UFSC 2025 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Pela popularidade cada vez maior, o breaking foi uma das modalidades estreantes nas Olimpíadas de Paris em 2024. Essa forma de dança urbana ficou popular nos Estados Unidos na década de 1970 e é caracterizada por movimentos acrobáticos e passos estilizados, como na imagem.

Com base no exposto acima, é correto afirmar que:

• 01o atrito entre o calçado e o chão permite que o atleta dê passos muito rápidos e pare abruptamente.
• 02a inércia do corpo do atleta não é relevante para que execute sua apresentação.
• 04em movimentos de giro, o atleta concentra a sua distribuição de massa próximo ao eixo de rotação para aumentar a velocidade angular.
• 08no “congelamento”, quando o atleta para em uma pose específica, seu centro de massa deve estar o mais próximo possível do chão para melhorar o equilíbrio.
• 16o torque da força peso do atleta em relação a um ponto de apoio no chão não depende da posição do seu centro de massa.

O arremesso de martelo é uma modalidade de atletismo que tem origem nas antigas Escócia e Irlanda e que foi introduzida nos Jogos Olímpicos modernos em 1900, somente para homens. Para as mulheres, ele foi incluído nos Jogos Olímpicos de Sydney em 2000. A competição envolve o lançamento de um martelo, composto por uma bola de metal presa a um cabo com um punho (manopla). O atleta inicialmente gira o martelo em torno da cabeça e depois em torno do corpo, em movimento circular, antes de soltá-lo, utilizando técnica e força para alcançar a maior distância possível. Para as mulheres, o martelo apresenta a seguinte ficha técnica: a bola de metal tem $4\ \text{kg}$ de massa e o cabo com a esfera tem $1{,}20\ \text{m}$ de comprimento.

Com base no exposto, é correto afirmar que:

• 01após o lançamento do martelo, quando ele atingir o ponto mais alto de sua trajetória, a sua velocidade vertical será nula.
• 02a energia cinética associada ao componente horizontal da velocidade de lançamento é transformada em energia potencial gravitacional.
• 04após o lançamento, a quantidade de movimento do martelo se mantém constante durante toda a trajetória.
• 08com um ângulo de lançamento de $45^\circ$ com a horizontal, o alcance do martelo (à mesma altura de lançamento) será de $90$ metros para uma velocidade de lançamento de $30\ \text{m/s}$.
• 16para o martelo ser lançado com uma velocidade de $30\ \text{m/s}$ por uma atleta cujos braços têm $60\ \text{cm}$ de comprimento, o conjunto entre bola, cabo e manopla deve ser girado com uma velocidade angular de aproximadamente $16{,}67\ \text{rad/s}$.

Um dos momentos mais impressionantes dos Jogos Olímpicos de Paris aconteceu durante uma das apresentações da equipe americana de nado artístico, que competiu com uma coreografia para a música Smooth criminal, de Michael Jackson, incluindo seu famoso moonwalk. Na figura ao lado, as nadadoras mantêm-se em equilíbrio na direção vertical, de cabeça para baixo, durante a rotina. Com boa aproximação, podemos considerar $50{,}0\ \text{kg}$ como a massa da nadadora indicada pela seta, $50{,}76\ \text{L}$ o volume do seu corpo e $5{,}0\ \text{L}$ o volume das pernas fora da água.

Com base no exposto acima, é correto afirmar que:

• 01o volume submerso do corpo da nadadora é $45{,}76\ \text{L}$.
• 02a força de empuxo sobre a nadadora é de $250{,}0\ \text{N}$.
• 04caso o volume submerso do corpo da nadadora mude, a força peso atuando nela também mudará.
• 08o valor da força adicional exercida pela água na nadadora, que contribui para manter parte das pernas fora da água, é de $42{,}4\ \text{N}$.
• 16a força adicional exercida pela água na nadadora, que contribui para manter parte do seu corpo fora da água, diminui conforme o volume submerso diminui.
• 32quando a força adicional exercida pela água na nadadora, que contribui para manter parte do seu corpo fora da água, é $0\ \text{N}$, o volume submerso do corpo da nadadora é $50{,}0\ \text{L}$.

Quando as nadadoras artísticas estão debaixo d’água, um conjunto de alto-falantes subaquáticos permite que continuem ouvindo a música e permaneçam em sincronia. Diferentemente dos alto-falantes tradicionais, que usam um cone móvel para criar som, estes alto-falantes usam o efeito piezoelétrico, esquematizado na figura.

Com base no exposto acima, é correto afirmar que:

• 01a velocidade do som na água é igual à velocidade do som no ar.
• 02a intensidade sonora é a quantidade de energia transportada pelas ondas sonoras em um certo local.
• 04as moléculas da água entre as nadadoras artísticas e o alto-falante subaquático oscilam paralelamente à direção de propagação da onda sonora produzida pelo alto-falante.
• 08a cerâmica piezoelétrica transforma trabalho elétrico em trabalho sonoro.
• 16a frequência da onda sonora de Smooth criminal continua a mesma quando passa da água para o ar.
• 32o efeito piezoelétrico não é explicado pela Lei de Faraday.
• 64a música Smooth criminal chega a todas as nadadoras artísticas da figura da questão 23 com a mesma intensidade sonora quando emitida no ar por um determinado alto-falante.

Nos Jogos Olímpicos, os blocos de partida das provas de $100{,}0$ metros rasos são equipados com sensores piezorresistivos (sensores cuja resistência elétrica varia com a pressão) para detectar o momento exato em que os atletas iniciam a corrida. Esses sensores medem a variação de pressão exercida pelos pés dos atletas nos blocos. Quando o atleta aplica pressão sobre o bloco, a resistência elétrica do sensor muda, permitindo ao sistema identificar o momento da largada e detectar eventuais falsas largadas. Considere que um sensor piezorresistivo é conectado a um circuito com uma bateria de $12{,}0\ \text{V}$ e uma resistência inicial $R_0=100{,}0\ \Omega$. Quando o atleta pressiona o bloco, a resistência total do sensor varia de acordo com a força aplicada, mudando de $100{,}0\ \Omega$ para $150{,}0\ \Omega$.

Considerando o exposto, é correto afirmar que:

• 01ao aplicar pressão, a resistência no sensor piezorresistivo aumenta, o que causa um aumento na corrente elétrica no circuito.
• 02a corrente elétrica no circuito antes de o atleta aplicar pressão sobre o bloco é de $0{,}12\ \text{A}$.
• 04o princípio de funcionamento dos sensores piezorresistivos é baseado na variação de resistência elétrica em resposta à deformação mecânica do material.
• 08após o atleta liberar a pressão dos blocos de partida, a resistência do sensor piezorresistivo diminui, o que faz com que a corrente elétrica no circuito aumente.
• 16se a resistência do sensor piezorresistivo diminuir em vez de aumentar, a corrente elétrica no circuito também diminui, o que indica uma menor pressão exercida pelo atleta.
• 32a variação da resistência no sensor piezorresistivo não pode ser utilizada para medir o tempo de reação dos atletas, fornecendo informações importantes para o controle de largadas.

Na disputa da escalada esportiva de velocidade feminina nos Jogos Olímpicos de Paris, a polonesa Aleksandra Miroslaw, cuja massa é $48{,}0\ \text{kg}$, ganhou a medalha de ouro escalando uma parede de $15{,}0\ \text{m}$ em $6{,}10\ \text{s}$. Ela superou a chinesa Lijuan Deng, medalhista de prata, que completou a escalada em $6{,}18\ \text{s}$. A imagem abaixo captura um instante em que Aleksandra completou a prova, mas Lijuan ainda não.

Com base no exposto acima, é correto afirmar que:

• 01a força média vertical que Aleksandra exerce nos suportes durante toda a escalada é de $150{,}0\ \text{N}$.
• 02a potência mecânica média desenvolvida por Aleksandra é de aproximadamente $1180{,}0\ \text{W}$.
• 04o trabalho realizado pela força peso que atua sobre Aleksandra é de $480{,}0\ \text{J}$.
• 08a velocidade média da escalada de Aleksandra é de aproximadamente $2{,}46\ \text{m/s}$.
• 16durante a escalada, a energia cinética de Aleksandra se conservou.
• 32Aleksandra completou a escalada $8\times10^{-2}\ \text{s}$ antes de Lijuan.

Nos Jogos Olímpicos, especialmente em eventos ao ar livre, como a maratona, os atletas enfrentam temperaturas elevadas. Durante uma maratona, a temperatura do corpo humano pode subir em $2{,}0\ ^\circ\text{C}$, mas, se atingir $39{,}0\ ^\circ\text{C}$, isso é sinal de perigo, pois o atleta pode ter náuseas ou tontura e até desmaiar. Para ajudar a manter a temperatura corporal em níveis seguros, alguns atletas usam sistemas de resfriamento, como bolsas de gelo. O metabolismo humano normal produz calor a uma taxa metabólica basal de $80\ \text{W}$ e, durante uma atividade física de alta performance, como uma maratona, pode chegar a $500\ \text{W}$.

Considerando essas informações e supondo que um atleta utiliza uma bolsa de gelo com uma massa de $2000\ \text{g}$ de gelo a $-10\ ^\circ\text{C}$, é correto afirmar que:

• 01admitindo que a potência térmica do atleta pode chegar a $500\ \text{W}$, durante a maratona, os $2000\ \text{g}$ de gelo devem entrar em equilíbrio térmico com o atleta ($38\ ^\circ\text{C}$) em aproximadamente $5{,}53$ minutos.
• 02podemos comparar o corpo humano com uma máquina térmica, em que a queima de calorias seria a fonte quente e o meio ambiente seria a fonte fria e, como toda máquina térmica, seu rendimento será de $100\%$.
• 04o corpo humano troca calor com o meio ambiente por condução, convecção e irradiação.
• 08os $2000\ \text{g}$ de gelo contidos na bolsa devem receber $246\ \text{kcal}$ para entrar em equilíbrio térmico com o corpo do atleta durante a corrida ($38\ ^\circ\text{C}$).
• 16o metabolismo do corpo ocorre pela queima de calorias e produção de energia, processo que utiliza o oxigênio.

A canoagem de velocidade individual é uma modalidade dos Jogos Olímpicos na qual atletas competem em canoas para percorrer uma determinada distância no menor tempo possível. As competições são realizadas em águas calmas, em distâncias que variam geralmente entre 200 e 1.000 metros. Os atletas utilizam remos com pás que medem $50\ \text{cm}\times25\ \text{cm}$ para impulsionar suas embarcações. As canoas precisam ser leves e resistentes e geralmente são feitas à base de fibra de carbono, cuja massa específica é aproximadamente $2{,}0\ \text{g/cm}^3$. A canoa usada na canoagem de velocidade individual tem $5{,}2\ \text{m}$ de comprimento e massa mínima de $16\ \text{kg}$.

Com base no exposto, é correto afirmar que:

• 01o remo usado na canoagem é um tipo de máquina simples, alavanca inter-resistente, que serve para multiplicar a força aplicada a um corpo ou objeto quando colocada para girar em torno de um ponto de apoio.
• 02o volume da canoa usada na canoagem de velocidade individual deve ser maior que $16{,}0\times10^3\ \text{cm}^3$.
• 04admitindo que o conjunto atleta + canoa tenha uma massa de $100{,}0\ \text{kg}$, o empuxo sobre o conjunto deve ser maior que o peso dele para garantir a maior flutuabilidade possível.
• 08a terceira Lei de Newton não se aplica à canoagem de velocidade, pois a força de reação à força aplicada pelo atleta no remo é direcionada à canoa e não ao atleta.
• 16admitindo que o conjunto atleta + canoa tenha massa de $100{,}0\ \text{kg}$ e esteja incialmente em repouso, para que no instante seguinte possa ter uma velocidade de $5{,}0\ \text{m/s}$, deve deslocar com o remo uma massa de água com uma quantidade de movimento de $500{,}0\ \text{N}\cdot\text{s}$.
• 32quando o remo usado na canoagem de velocidade individual aplica sobre a água uma pressão de $1200{,}0\ \text{Pa}$, ocorre uma resposta de $150{,}0\ \text{N}$ de força.

O clímax do pentatlo moderno nas Olimpíadas de Paris foi um evento de corrida e tiro a laser (laser run), no qual atletas se alternam entre correr e atirar com uma pistola laser ao longo de um percurso de $3{,}0\ \text{km}$, com os atletas parando quatro vezes durante a corrida para atirar cinco vezes em um alvo a uma distância de $10{,}0\ \text{m}$. Uma pistola laser, como a mostrada abaixo, pode emitir um sinal de laser na cor vermelha ($650\ \text{nm}$) e com potência de $3{,}0\ \text{mW}$.

Com base no exposto acima, é correto afirmar que:

• 01a pistola laser emite aproximadamente $9{,}8\cdot10^{15}\ \text{fótons/s}$ quando disparada.
• 02a energia de um fóton do sinal laser emitido pela pistola depende da amplitude do campo elétrico.
• 04a massa de um fóton do sinal laser emitido pela pistola é zero.
• 08o momento linear (quantidade de movimento) de um fóton do sinal laser emitido pela pistola é zero.
• 16a energia de um fóton do sinal laser emitido pela pistola é menor que a energia de um fóton das ondas de rádio.

Nos Jogos Olímpicos, os sistemas de GPS são usados para acompanhar o posicionamento exato dos atletas em provas de corrida e ciclismo. Esses sistemas utilizam sinais enviados por satélites em órbita na Terra. Como os satélites se movem muito rápido e estão muito distantes da Terra, precisamos considerar efeitos da relatividade restrita e da relatividade geral para que o GPS funcione corretamente.

Considerando essas afirmações sobre o funcionamento do GPS e os efeitos relativísticos, é correto afirmar que:

• 01os satélites de GPS precisam corrigir seus relógios, porque o tempo para eles passa mais rápido do que para pessoas na superfície da Terra, devido à alta velocidade com que eles se movem.
• 02a gravidade da Terra faz com que o tempo nos satélites de GPS passe mais devagar do que para as pessoas na superfície, porque eles estão mais longe da Terra e a gravidade sobre eles é menor.
• 04se não fossem feitas as correções relativísticas, o GPS seria impreciso e a posição dos atletas poderia ter um erro de vários quilômetros por dia.
• 08a relatividade restrita explica por que o tempo nos satélites de GPS passa mais devagar do que na Terra.
• 16a relatividade geral trata do efeito da gravidade no tempo, explicando por que o tempo passa de forma diferente em locais com diferentes intensidades de gravidade.
• 32o funcionamento correto do GPS depende tanto da relatividade restrita (devido à velocidade dos satélites) quanto da relatividade geral (devido à menor gravidade).