Eletricidade — Eletrostática — Energia de íon cálcio ao atravessar uma membrana
Entendemos que um dos processos biológicos mais importantes é a permeabilidade seletiva das membranas celulares. Através dele há um controle de quais substâncias entram e saem da célula num dado momento. Considere uma membrana celular com espessura de \(40\,\text{Å}\) através da qual passará um íon cálcio \(\mathrm{Ca}^{+2}\). Considere que entre o meio intracelular e o meio extracelular há um campo elétrico que pode ser considerado uniforme, de intensidade \(12{,}5\times10^6\,\mathrm{N/C}\). Nessas circunstâncias, a variação da energia potencial elétrica do íon ao atravessar a membrana da célula corresponde a
Dados: \(1\,\text{Å}=10^{-10}\,\mathrm m\) e considere a carga elétrica elementar como sendo \(1{,}6\times10^{-19}\,\mathrm C\).
A)\(8\times10^{-19}\,\mathrm{J}\).
B)\(1{,}6\times10^{-20}\,\mathrm{J}\).
C)\(3{,}2\times10^{-20}\,\mathrm{J}\).
D)\(8\times10^{-9}\,\mathrm{J}\).
E)\(1{,}6\times10^{-9}\,\mathrm{J}\).
Gabarito oficial — USF 2018.2 — Medicina — Q08
B
Resolução comentada
A travessia usa a espessura \(d=40\times10^{-10}=4{,}0\times10^{-9}\,\mathrm m\). No modelo do enunciado, o campo uniforme atravessa a membrana, então \(|\Delta V|=Ed=0{,}050\,\mathrm V\).
O íon cálcio tem carga \(q=2e=3{,}2\times10^{-19}\,\mathrm C\). Logo \(|\Delta U|=q|\Delta V|=1{,}6\times10^{-20}\,\mathrm J\). O sinal depende do sentido da travessia em relação ao campo, que o enunciado não especifica.
Alternativa B.
Q09
Óptica — Óptica da visão — Refração no olho e correção da focalização
Os astronautas da Estação Espacial Internacional podem ter encontrado uma maneira de acelerar o processo de criação de medicamentos. Desde os primeiros meses deste ano, eles estão cultivando cristais no espaço com o objetivo de estudar as estruturas de proteínas necessárias para o desenvolvimento de drogas específicas.
Estudos e tecnologias desenvolvidas pelos moradores da Estação não são novidade. Já no século passado, astronautas e cientistas da Nasa e de outras agências espaciais pesquisam e criam soluções que facilitam a vida no espaço e que, consequentemente, ajudam os cidadãos na Terra.
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Quando você olha para um ponto fixo enquanto inclina a cabeça, seus olhos se mantêm firmes automaticamente – e isso é possível devido à gravidade. Para investigar como a microgravidade do espaço afeta a visão dos astronautas, cientistas fizeram uma série de experimentos que durou cerca de dez anos. Eles mediram os movimentos oculares dos passageiros da Estação Espacial com a ajuda de um dispositivo criado especificamente para esse rastreamento. Paralelamente ao seu uso no espaço, os pesquisadores notaram que o aparelho poderia ser utilizado na Terra. Isso porque os movimentos automáticos oculares de pacientes afetam o trabalho do médico em processos cirúrgicos a laser. Assim, os rastreadores desenvolvidos foram essenciais para o posicionamento correto do raio laser em cirurgias corretivas de visão.
Sobre os conceitos físicos relacionados à vida dos astronautas em viagem no espaço sideral, e os benefícios das pesquisas para a vida humana na Terra, marque a alternativa correta.
A)Quando uma nave espacial atravessa a atmosfera terrestre, abandonando o nosso planeta, a força gravitacional terrestre deixa de existir.
B)A aceleração da gravidade num ponto próximo a um corpo celeste depende apenas da distância desse ponto até o centro da do corpo celeste, suposto esférico.
C)As cirurgias corretivas de visão mencionadas utilizam ondas mecânicas de alta frequência que auxiliam na condução do bisturi utilizado pelo médico durante o processo.
D)Os defeitos de visão corrigidos com lentes esféricas, como a miopia e a hipermetropia, são decorrentes de um formato não esférico do globo ocular, e a aplicação do laser visa corrigir a esfericidade do nosso olho.
E)Quando o processo refrativo da luz ocorre no globo ocular, a luz sofre diversos desvios até atingir a retina, e a cirurgia a laser auxiliará a condução dos raios luminosos até essa camada mais interna do olho.
Gabarito oficial — USF 2018.2 — Medicina — Q09
E
Resolução comentada
A gravidade continua atuando fora da atmosfera. Para um corpo esférico, \(g=GM/r^2\) depende também da massa. O laser é radiação eletromagnética, e miopia e hipermetropia podem ocorrer por incompatibilidade entre o comprimento axial do olho e sua potência óptica.
A luz sofre refração nas interfaces ópticas do olho. Em uma correção refrativa a laser, a remodelagem da córnea altera sua potência óptica para que os raios sejam focalizados sobre a retina. É nesse sentido que a alternativa E descreve a correção.
Alternativa E.
Q10
Mecânica — Trabalho e energia — Área de captação solar com dois estágios de eficiência
A energia solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica. A energia fotovoltaica (energia solar elétrica) é hoje a fonte de energia limpa que mais cresce no mundo. Ela usa materiais semicondutores como o silício cristalino para converter a luz solar em energia fotovoltaica. Para ela ser aproveitada e gerar energia elétrica, para residências, empresas e indústrias, as células fotovoltaicas precisam ser montadas dentro de um painel solar, visando à proteção e à durabilidade. Esse painel solar será conectado a outros painéis em um sistema solar fotovoltaico, o qual é composto por painéis solares, inversor solar, sistema de fixação das placas solares, cabeamentos, conectores, entre outros materiais elétricos.
Em uma cidade brasileira, a incidência solar média diária corresponde a \(200\,\mathrm{W/m^2}\). Qual deverá ser a área necessária coberta por células fotovoltaicas com eficiência de conversão de \(15\%\), que alimentam uma usina elétrica de \(40\%\) de eficiência e com uma produção de \(900\,\mathrm{MW}\)?
A)\(4{,}5\,\mathrm{km^2}\).
B)\(9{,}0\,\mathrm{km^2}\).
C)\(11{,}25\,\mathrm{km^2}\).
D)\(37{,}5\,\mathrm{km^2}\).
E)\(75\,\mathrm{km^2}\).
Gabarito oficial — USF 2018.2 — Medicina — Q10
E
Resolução comentada
Cada metro quadrado recebe em média \(200\,\mathrm W\). Após a conversão fotovoltaica e a etapa da usina, cada metro quadrado entrega \(200\cdot0{,}15\cdot0{,}40=12\,\mathrm W\). Como as etapas são sucessivas, os rendimentos se multiplicam.
Para gerar \(900\times10^6\,\mathrm W\), a área é \(A=(900\times10^6)/12=75\times10^6\,\mathrm{m^2}=75\,\mathrm{km^2}\).
