdadeira: o interesse em explicar fenômenos é apresentado como um dos motivos que orientam a investigação.

Somatório correto: 18.

Q22

Mecânica — Tirolesa e tensão na corda

Para chegar ao local de acampamento em Santo Amaro da Imperatriz, Pedro, Tiago e João decidem atravessar um rio. Então resolvem reproduzir uma situação do episódio “Montanhas da Georgia”, do programa de sobrevivência “À Prova de Tudo”, apresentado por Bear Grylls. Eles sabem que a massa de Pedro é 58,0 kg, a de Tiago é 60,0 kg e a de João é 62,0 kg. Decidem, então, improvisar uma tirolesa com a roldana e a corda de 15,0 m que levaram, cuja tensão de ruptura é 630 N. Com base na figura e nos dados acima, é correto afirmar que:

Tirolesa e tensão na corda: esquema original da questão 22 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

01a corda não suporta o peso de João.
02a distância vertical entre os pontos nos quais a corda está amarrada nas árvores em cada margem é de 2,6 m, mas o valor mínimo da distância vertical para Pedro atravessar o rio é 1,0 m.
04a distância percorrida por Tiago até o ponto de equilíbrio não é suficiente para que alcance a margem oposta do rio.
08quando Tiago chega à posição de equilíbrio, a tensão na corda é 600 N.
16reduzindo-se o tamanho da corda, a tensão seria maior.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

Ressalva editorial. O gabarito fornecido registra 24 (08 e 16). A geometria ideal com cos θ=12/15 exige sen θ=0,60 e conduz a T=500 N e x≈7,73 m, em divergência com os itens selecionados. A resolução explicita a inconsistência trigonométrica do formulário, sem substituir o registro da fonte.

01 é falsa no modelo estático ideal: o peso de João é 620 N, mas o esforço em cada trecho da corda deve ser obtido pela geometria da tirolesa, não por comparação direta com o peso.

Na posição de equilíbrio com roldana ideal, as tensões são iguais e os dois segmentos fazem o mesmo ângulo θ com a horizontal. O vão horizontal de 12 m e o comprimento total de 15 m dão:

$$\cos\theta=12/15=0,80$$

Pela identidade trigonométrica, o seno correspondente é 0,60. Logo, para Tiago:

$$2T\sin\theta=mg$$

$$T=600/(2\cdot0,60)=500\,N$$

O item 08, que indica 600 N, não segue dessa geometria consistente. O formulário, porém, fornece simultaneamente cos 30°=0,80 e sen 30°=0,50; usar esses valores como se correspondessem ao mesmo ângulo produz 600 N.

A diferença de alturas entre apoios é 2,6 m. Se L1 e L2 são os comprimentos dos segmentos, temos:

$$(L_1-L_2)0,60=2,6$$

$$L_1\approx9,67\,m$$

$$x=L_1\cos\theta\approx7,73\,m$$

Nesse modelo, Tiago para antes dos 8 m até a outra margem, tornando 04 verdadeira. Para alcançar x=8 m, a diferença de alturas deveria ser pelo menos 3,0 m; assim, 02 é falsa.

16 é verdadeira: reduzir o comprimento para o mesmo vão deixa os segmentos mais horizontais e exige maior tensão para sustentar o peso.

Somatório registrado na fonte: 24.

Q23

Física aplicada — Óptica, energia e mudança de fase

Quando chegaram ao local do acampamento, Pedro, Tiago e João utilizaram os materiais que trouxeram de casa para providenciar alguns dos elementos prioritários em situações de sobrevivência: água, fogo e comida. Eles tentaram produzir fogo em pequenos pedaços de palha, palha de aço e papel. Pedro encheu um saco transparente com água, moldou-o para ficar esférico e o colocou no sol (Figura A). João poliu o fundo côncavo de uma lata de refrigerante e o expôs ao sol (Figura B). Tiago montou um aparato com uma laranja e pedaços de cobre e zinco (Figura C). Para conseguir água, ensacaram por um tempo o galho de uma árvore (Figura D) e, para pescar no rio, montaram um sistema de lançamento de arpão com elásticos (Figura E). FIGURA A FIGURA B FIGURA C FIGURA D FIGURA E Com base nas figuras e nas informações do enunciado, é correto afirmar que:

Óptica, energia e mudança de fase: esquema original da questão 23 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

01o saco transparente com água se comporta como uma lente convergente, aumentando a intensidade da luz no ponto focal.
02o fundo polido da lata de refrigerante se comporta como um espelho côncavo, aumentando a intensidade da luz no centro de curvatura.
04o elástico, quando esticado, armazena energia potencial elástica que é transferida para o arpão, aumentando sua energia cinética.
08o circuito com a laranja e os pedaços de cobre e zinco funciona como uma pilha: o pedaço de zinco ganha elétrons, o pedaço de cobre perde elétrons e a polpa da laranja atua como solução eletrolítica.
16a água contida no saco colocado no galho de árvore surgiu devido à condensação do vapor de água liberado pela planta e confinado no saco.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

01 é verdadeira: o saco aproximadamente esférico com água funciona como lente convergente e pode concentrar a luz solar perto do foco.

02 é falsa: para raios solares aproximadamente paralelos ao eixo, o espelho côncavo concentra a luz no foco, não no centro de curvatura.

04 é verdadeira: ao deformar o elástico, armazena-se energia potencial elástica, que pode se converter em energia cinética do arpão.

$$E_{el}=kx^2/2$$

08 é falsa: a descrição inverte os processos nos metais. O zinco sofre oxidação, fornecendo elétrons; a solução permite o transporte iônico e o fechamento do circuito eletroquímico.

16 é verdadeira: o vapor liberado pela planta fica confinado e pode condensar na superfície interna do saco.

Somatório correto: 21.

Q24

Eletromagnetismo — Gerador com hand spinner

À noite no acampamento, Pedro, Tiago e João pensam em maneiras alternativas de produzir luz, além do fogo. João desenha o esquema abaixo imaginando uma aplicação para o hand spinner e outros materiais que trouxe. Em seu desenho, acoplou um ímã em cada um dos lados do brinquedo e o colocou próximo de uma bobina ligada a um pequeno transformador elevador de tensão conectado a um LED. Antes de montarem o aparato, eles observaram que o hand spinner livre gira por 5 minutos, então João desafiou Pedro e Tiago a fazerem comentários sobre o seu funcionamento. Quanto aos comentários que podem ser feitos por Pedro e Tiago, é correto afirmar que:

Gerador com hand spinner: esquema original da questão 24 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

01a corrente elétrica que percorrerá o enrolamento primário do transformador será de maior módulo do que a corrente elétrica que percorrerá o enrolamento secundário.
02o hand spinner vai demorar mais do que 5 minutos para parar, pois o campo magnético induzido na bobina aplicará uma força magnética sobre ele por causa dos ímãs.
04se o LED acender, a corrente elétrica que o percorrerá será alternada.
08a corrente elétrica induzida na bobina irá produzir um fluxo magnético constante, fazendo com que os ímãs do hand spinner sejam atraídos ou repelidos.
16a transformação da energia cinética do hand spinner em energia elétrica na bobina é explicada pela Lei de Faraday.
32caso todos os ímãs sejam deslocados para pontos mais próximos do centro do hand spinner, a corrente elétrica induzida na bobina será mais intensa.
64o sistema de geração de energia elétrica acima utiliza o mesmo princípio de geração de energia da Gravity Light.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

Ressalva editorial. O gabarito fornecido registra 85, incluindo 04. A bobina produz tensão alternada, mas um LED comum retifica a corrente que o atravessa. A análise distingue essas duas grandezas; a forma exata da corrente depende do circuito real.

01 é verdadeira no transformador elevador ideal: ao elevar a tensão, a corrente do secundário é menor que a do primário para a mesma potência transferida.

$$V_pI_p=V_sI_s$$

02 é falsa: a energia elétrica extraída vem da rotação. Pela lei de Lenz, a carga elétrica acrescenta frenagem e tende a reduzir o tempo de giro.

04 exige uma distinção: a bobina geradora fornece tensão alternada, mas um LED comum conduz predominantemente em um sentido. A corrente que efetivamente o atravessa é retificada e pulsante, e não uma corrente alternada simétrica.

08 é falsa: o fluxo varia com a passagem dos ímãs e também com a resposta induzida.

16 é verdadeira: a variação do fluxo na bobina produz força eletromotriz induzida.

$$\varepsilon=-N\frac{d\Phi}{dt}$$

32 é falsa: aproximar os ímãs do centro não garante aumento da taxa de variação do fluxo na bobina; no desenho, aumenta a distância dos ímãs em relação à bobina externa.

64 é verdadeira no modelo de ambos os dispositivos como geradores eletromagnéticos: movimento mecânico produz eletricidade por indução.

Somatório registrado na fonte: 85.

Q25

Mecânica — Gravity Light e balanço de energia

Para aumentar a luminosidade dentro do abrigo, Pedro resolve utilizar a Gravity Light (luz de gravidade, em tradução livre). Pedro leu no manual que a Gravity Light possui uma luz LED branca de potência 0,14 W e que, ao colocar 12,0 kg em um saco e erguê-lo no gancho para peso, ele irá começar a cair lentamente, preso pela faixa que está ligada a um gerador elétrico. Assim, a energia de movimento do saco caindo é transformada em energia para acender a luz LED por 25 minutos. Disponível em: <http://noticias.r7.com/tecnologia-e-ciencia/projeto-gera-luz-usando-apenas-gravidade-040620 15>. [Adaptado]. Acesso em: 20 jul. 2017. Com base no exposto acima, é correto afirmar que:

Gravity Light e balanço de energia: esquema original da questão 25 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

01a cadeia de transformações de energia no sistema Gravity Light + Terra é: energia potencial ⇒ energia cinética ⇒ energia luminosa.
02como existem perdas de energia, a massa dentro do saco deve estar acima da altura de 1,75 m.
04a energia transformada pelo LED em 25 minutos é, aproximadamente, 58×10⁻³ Wh.
08a potência desenvolvida por Pedro para erguer o saco a uma altura de 1,75 m é sempre igual à potência da lâmpada.
16se desconsiderarmos a resistência do ar, toda a energia mecânica será convertida em energia elétrica.
32ao erguer o saco, Pedro não transforma nenhum tipo de energia para aumentar a energia potencial do saco.
64aumentando a potência da lâmpada, o brilho da luz será menor.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

Ressalva editorial. O gabarito fornecido registra 70 (02, 04 e 64). O item 64 não decorre de uma lei geral: maior potência entregue ao LED não implica menor brilho. Sem uma especificação adicional da carga e do gerador, essa afirmação exige ressalva.

A energia luminosa fornecida em 25 minutos corresponde à potência multiplicada pelo tempo.

$$E=0,14\cdot25\cdot60=210\,J$$

$$E=0,14\cdot25/60\approx0,0583\,Wh$$

04 é verdadeira. No limite ideal, a queda de 12 kg precisaria de 1,75 m para fornecer 210 J.

$$h_{ideal}=210/(12\cdot10)=1,75\,m$$

02 é verdadeira: com perdas, a energia gravitacional necessária é maior, exigindo altura superior a 1,75 m.

01 não apresenta a cadeia completa do dispositivo: entre movimento mecânico e luz há conversão em energia elétrica, além de dissipação térmica.

08 é falsa: a potência ao erguer o saco depende do tempo gasto na subida, que não precisa ser os mesmos 25 minutos da iluminação.

16 é falsa: ignorar o ar não elimina perdas no mecanismo, no gerador ou no LED.

32 é falsa: Pedro usa energia química do organismo para aumentar a energia potencial gravitacional.

64 não é uma conclusão geral: aumentar a potência elétrica efetivamente entregue ao mesmo LED, dentro de seu regime de funcionamento, tende a aumentar a emissão luminosa; para a mesma energia disponível, reduz a duração.

Somatório registrado na fonte: 70.

Q26

Óptica — Refração e binóculos

Anualmente acontece em Florianópolis a temporada de pesca artesanal da tainha. Nesse período, as canoas e embarcações motorizadas podem cercar o peixe mais famoso da Ilha. Para fazerem o cerco da tainha, as embarcações contam com o auxílio de vigias (olheiros) na areia da praia. Sua função é olhar para o mar, a fim de perceber a passagem das tainhas nas ondas. Na figura abaixo, temos um olheiro observando a passagem de algumas tainhas com a ajuda de binóculo. Disponível em:<http://lexico-amiliar.blogspot.com.br/2009/07/da-onda-que- se-ve-no-mar.html>. [Adaptado]. Acesso em: 15 jul. 2017. Com base no exposto e na figura acima, é correto afirmar que:

Refração e binóculos: esquema original da questão 26 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

01a imagem da tainha pode ser vista porque a água do mar está transparente para a luz do sol.
02o olheiro sem binóculo vê a imagem da tainha em uma posição diferente da posição real da tainha por causa da reflexão da luz na água.
04os binóculos são dispositivos que utilizam dois espelhos, o côncavo e o convexo, para formar as imagens dos objetos.
08o olheiro sem binóculo vê a imagem da tainha em uma posição mais distante da superfície que separa o ar da água.
16os binóculos são dispositivos que possuem duas lentes, a objetiva e a ocular, por onde a luz passa e sofre refração.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

01 é verdadeira: a transparência da água permite que luz proveniente da tainha chegue ao observador.

02 é falsa: o deslocamento aparente da imagem decorre da refração na passagem água–ar, não da reflexão.

04 é falsa: o modelo básico de um binóculo utiliza objetiva e ocular; não consiste no par de espelhos côncavo e convexo proposto.

08 é falsa: ao observar da região menos refringente, o peixe parece mais próximo da superfície, e não mais profundo.

16 é verdadeira: as lentes objetiva e ocular formam e ampliam a imagem por refração. Binóculos reais podem ainda usar prismas para orientar a imagem.

Somatório correto: 17.

Q27

Hidrostática — Camadas líquidas e empuxo

Em uma aula de laboratório, um professor de Física colocou dentro de um cilindro de vidro cinco líquidos não miscíveis de densidades diferentes (A, B, C, D e E), conforme mostra a figura abaixo. Em seguida, apresentou três esferas maciças que foram colocadas dentro do cilindro de forma que ficaram em equilíbrio em determinadas posições. Os gráficos de densidade versus volume de cada um dos líquidos e a tabela com dados das três esferas são apresentados abaixo. Com base no exposto e na figura acima, é correto afirmar que:

Camadas líquidas e empuxo: esquema original da questão 27 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

Dados da figura: densidades A=0,68; B=0,70; C=0,79; D=0,92; E=1,00 g/cm³. Esferas: (1) 8,0 g e 10 cm³; (2) 10,5 g e 15 cm³; (3) 7,6 g e 8 cm³.

01a esfera 1 possui maior densidade do que os líquidos A e B, porém tem menor densidade do que os demais líquidos.
02a esfera 2 ficará em equilíbrio estático, totalmente submersa, em qualquer posição dentro do líquido B.
04a esfera 3 ficará em equilíbrio quando estiver parcialmente submersa no líquido E.
08a pressão total exercida no fundo do cilindro de vidro é 10⁵ N/m2.
16quando todas as esferas estiverem em equilíbrio dentro do cilindro, o empuxo aplicado sobre cada uma delas terá o mesmo módulo de seus pesos.
32a esfera 2 possui maior peso do que as demais esferas, por isso ficará em equilíbrio no fundo do cilindro de vidro.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

As densidades dos líquidos aumentam de cima para baixo: A=0,68; B=0,70; C=0,79; D=0,92; E=1,00 g/cm³. As densidades das esferas são:

$$\rho_1=8,0/10=0,80\,g/cm^3$$

$$\rho_2=10,5/15=0,70\,g/cm^3$$

$$\rho_3=7,6/8=0,95\,g/cm^3$$

01 é falsa: a esfera 1 é mais densa também que C; seu equilíbrio ocorre na interface C–D, deslocando ambos os líquidos.

02 é verdadeira: a esfera 2 tem a mesma densidade do líquido B e pode ficar totalmente imersa em equilíbrio em qualquer profundidade dessa camada ideal.

04 é verdadeira: a esfera 3 fica na interface D–E, parcialmente imersa em E.

08 é falsa: a pressão no fundo inclui a pressão externa e o acréscimo hidrostático das cinco camadas; não se reduz exatamente a 10⁵ Pa.

16 é verdadeira: nas posições de equilíbrio sem contato com o fundo, o empuxo resultante equilibra o peso de cada esfera.

32 é falsa: posição de equilíbrio depende da densidade relativa, não apenas do peso.

Somatório correto: 22.

Q28

Termologia — Trovoada seca e evaporação

A trovoada é constituída por um conjunto de fenômenos associados com as nuvens, tais como relâmpagos, trovões e chuvas. Após as mídias noticiarem um enorme incêndio em Pedrógão Grande, região de Portugal, em 17 de junho de 2017, o termo trovoada seca ganhou destaque, pois seria a suposta responsável pelo incêndio. A trovoada seca não é um fenômeno desconhecido dos cientistas. Ela ocorre por causa de nuvens de crescimento vertical, denominadas cúmulos-nimbos. Esse tipo de trovoada ocorre devido a alguns fatores, como por exemplo a baixa umidade do ar e a elevada temperatura ambiente. O nome refere-se ao fato de ocorrerem descargas elétricas com ausência de chuva, pois a água da chuva evapora-se antes de chegar ao solo. Disponível em: <https://www.publico.pt/2017/06/18/sociedade/noticia/o-que-e-a-trovoada-seca-1776108>. Acesso em: 10 jul. 2017. Sobre os fenômenos atmosféricos, é correto afirmar que:

Trovoada seca e evaporação: esquema original da questão 28 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

01o vapor d’água presente na atmosfera, quando atinge grandes altitudes, condensa-se, formando as nuvens.
02uma descarga elétrica ocorre porque existe uma corrente elétrica de milhões de volts entre as nuvens e a Terra.
04na trovoada seca, a água da chuva perde calor para a atmosfera e passa do estado líquido para o gasoso antes de chegar ao solo.
08em uma descarga atmosférica, ocorre o relâmpago, luz vista no céu, e o trovão, som provocado pela expansão do ar atmosférico.
16a água que evapora na superfície da Terra, proveniente de rios e lagos, por exemplo, sobe porque é mais densa que o ar.
32uma descarga atmosférica constitui-se de uma corrente elétrica que pode ocorrer das nuvens para a Terra, da Terra para as nuvens e nas próprias nuvens.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

01 é verdadeira: o resfriamento do ar úmido até a saturação favorece a condensação e a formação de gotículas nas nuvens.

02 é falsa: volt é unidade de diferença de potencial, não de corrente elétrica.

04 é falsa: evaporar exige absorção de energia; a água não passa ao estado gasoso por perder calor para o ambiente.

08 é verdadeira: o relâmpago é a emissão luminosa, e o aquecimento rápido do ar produz expansão e a onda sonora do trovão.

16 é falsa: o vapor de água não sobe por ser mais denso que o ar; o transporte atmosférico envolve convecção e mistura, e o vapor tem menor massa molar que o ar seco.

32 é verdadeira: as descargas podem ocorrer entre nuvens, dentro delas e entre nuvens e o solo, nos dois sentidos.

Somatório correto: 41.

Q29

Mecânica — Lançamento horizontal após rampa

Em uma feira de ciências, Maria e Rute propuseram um experimento, esquematizado abaixo, em que os participantes eram desafiados a acertarem uma bolinha de ferro dentro de um dos copinhos. Cada participante tinha direito de abandonar uma vez a bolinha de ferro com massa m em uma das posições da rampa do experimento. Desconsidere o rolamento da bolinha, a resistência do ar e o atrito entre a rampa e a bolinha. Com base na figura e no exposto acima, é correto afirmar que:

Lançamento horizontal após rampa: esquema original da questão 29 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

01a bolinha cai dentro do copinho A quando é abandonada na posição vertical 40 cm.
02para cair dentro do copinho B, a bolinha tem que ser abandonada na posição vertical 60 cm.
04a velocidade da bolinha na saída da rampa, quando abandonada na posição vertical 50 cm, terá o dobro do valor da velocidade da bolinha na saída da rampa, quando abandonada na posição vertical 35 cm.
08independentemente da posição de onde a bolinha é abandonada, o tempo para alcançar a posição vertical 0,0 cm, após abandonar a rampa, será o mesmo.
16após sair da rampa, a bolinha gasta 0,2 s para alcançar a posição vertical 0,0 cm.
32a massa da bolinha não influencia o valor de sua velocidade ao sair da rampa.
64a altura da rampa permite que a bolinha possa alcançar a posição do copinho B.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

A saída da rampa está a 0,20 m do solo. A velocidade vertical inicial é nula, então o tempo de queda não depende da altura em que a bolinha foi solta.

$$t=\sqrt{2\cdot0,20/10}=0,20\,s$$

08 e 16 são verdadeiras. Pela conservação da energia, sem rolamento ou perdas:

$$v=\sqrt{2g(h-0,20)}$$

01 é verdadeira: partindo de 0,40 m, a velocidade de saída é 2,0 m/s e o alcance é 0,40 m, posição de A.

$$x=2,0\cdot0,20=0,40\,m$$

02 é falsa: para B, a 0,80 m, seria necessária velocidade de 4,0 m/s e altura de partida de 1,0 m.

$$h_B=0,20+4,0^2/(2\cdot10)=1,0\,m$$

04 é falsa: a razão das velocidades para h=0,50 e h=0,35 m é √2, não 2.

$$v_{0,50}/v_{0,35}=\sqrt{0,30/0,15}=\sqrt2$$

32 é verdadeira: a massa se cancela no balanço de energia.

64 é falsa: a rampa chega somente a 0,70 m, abaixo do 1,0 m exigido para alcançar B.

Somatório correto: 57.

Q30

Termodinâmica — Pulverizador como sistema aberto

Na figura abaixo, temos um pulverizador de compressão em inox e sua ficha técnica. Esse equipamento é utilizado em residências para pulverizar os jardins com veneno, a fim de eliminar insetos. Disponível em: <http://www.guaranyind.com.br/equipamento/pulverizador-de-compressao-previa-inox-super-2s-76l>. [Adaptado]. Acesso em: 10 ago. 2017. Em uma aula de Física, o professor utilizou o equipamento para contextualizar o tema gases ideais, desprezando qualquer alteração na temperatura e no volume do tanque, e fez algumas previsões para seus alunos a respeito do ar contido no interior do pulverizador vazio. Quanto às previsões que podem ser feitas pelo professor, é correto afirmar que:

Pulverizador como sistema aberto: esquema original da questão 30 da UFSC 2018 — Figura do caderno de origem.

Ficha técnica: capacidade útil de 5 litros; peso vazio de 4,6 kg; vazão de 757 mL/min; pressão máxima de 414 kPa.

01quando acionamos algumas vezes a alavanca, a energia interna do ar contido no tanque aumenta.
02a pressão do ar no interior do tanque não depende do número de mols do ar contido no tanque.
04a energia interna do ar contido no tanque é diretamente proporcional ao número de mols do ar.
08se o número de mols do ar contido no tanque for igual a 0,8 e sua temperatura for 27 °C, então a pressão nas paredes do tanque será, aproximadamente, de 394,0 kN/m2.
16podemos utilizar a equação P₁/T₁=P₂/T₂ para relacionar as grandezas de dois estados distintos, antes e depois de acionarmos a alavanca.
32quando acionamos a alavanca, o número de mols do ar contido no tanque aumenta.

Gabarito fornecido — UFSC 2018

Resolução

Bombear ar aumenta o número de mols no tanque. Como temperatura e volume são mantidos, a pressão e a energia interna total aumentam: 01, 04 e 32 são verdadeiras.

$$p=nRT/V$$

$$U=nC_VT$$

02 é falsa: a pressão depende diretamente de n nessas condições.

08 é verdadeira: a capacidade útil é 5 L e a temperatura é 300 K. Com a constante R=0,082 L atm/(mol K) da prova:

$$p=0,8\cdot0,082\cdot300/5=3,936\,atm$$

$$p\approx393600\,Pa=393,6\,kPa$$

16 é falsa: p/T só é constante quando n/V também é constante. A bomba altera n, então essa relação entre dois estados não pode ser usada sem incluir a quantidade de gás.

Somatório correto: 45.