O caderno oficial fornecido corresponde à aplicação de 11/06/2025. A seção de Física ocupa as questões 16 a 22.
11/06/2025 · Prova A · Questões 16 a 22
Q16
Termodinâmica — Primeira Lei
Os pneus de avião são projetados de maneira especial para suportar condições extremas, como altas cargas, velocidades elevadas e temperaturas intensas durante a aterrissagem. Eles são fabricados com materiais resistentes ao calor e à pressão, pois o atrito com a pista durante o pouso gera uma grande quantidade de energia térmica.
Além disso, os pneus são preenchidos com nitrogênio ($N_2$), um gás inerte que reduz o risco de explosões. Durante a aterrissagem de um avião, devido ao atrito com a pista, o gás dentro dos pneus recebe 1,5 kJ de calor e devido à compressão do impacto (aterrissagem) no interior dos pneus, realiza um trabalho de 500 J sobre o gás. Considerando o nitrogênio dos pneus como um gás ideal e as transformações termodinâmicas sofridas nesse processo, marque o item correto.
A)Devido à compressão do gás, no momento da aterrissagem, a pressão interna do gás diminui.
B)A energia interna do gás sofre uma variação positiva de 1,0 kJ, o que indica uma elevação da temperatura no nitrogênio.
C)A energia interna do gás sofre uma variação negativa de 1,0 kJ, o que indica uma diminuição da temperatura no nitrogênio.
D)A energia interna do gás sofre uma variação positiva de 2,0 kJ, o que indica uma elevação da temperatura no nitrogênio.
E)A energia interna do gás não sofre variação, mantendo constante a temperatura do nitrogênio.
O gás recebe calor: $Q=+1{,}5\,\text{kJ}$. A compressão realiza $500\,\text{J}=0{,}5\,\text{kJ}$ de trabalho sobre o gás, portanto $W_{\text{gás}}=-0{,}5\,\text{kJ}$.
Pela Primeira Lei, usando $\Delta U=Q-W_{\text{gás}}$:
$$\Delta U=1{,}5-(-0{,}5)=2{,}0\,\text{kJ}.$$
Como a energia interna de um gás ideal depende da temperatura, a variação positiva indica aumento de temperatura.
Alternativa correta: D
Q17
Hidrostática — empuxo
Ana e Pedro encheram balões iguais para uma festa. Ana usou um inflador comum, enchendo seus balões com ar atmosférico, enquanto Pedro usou um cilindro de hélio. Após soltar os balões, Ana percebeu que os dela ficaram no chão, enquanto os de Pedro flutuaram no ar, mesmo sendo todos de mesmo volume. Sobre esse fenômeno, é correto afirmar.
A)O balão com ar atmosférico e o balão com hélio sofrem o mesmo empuxo, mas o hélio é mais denso e, por isso, flutua.
B)O balão com ar atmosférico afunda, porque o empuxo é menor do que o peso do próprio balão, enquanto o balão com hélio não sofre empuxo algum.
C)O balão com ar atmosférico flutua menos porque o empuxo é menor do que o seu peso, enquanto o balão com hélio sobe, porque seu peso é menor que o empuxo.
D)O balão com hélio sobe, porque o hélio gera uma força adicional (força de arrasto) que empurra o balão para cima, enquanto o balão com ar não tem essa força extra.
E)O balão com ar atmosférico afunda, porque o empuxo é maior do que o peso do próprio balão, enquanto o balão com hélio sofre um empuxo menor.
Como os balões têm o mesmo volume, deslocam o mesmo volume de ar e, portanto, sofrem empuxos de mesmo módulo. O conjunto com hélio tem menor peso total, pois o hélio é menos denso que o ar.
Assim, no balão com hélio o empuxo pode superar o peso do conjunto, produzindo movimento ascendente.
Alternativa correta: C
Q18
Energia — conservação da energia mecânica
Durante uma missão científica na superfície da Lua, um astronauta decidiu repetir um experimento famoso: soltou uma pena do alto de uma estrutura, observando sua queda em direção ao solo lunar. Como não há atmosfera na Lua, a resistência do ar é inexistente, permitindo que a pena caia em queda livre, acelerada apenas pela gravidade local.
Considerando o sistema formado por pena + Lua, e sabendo que não há perdas de energia para o meio externo, é correto afirmar que, durante a queda da pena, manteve-se constante:
A)a energia cinética da pena.
B)a energia potencial gravitacional da pena.
C)a diferença entre as energias cinética e potencial gravitacional.
D)a energia total do sistema, que é a soma das energias cinética e potencial gravitacional.
E)a força gravitacional exercida pela pena sobre a Lua.
Sem resistência do ar e considerando o sistema pena + Lua, não há dissipação de energia mecânica. Durante a queda, a energia potencial gravitacional diminui enquanto a energia cinética aumenta na mesma medida.
Logo, a soma $E_c+E_p$ permanece constante.
Alternativa correta: D
Q19
Eletrodinâmica — efeito Joule
O efeito Joule ocorre quando uma corrente elétrica atravessa um condutor, gerando calor devido à resistência elétrica do material. Sobre esse fenômeno, assinale a alternativa correta.
A)O efeito Joule ocorre apenas em condutores metálicos, pois materiais não metálicos não oferecem resistência à passagem da corrente elétrica.
B)O efeito Joule é um fenômeno indesejável e não possui nenhuma aplicação prática na vida cotidiana.
C)O efeito Joule só ocorre em circuitos de corrente alternada, pois em corrente contínua não há dissipação de energia na forma de calor.
D)A energia dissipada por efeito Joule pode ser completamente eliminada em qualquer circuito apenas reduzindo a resistência do condutor.
E)O efeito Joule é responsável pelo funcionamento de dispositivos como chuveiros elétricos e ferro de passar roupas, que convertem energia elétrica em calor.
O efeito Joule corresponde à conversão de energia elétrica em energia térmica em elementos resistivos. Ele ocorre tanto em corrente contínua quanto alternada e é justamente o princípio de funcionamento de aparelhos de aquecimento resistivo, como chuveiros e ferros elétricos.
Alternativa correta: E
Q20
Energia mecânica — movimento em looping
Um vagão de montanha-russa de 300 kg parte do repouso no topo de uma colina com 30 m de altura. No ponto mais baixo da trajetória, ele entra em um looping de raio 10 m. Considerando que 15% da energia mecânica se perde por atrito até o topo do looping, qual é o valor aproximado da velocidade do vagão no topo do looping?
I, II e III estão corretas. Em série, a corrente é a mesma em todos os resistores, $R_{eq}=R_1+R_2+\cdots$, e as quedas de tensão obedecem $U_i=Ri$, sendo proporcionais às resistências.
A afirmativa IV é falsa: acrescentar um resistor em série aumenta a resistência equivalente.
Alternativa correta: B
Q22
Eletrodinâmica — potência elétrica
Em uma aula prática de Física, os alunos montaram três circuitos diferentes para investigar como a resistência elétrica afeta a dissipação de energia em um chuveiro elétrico. Cada circuito utilizava uma resistência diferente de 10 Ω, 20 Ω ou 40 Ω, todas ligadas à mesma fonte de 110 V.
Com base nos resultados do experimento, assinale a alternativa que corretamente identifica qual resistência dissipou a maior quantidade de energia.
A)A resistência que mais dissipou energia foi a de 40 Ω.
B)A resistência que mais dissipou energia foi a de 20 Ω.
C)A resistência que mais dissipou energia foi a de 10 Ω.
D)As três resistências dissiparam a mesma quantidade de energia.
E)A energia dissipada depende apenas do tempo de funcionamento e da tensão aplicada, não do valor da resistência.
Com a mesma tensão aplicada, a potência dissipada por um resistor é
$$P=\frac{U^2}{R}.$$
Portanto, quanto menor a resistência, maior a potência e, para o mesmo intervalo de funcionamento, maior a energia dissipada. Assim, o resistor de $10\,\Omega$ dissipa mais energia.
