UFSC 2019 — Questões de Física comentadas — Método TEF

O Circo da Física viaja pelo Brasil apresentando seu espetáculo para divertir o público de várias idades mas também para ensinar e divulgar a Física de maneira lúdica e contextualizada. Muitas vezes, é necessária a substituição de alguns equipamentos elétricos que são danificados. Como o show não pode parar, esses equipamentos são comprados nas próprias cidades onde o circo está instalado, portanto alguns possuem especificação 220 V e outros, 110 V. Outro aspecto fundamental é a proteção dos equipamentos elétricos utilizados nos shows contra possíveis descargas elétricas. Para isso, é instalado um para-raios no topo da estrutura do circo, como mostra a figura abaixo. Com base no exposto, é correto afirmar que:

• 01quando o Circo da Física está em uma cidade com rede elétrica de tensão 220 V, os aparelhos que funcionam com tensão de 110 V devem ser ligados a transformadores com potência de entrada igual à metade da potência de saída.
• 02o para-raios tem a função de impedir que a descarga elétrica aconteça sobre o Circo da Física, logo ele dificulta a passagem das cargas elétricas nessa região, repelindo-as para longe.
• 04quando o para-raios está eletrizado, há maior concentração de cargas elétricas nas suas pontas do que no restante do para-raios.
• 08a corrente elétrica na saída do transformador é alternada.
• 16o princípio de funcionamento tanto do transformador quanto do para-raios está baseado na indução eletromagnética.
• 32em um transformador, a frequência da tensão de saída é a mesma que a da tensão de entrada.

O Circo da Física apresenta um show de acrobacias com bicicletas no qual o ciclista, de massa m, mostra toda a sua agilidade, equilíbrio e destreza. Para o grande final, ocorre o salto de bicicleta entre rampas, quando o piloto salta em duas situações. Primeiramente, o salto ocorre da rampa A até a rampa B, quando a bicicleta está com velocidade Vo, como mostra a Figura 1. Em seguida, para radicalizar ainda mais, o salto ocorre da rampa A até a rampa C, quando a bicicleta está com velocidade Vo, como mostra a Figura 2. Desconsiderando a resistência do ar e com base no exposto, é correto afirmar que:

• 01com a velocidade Vo = 6,00 m/s, o ciclista consegue fazer o salto até as rampas de pouso nas duas situações.
• 02se o ciclista conseguir fazer o salto até as rampas de pouso nas duas situações com a mesma velocidade Vo, então a energia cinética ao tocar as rampas será a mesma nas duas situações.
• 04se o ciclista, na situação da Figura 2, alcançar a altura máxima de 2,30 m, então conseguirá fazer o salto até a rampa C.
• 08para fazer o salto corretamente, o conjunto ciclista+bicicleta deverá possuir uma velocidade Vo mínima, que depende da massa do conjunto.
• 16com a velocidade Vo = 6,00 m/s, o tempo necessário para o ciclista percorrer a distância horizontal de 3,60 m é de 0,75 segundos nas duas situações.

No Circo da Física, o show de ilusionismo, no qual o mágico Gafanhoto utiliza fenômenos físicos para realizar o truque, é uma das atrações mais esperadas. Ele caminha sobre as águas de uma piscina, deixando surpresos os espectadores. Mas como ele faz isso? Na verdade, ele caminha sobre uma plataforma de acrílico (n = 1,49) que fica imersa alguns centímetros na água (n = 1,33), conforme a figura abaixo. O truque está em fazer a plataforma de acrílico ficar invisível dentro da água colocando-se alguns solutos na água. Sobre essa situação, é correto afirmar que:

• 01por causa das condições em que o truque ocorre, o mágico, ao olhar para o fundo da piscina, como mostra a figura, verá a imagem do fundo da piscina na posição real em que o fundo se encontra.
• 02a plataforma de acrílico fica invisível porque o índice de refração da água é maior do que o índice de refração do acrílico.
• 04por causa da plataforma de acrílico, a luz não sofre o fenômeno da refração ao passar do ar para a água.
• 08nas condições em que o truque acontece, não é possível ocorrer o fenômeno da reflexão total na superfície de separação entre o acrílico e a água.
• 16a plataforma de acrílico fica invisível aos olhos porque a luz não sofre o fenômeno da refração ao passar da água para o acrílico.
• 32nas condições em que o truque acontece, a razão entre o índice de refração da água e o índice de refração do acrílico é igual a 1.

No Circo da Física, o público também pode se divertir com uma atração chamada Barra de Guerra, uma adaptação do tradicional cabo de guerra em que os participantes empurram uma barra em vez de puxar uma corda. Dois participantes, com portes físicos semelhantes, são convidados a empurrar a barra, um na posição 1 e outro na posição 2. Curiosamente, o participante de determinado lado sempre considera sua tarefa mais fácil do que o outro. O que o público não sabe é que, no interior da estrutura cilíndrica pela qual a barra passa, há um sistema que contém um fluido em equilíbrio e dois êmbolos de diâmetros D1 e D2 = 2D1, conforme a figura abaixo. Com base no exposto acima e na figura, é correto afirmar que:

• 01para equilibrar a força aplicada pelo participante da posição 1, o participante da posição 2 deverá aplicar uma força duas vezes maior.
• 02do ponto de vista da Física, o participante que ficar na posição 1 terá vantagem sobre o participante que ficar na posição 2.
• 04as alterações de pressão provocadas no fluido pelo movimento do êmbolo 1 serão transmitidas integralmente para todos os pontos do fluido.
• 08como as forças aplicadas pelos participantes da posição 1 e da posição 2 para manter a barra em equilíbrio são diferentes, o sistema viola o princípio de conservação de energia.
• 16quando está vencendo, o participante da posição 1 empurra a barra uma distância maior que a distância na qual a barra do participante da posição 2 se move.

No seu truque seguinte, o mágico Gafanhoto convence a plateia do Circo da Física de que torcer por um time pode “mexer com ele”. O mágico apresenta um sistema composto de cinco pêndulos com números representando times de Santa Catarina – Figueirense (1), Chapecoense (2), Joinville (3), Avaí (4) e Criciúma (5) – que têm massas iguais, diferentes comprimentos e que estão ligados a uma manivela por uma haste de metal. Conforme a plateia torce com maior ou menor intensidade por um dos times, o mágico, movendo a manivela da esquerda para a direita, faz apenas um dos pêndulos balançar com grande amplitude, enquanto os outros pêndulos quase não balançam. O grande segredo do truque está no movimento oscilatório da manivela (pequenos semicírculos, demonstrado na figura abaixo), mas o mágico Gafanhoto distrai o público, interagindo com ele, a fim de que não perceba. Com base no exposto acima e na figura, é correto afirmar que:

• 01se quiser, o mágico Gafanhoto consegue, movimentando a manivela, ceder energia ao sistema de pêndulos sem movimentar com grande amplitude nenhum deles.
• 02o mágico Gafanhoto consegue balançar com maior amplitude um dos pêndulos devido à força do pensamento da plateia.
• 04quanto maior a massa de um pêndulo, maior a sua frequência natural de oscilação.
• 08o segredo do mágico Gafanhoto consiste em, a cada vez que quer “mexer com um time” com grande amplitude, movimentar a manivela com frequência igual à frequência de oscilação natural de um dos pêndulos.
• 16os cinco pêndulos possuem a mesma frequência de oscilação natural.
• 32a razão entre os períodos de oscilação natural do pêndulo de comprimento L e do pêndulo de comprimento L/5 é igual a 5.
• 64a força gravitacional é a força restauradora quando os pêndulos balançam sem a ação do mágico Gafanhoto.

Uma das atrações mais aplaudidas e surpreendentes no Circo da Física é o “show das cores e do som”. Nesse número, o artista toca em um tipo de teclado que, além de produzir som, acende algumas lâmpadas, todas de mesma potência. A figura abaixo ilustra as teclas do teclado com a indicação das respectivas chaves e o circuito das lâmpadas (cada uma com resistência R) ligadas a uma bateria de 12 V. O funcionamento é o seguinte: cada tecla do instrumento, ao ser pressionada, emite o som da nota correspondente e fecha uma chave (Ch) do circuito que contém as lâmpadas. Assim, a dança das cores (Amarela, Verde, Azul, Vermelha e Branca) se dá no ritmo da música e a sequência é definida pelo artista, conforme aperta as teclas para tocar a melodia. É realmente fantástico! Com base no exposto, é correto afirmar que:

• 01quando forem apertadas, simultaneamente, as notas Dó, Ré#, Fá, Sol e Lá, a corrente que atravessa a bateria será, em ampères, 4/R.
• 02para acender as lâmpadas Verde, Azul, Vermelha e Branca, simultaneamente, o artista pode apertar as notas Ré, Fá#, Sol# e Si ao mesmo tempo.
• 04se todas as chaves forem apertadas ao mesmo tempo, o circuito terá resistência equivalente igual a R/4.
• 08dependendo das teclas apertadas, simultaneamente, o artista pode ligar todas as lâmpadas em série, entretanto não é possível ligar todas em paralelo.
• 16se forem tocadas as notas Ré, Fá, Sol e Lá#, simultaneamente, as lâmpadas de cores Azul, Vermelha e Branca acenderão, mas não com seus brilhos máximos.

Em seu último truque, o mágico Gafanhoto apresenta para a plateia do Circo da Física um sistema que contém um balão transparente e, dentro dele, um balão preto, no momento em que o ambiente é iluminado com uma luz verde comum. Então afirma: “Vou explodir o balão a distância. Para ficar mais difícil, vou explodir o balão de dentro, e não o de fora”. Ele faz um movimento com as mãos, conforme a figura abaixo, e explode o balão preto, obtendo os aplausos da plateia. Sem que o público percebesse, o mágico acionou uma ponteira Laser verde de 200 mW que emite uma luz com comprimento de onda de 532 nm, o que fez o balão preto explodir. Com base no exposto acima e na figura, é correto afirmar que:

• 01a informação 200 mW indica a energia da ponteira Laser verde.
• 02um Laser pode causar sérios danos à saúde, principalmente aos olhos dos seres humanos.
• 04o balão preto explode porque grande parte da luz Laser verde é absorvida por ele, enquanto o balão transparente reflete grande parte da luz Laser verde.
• 08a energia dos fótons da luz Laser verde depende da frequência da luz.
• 16com a mesma ponteira Laser verde seria, teoricamente, mais difícil explodir um balão interno na cor verde.
• 32o princípio de funcionamento de um Laser é semelhante ao de uma lupa que concentra os raios de luz em um ponto.

Na atração Corrida Maluca, duas pessoas da plateia do Circo da Física são convidadas para soltar dois pequenos cilindros aparentemente idênticos dentro de dois tubos aparentemente idênticos de comprimento 1,0 m, conforme a figura abaixo. Para espanto da plateia, um dos pequenos cilindros demora mais tempo do que o outro para chegar do outro lado do tubo e o vencedor da corrida é sempre o que escolhe determinado lado da estrutura. O segredo da corrida é que, no lado esquerdo da estrutura, o participante tem à disposição um pequeno cilindro de ferro e um tubo de PVC e, no lado direito, o participante tem à disposição um pequeno ímã cilíndrico e um tubo de cobre, em destaque na figura abaixo. Com base no exposto acima e na figura, é correto afirmar que:

• 01ao cair, o ímã induz uma corrente elétrica no tubo de cobre, devido à variação do fluxo magnético do ímã nas paredes do tubo de cobre.
• 02o cobre é um material condutor ferromagnético e é atraído pelo ímã, o que retarda o movimento de queda do ímã.
• 04o campo magnético produzido pela corrente elétrica induzida no tubo de cobre terá um polo norte próximo ao ímã na parte superior do tubo.
• 08ao descer pelo tubo de cobre, o ímã atinge rapidamente velocidade constante (velocidade terminal).
• 16no sistema ímã-tubo de cobre, não ocorre o efeito joule, já que a velocidade de queda do ímã é constante.

Finalmente, o momento mais aguardado pela plateia do Circo da Física: o Globo. Em uma esfera de aço com 4,84 m de diâmetro cujo coeficiente de atrito entre o pneu e o aço é 0,2, cinco destemidos pilotos fazem manobras radicais com suas motos. No ponto alto da apresentação, o Globo se abre, deixando a plateia apreensiva e extasiada, e três pilotos parecem flutuar no ar com suas motos, como mostrado na figura abaixo. Com base no exposto acima e na figura, é correto afirmar que:

• 01o período da rotação do piloto 1, quando está com a velocidade mínima para realizar a manobra, é de 2,0 s.
• 02a velocidade angular mínima do piloto 1 é de aproximadamente 4,54 rad/s.
• 04a velocidade mínima para o piloto 1 realizar a manobra é de 11,0 m/s.
• 08a velocidade mínima para o piloto 1 realizar a manobra aumenta se o raio do Globo aumentar.
• 16a força centrífuga sobre o sistema piloto-moto tem o sentido para o centro da trajetória.
• 32um piloto com massa menor do que o piloto 1 poderia realizar a manobra com menor velocidade.

As apresentações no Circo da Física se encerram com uma orquestra de cientistas. O quadro associa cada cientista ao instrumento que toca e à característica sonora adotada na questão.

Com base no quadro, é correto afirmar que:

• 01mesmo que todos os instrumentos musicais toquem a mesma nota, podemos distingui-los por causa de suas intensidades sonoras.
• 02no saxofone, a onda estacionaria produzida possui ventres nas duas extremidades do tubo.
• 04duas notas musicais distintas, por exemplo Lá e Fá, tocadas por um mesmo instrumento possuem frequências diferentes.
• 08em todos os instrumentos musicais, as ondas estacionárias são produzidas devido aos fenômenos da refração e da interferência.
• 16as ondas sonoras produzidas pelos instrumentos de sopro possuem maior velocidade no ar do que as ondas sonoras produzidas pelos instrumentos de corda.
• 32na flauta de Pan, os comprimentos dos tubos definem as amplitudes das ondas sonoras produzidas.
• 64as ondas sonoras produzidas pelos instrumentos musicais não podem ser polarizadas porque são ondas longitudinais.