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UFSC 2023.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Vagas remanescentes — UFSC 2023.2

Processo Seletivo Especial · Caderno Inglês · Física (Q31–Q35)

Q31
Eletricidade — Eletrostática — Contato entre esferas de raios diferentes

Um professor de Física realizou um experimento de eletricidade com um pano de lã e duas esferas metálicas, A e B, todos inicialmente neutros. As esferas são de mesmo material, porém o raio de B é 8,0 cm e o raio de A é 4,0 cm. Primeiramente, o professor esfregou o pano de lã na esfera A e, em seguida, encostou as duas esferas. Ao final dos procedimentos, os objetos ficaram separados como mostra a figura abaixo. Sabendo-se que a esfera B, ao final do processo, ficou com carga −40,0 μC, é correto afirmar que:

Contato entre esferas de raios diferentes: esquema original da questão 31 da UFSC 2023.2
Figura do caderno de origem.
  • 01o pano de lã ficou eletrizado com carga negativa.
  • 02a carga da esfera A é igual a −20,0 μC.
  • 04separadas, conforme a figura, existe uma força de atração entre as duas esferas.
  • 08separados, conforme a figura, a força elétrica que a esfera B exerce sobre o pano de lã é maior do que a força elétrica que a esfera A exerce sobre o pano de lã.
  • 16separados, conforme a figura, o módulo da carga elétrica do pano de lã é maior do que o módulo da carga elétrica da esfera A.
  • 32separadas, conforme a figura, o campo elétrico no ponto médio que separa as esferas A e B não é nulo.

Gabarito preliminar COPERVE — UFSC 2023.2

50
Resolução

Após o contato e a separação, no modelo usual de esferas condutoras suficientemente afastadas na partilha final, seus potenciais de equilíbrio são iguais e as cargas são proporcionais aos raios.

$$Q_A/R_A=Q_B/R_B$$

$$Q_A=(-40)(4/8)=-20\,\mu C$$

02 correta. Pela conservação da carga total do conjunto inicialmente neutro, a lã conserva carga positiva de 60 μC.

$$Q_{la}=-(Q_A+Q_B)=+60\,\mu C$$

01 incorreta. As esferas ficam negativas e se repelem, portanto 04 é incorreta.

A distância da lã até A é d, enquanto a distância até B é 3d. Na aproximação de cargas pontuais, a duplicação da carga de B não compensa a distância triplicada.

$$F_{B,la}/F_{A,la}=(40/20)(d/3d)^2=2/9$$

08 incorreta: B exerce força menor sobre a lã.

16 correta: o módulo de 60 μC da lã supera o módulo de 20 μC de A.

32 correta: no ponto médio entre as esferas, as distâncias a A e B são iguais, mas os módulos das cargas diferem. Seus campos têm sentidos opostos e não se cancelam.

Somatório correto: 50.

Q32
Mecânica — Estática — Pessoa em equilíbrio contra uma parede

Alguns vídeos que circulam nas redes sociais não parecem ser verdadeiros, principalmente quando não retratam situações corriqueiras. Um vídeo recente mostra duas garotas (Carol e Bia) em uma situação inusitada, mas que fisicamente é possível. Carol, aplicando uma força mantinha Bia em repouso, encostada numa parede áspera, sem que esta última tocasse o chão, como mostra a figura. F, Considerando o exposto, é correto afirmar que:

Pessoa em equilíbrio contra uma parede: esquema original da questão 32 da UFSC 2023.2
Figura do caderno de origem.
  • 01se 0° < θ < 90°, a força de atrito sobre Bia terá o mesmo módulo do seu peso.
  • 02a força resultante sobre Bia é nula.
  • 04se o coeficiente de atrito entre a parede e o corpo de Bia for nulo e θ = 0°, então Carol deve aplicar uma força maior que o peso de Bia para mantê-la nessa posição.
  • 08se 0° < θ < 90°, as forças aplicadas sobre Bia são o seu peso, a força F, a força de atrito e a força normal.
  • 16se θ = 0°, a força normal sobre Bia será, numericamente, igual à força F.

Gabarito preliminar COPERVE — UFSC 2023.2

26
Resolução

Decompondo a força de Carol em componentes horizontal e vertical, e tomando a vertical positiva para cima, o equilíbrio exige compensação em ambas as direções.

$$N=F\cos\theta$$

$$f+F\sin\theta=mg$$

01 incorreta: com ângulo entre 0° e 90°, a componente vertical de F também participa da sustentação; o atrito não precisa igualar o peso.

02 correta: Bia está em repouso, portanto a resultante é nula.

04 incorreta: sem atrito e com θ=0°, a força de Carol é horizontal. Nenhum aumento de seu módulo fornece a componente vertical necessária para equilibrar o peso.

08 correta: o diagrama de forças inclui peso, força aplicada, normal da parede e atrito, no modelo em que há contato áspero.

16 correta: com θ=0°, a força aplicada é totalmente horizontal, sendo equilibrada pela normal.

$$N=F$$

Somatório correto: 26.

Q33
Óptica — Princípios da Óptica — Câmara escura e focalização

Em um curso de fotografia, os amigos Pedro, Thiago e João discutiram que a máquina fotográfica mais simples existente é uma câmara escura, que pode ser construída a partir uma caixa de 15 cm de comprimento onde é feito um orifício extremamente pequeno (pin-hole) para a entrada de luz em uma das paredes, como indica o esquema abaixo. No curso, os participantes utilizaram esse dispositivo para fotografar objetos ao ar livre. Os amigos, durante a discussão, fizeram algumas afirmações sobre as imagens formadas. Identifique as corretas.

Câmara escura e focalização: esquema original da questão 33 da UFSC 2023.2
Figura do caderno de origem.
  • 01Um objeto de 10 cm colocado a 25 cm do orifício formará uma imagem de 5 cm de altura.
  • 02para explicar a formação da imagem nesses dispositivos, não se pode utilizar o princípio da independência dos raios luminosos.
  • 04Para melhorar a nitidez, pode-se colocar uma lente bicôncava no orifício.
  • 08Para aumentar a claridade no interior da câmara, pode-se aumentar o diâmetro do furo, porém a imagem parecerá mais borrada, parecendo sem nitidez.
  • 16Nas máquinas fotográficas mais simples, a distância focal da lente não pode ser alterada. Nesse caso, a focalização da imagem é feita por meio da variação da distância entre a lente e o anteparo (filme ou ccd).
  • 32A imagem (i) formada na parede do dispositivo é real e invertida.

Gabarito preliminar COPERVE — UFSC 2023.2

56
Resolução

Por semelhança de triângulos, o módulo da razão entre altura da imagem e do objeto é a razão entre profundidade da caixa e distância do objeto ao orifício.

$$i/o=p\prime/p$$

$$i=10(15/25)=6\,cm$$

01 incorreta: a imagem mede 6 cm, não 5 cm.

02 incorreta: a independência dos raios é compatível com a explicação da imagem; raios de pontos distintos atravessam o orifício sem alterar permanentemente sua propagação.

04 incorreta: uma lente bicôncava no ar é divergente e não é a solução para focalizar a imagem real de um objeto real sobre a parede da caixa.

08 correta: ampliar o furo deixa entrar mais luz, mas aumenta a superposição das manchas produzidas por cada ponto do objeto, reduzindo a nitidez.

16 correta para uma câmera simples com lente de distância focal fixa: objetos a distâncias diferentes podem ser focalizados mudando a distância lente–anteparo. Esse item trata da câmera com lente, não de uma lente existente no pinhole.

$$1/f=1/p+1/p\prime$$

32 correta: a imagem que se forma na parede da câmara é real e invertida.

Somatório correto: 56.

Q34
Óptica — Lentes — Lente horizontal de leitura

A figura abaixo mostra como é usada uma lente horizontal, que ajuda pessoas com baixa visão na leitura de linhas inteiras. Sobre essa lente, é correto afirmar que:

Lente horizontal de leitura: esquema original da questão 34 da UFSC 2023.2
Figura do caderno de origem.
  • 01a imagem da letra vista por meio dela é virtual.
  • 02para que a imagem seja formada como na figura, o caderno deve ficar posicionado entre o foco e o ponto antiprincipal.
  • 04sua ampliação é menor que 1.
  • 08esse tipo de lente funciona com base no fenômeno da reflexão da luz.
  • 16a imagem das letras vistas por meio dela não pode ser projetada em um anteparo.
  • 32é do tipo convergente.

Gabarito preliminar COPERVE — UFSC 2023.2

49
Resolução

01 correta: a lente de leitura funciona como uma lupa na direção em que amplia, produzindo imagem virtual das letras.

02 incorreta: para uma imagem virtual, direita e ampliada com lente convergente, o objeto deve estar entre a lente e seu foco; entre foco e ponto antiprincipal a imagem seria real e invertida.

04 incorreta: as letras aparecem ampliadas, portanto o módulo da ampliação é maior que um na direção de ampliação.

08 incorreta: a lente funciona por refração da luz, não por reflexão.

16 correta: a imagem virtual vista através da lente não pode ser capturada diretamente por um anteparo colocado na sua posição aparente.

32 correta: o dispositivo tem comportamento convergente na direção de ampliação.

Somatório correto: 49.

Q35
Física Moderna — Física Quântica — Fluorescência ultravioleta na fotografia

No mesmo o curso, os amigos discutiram sobre uma técnica de investigação das superfícies de obras de arte, a fotografia por fluorescência ultravioleta (UFV). Para a obtenção das imagens, são utilizadas lâmpadas que emitem radiação UV (280 nm – 399 nm), mas a detecção da radiação pela máquina fotográfica ocorre na região do visível (400 nm – 700 nm). O esquema para a obtenção das imagens pode ser observado abaixo. O fenômeno da fluorescência consiste na absorção, por um material, de uma dada frequência da onda e, a partir desse estímulo, ocorre a emissão em uma frequência diferente (neste caso, luz visível). Com base nos conhecimentos de Física, os amigos fizeram algumas afirmações sobre o processo. Identifique as corretas.

Fluorescência ultravioleta na fotografia: esquema original da questão 35 da UFSC 2023.2
Figura do caderno de origem.
  • 01A radiação emitida pelas fontes UV e pela amostra pode ser considerada como formada por fótons, cuja energia pode ser determinada a partir da relação E = h·f.
  • 02A fluorescência de um material é um processo que ocorre a altas temperaturas.
  • 04A energia da radiação incidente é menor que a da radiação emitida por fluorescência.
  • 08Como uma parcela da radiação incidente é refletida pela amostra, a intensidade da radiação emitida por fluorescência é menor.
  • 16O processo de fluorescência não é explicado pela Física quântica.

Gabarito preliminar COPERVE — UFSC 2023.2

09
Resolução

01 correta: a energia individual do fóton é proporcional à sua frequência, tanto no ultravioleta incidente quanto no visível emitido.

$$E=hf$$

02 incorreta: fluorescência é emissão após excitação óptica, não emissão que exige altas temperaturas como a incandescência.

04 incorreta: o ultravioleta de menor comprimento de onda possui fótons mais energéticos que os da emissão visível apresentada.

$$E=hc/\lambda$$

08 correta na interpretação de balanço energético do esquema: a parcela incidente refletida não é absorvida para gerar fluorescência. Além disso, há canais não radiativos e a emissão se distribui em direções; a potência detectada é apenas uma parcela da potência incidente.

16 incorreta: transições entre estados de energia e as emissões correspondentes recebem descrição quântica.

No processo apresentado, a energia emitida por fóton é menor que a absorvida, e a diferença pode ser transferida ao material por processos não radiativos.

Somatório correto: 09.

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