FAMERP 2015 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto
Vestibular 2015 · Prova de Conhecimentos Gerais, questões de Física (Q31–Q40), mais 6 questões discursivas de Física da Prova de Conhecimentos Específicos — resolução comentada Método TEF.
Q31
Mecânica — Hidrodinâmica — Vazão volumétrica
Lavar a louça, por 15 minutos, com a torneira meio aberta, consome 120 litros de água. (http://site.sabesp.com.br) Na situação descrita, o volume aproximado de água que flui pela torneira por unidade de tempo, em unidades pertencentes ao Sistema Internacional de Unidades (SI), é
A)$8{,}00\times10^{-3}\ \text{m}^3/\text{s}$.
B)$1{,}33\times10^{-2}\ \text{m}^3/\text{min}$.
C)$8{,}00\times10\ \text{cm}^3/\text{s}$.
D)$1{,}33\times10^{-4}\ \text{m}^3/\text{s}$.
E)$1{,}33\times10^{2}\ \text{cm}^3/\text{min}$.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
Mecânica — Cinemática — Velocidade média em percurso
Um candidato sai de sua residência para prestar vestibular pretendendo percorrer a distância total até o local da prova em uma hora, conduzindo seu automóvel com velocidade média de 60 km/h. Após percorrer os primeiros 10 km do percurso em 10 minutos, percebe que esqueceu o documento de identificação e retorna para apanhá-lo. Sua mãe o espera no portão com o documento. Desprezando-se o tempo para receber o documento e manobrar o carro, para que esse candidato consiga chegar ao local da prova no horário previsto anteriormente, ele deverá desenvolver no percurso de retorno à sua casa e ida até o local da prova uma velocidade média, em km/h, igual a
A)78.
B)84.
C)90.
D)98.
E)72.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
B
Resolução
O percurso original mede $60\text{ km}$. Após $10\text{ min}$, o candidato está a $10\text{ km}$ de casa e restam $50\text{ min}$ para o horário previsto. Ele ainda deve percorrer $10+60=70\text{ km}$; portanto, $v_m=70/(50/60)=84\text{ km/h}$.
Q33
Mecânica — Quantidade de Movimento — Impulso em colisão
Uma bola de tênis, de massa 60 g, se chocou com uma parede vertical. O gráfico representa a força, em função do tempo, exercida pela parede sobre a bola, no qual FM é o valor médio da força no intervalo de tempo entre 0 s e 0,02 s. F (N) F = 114 M 0 0,01 0,02 t (s) Sabendo que a velocidade da bola, imediatamente antes da colisão, era perpendicular à superfície da parede com valor 20 m/s e que, após a colisão, continua perpendicular à parede, é correto afirmar que a velocidade da bola, em m/s, imediatamente após a colisão foi
A)24.
B)20.
C)18.
D)38.
E)15.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
C
Resolução
O impulso da parede é $I=F_m\Delta t=114\cdot0{,}02=2{,}28\text{ N s}$. Tomando positivo o sentido de afastamento da parede, $p_i=-0{,}060\cdot20=-1{,}20$ e $p_f=p_i+I=1{,}08\text{ kg m/s}$. Logo, $v_f=1{,}08/0{,}060=18\text{ m/s}$.
Q34
Mecânica — Gravitação — Leis de Kepler e período orbital
Atualmente, a Lua afasta-se da Terra a uma razão média aproximada de 4 cm/ano. Considerando as Leis de Kepler, é correto concluir que o período de
A)rotação da Lua não se altera.
B)rotação da Lua está diminuindo.
C)translação da Lua ao redor da Terra não se altera.
D)translação da Lua ao redor da Terra está aumentando.
E)translação da Lua ao redor da Terra está diminuindo.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
D
Resolução
Pela terceira lei de Kepler, $T^2\propto r^3$. Como a distância média Terra–Lua aumenta, o período orbital da Lua também aumenta.
Q35
Mecânica — Trabalho e Energia — Potência e energia
O conceito de energia é de fundamental importância na física do corpo humano. Todas as suas atividades, incluindo o pensamento, envolvem trocas de energia. Mesmo em repouso, o corpo humano continua gastando energia, com uma potência da ordem de 102 W, na manutenção do funcionamento de seus órgãos, tecidos e células. Cerca de 25% dessa energia é usada pelo esqueleto e pelo coração, 20% pelo cérebro, 10% pelos rins e 27% pelo fígado e pelo baço. (Emico Okuno et al. Física para ciências biológicas e biomédicas. Adaptado.) De acordo com os dados do texto, durante o repouso, a quantidade de energia, em joules, utilizada pelo cérebro em um período de 8,0 horas é, aproximadamente,
A)$5{,}76\times10^{5}$.
B)$5{,}76\times10^{3}$.
C)$2{,}88\times10^{6}$.
D)$9{,}60\times10^{5}$.
E)$2{,}88\times10^{4}$.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
A
Resolução
O cérebro usa cerca de $20\%$ de $100\text{ W}$, isto é, $20\text{ W}$. Em $8\text{ h}=28800\text{ s}$, $E=Pt=20\cdot28800=5{,}76\times10^5\text{ J}$.
Q36
Termologia — Dilatação Térmica — Dilatação de cavidades
À temperatura de 20 oC, uma arruela (disco metálico com um orifício central) tem raio externo R e raio interno r. Elevando-se igualmente a temperatura de todas as partes da arruela de um valor ∆θ, o raio externo dilata-se de um valor ∆R e o raio interno dilata-se de
A)$(R-r)\,\Delta R$
B)$(R+r)\,\Delta R$
C)$\dfrac{r}{R}\,\Delta R$
D)$\Delta R$
E)$\dfrac{R}{r}\,\Delta R$
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
C
Resolução
Todos os comprimentos de uma peça homogênea variam na mesma proporção: $\Delta R/R=\Delta r/r$. Portanto, $\Delta r=(r/R)\Delta R$.
Q37
Ondulatória — Acústica — Ressonância
A figura mostra um diapasão, instrumento metálico que, ao ser golpeado, emite ondas sonoras com frequência correspondente a determinada nota musical. (www.ciencias.seed.pr.gov.br) Quando se aproxima um diapasão vibrando das cordas de um instrumento afinado, a corda correspondente à nota emitida pelo diapasão passa a vibrar com a mesma frequência. Esse fato é explicado pelo fenômeno de
A)ressonância.
B)difração.
C)interferência.
D)dispersão.
E)reverberação.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
A
Resolução
A corda cuja frequência natural coincide com a frequência do diapasão recebe energia de modo eficiente e passa a oscilar com grande amplitude. O fenômeno é a ressonância.
Q38
Óptica — Refração — Lei de Snell e índices de refração
A tabela mostra os índices de refração absolutos de diversos líquidos e tipos de vidro para a luz amarela do sódio. índice de índice de líquido vidro refração refração água 1,33 crown 1,52 etanol 1,36 flint leve 1,58 glicerina 1,47 flint médio 1,62 benzeno 1,50 flint denso 1,66 (Hugh D. Young e Roger A. Freedman. Física IV: ótica e física moderna, 2008. Adaptado.) Considere que um raio de luz amarela propaga-se inicialmente em um dos líquidos indicados na tabela e passa a se propagar em um dos vidros também indicados na tabela. líquido vidro O maior ângulo de refração que o raio de luz forma com a normal ao penetrar no vidro, após nele incidir com um dado ângulo θ, tal que 0o < θ < 90o, ocorre quando os meios são
A)glicerina e vidro flint leve.
B)água e vidro crown.
C)água e vidro flint denso.
D)etanol e vidro flint médio.
E)benzeno e vidro crown.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
E
Resolução
Para o mesmo ângulo de incidência, Snell fornece $n_1\sin i=n_2\sin r$. O maior $r$ ocorre para a maior razão $n_1/n_2$: benzeno/crown, $1{,}50/1{,}52$.
Q39
Eletricidade — Eletrostática — Potencial elétrico e energia
A figura mostra esquematicamente um tubo de raios catódicos, no qual os elétrons são emitidos pelo cátodo e lançados no sentido da tela pelos eletrodos aceleradores. eletrodos cátodo aceleradores tela placas vácuo deflectoras (Bruce H. Mahan. Química: um curso universitário. Adaptado.) Suponha que um elétron, cuja massa e módulo da carga elétrica valem, respectivamente, $9{,}1\times10^{-31}\ \text{kg}$ e $1{,}6\times10^{-19}\ \text{C}$, penetre entre os eletrodos aceleradores com velocidade desprezível e saia com velocidade de $4{,}0\times10^{7}\ \text{m}/\text{s}$. Nessa situação, é correto afirmar que a diferença de potencial, em volts, entre os eletrodos aceleradores é, em valor absoluto, próxima de
A)$5{,}7\times10^{12}$.
B)$6{,}4\times10^{8}$.
C)$1{,}5\times10^{2}$.
D)$1{,}8\times10^{11}$.
E)$4{,}6\times10^{3}$.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
E
Resolução
A energia elétrica convertida em cinética é $|q|\Delta V=\Delta K$. Como a velocidade inicial é desprezível, $\Delta V=mv^2/(2|q|)\approx4{,}6\times10^3\text{ V}$.
Q40
Eletromagnetismo — Campo Magnético — Solenoide e polaridade
A figura mostra um solenoide colocado sobre uma superfície horizontal, ligado a uma bateria, e visto de cima para baixo. O campo magnético gerado por esse solenoide será semelhante ao de um ímã em forma de barra, também sobre uma superfície horizontal e visto de cima para baixo, corretamente representado por
A)ímã vertical, com N acima e S abaixo.
B)ímã horizontal, com S à esquerda e N à direita.
C)ímã horizontal, com N à esquerda e S à direita.
D)ímã vertical, com S acima e N abaixo.
E)ímã inclinado, com S na extremidade inferior esquerda e N na superior direita.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
C
Resolução
Aplicando a regra da mão direita ao sentido da corrente nas espiras, o campo no interior do solenoide aponta para a extremidade que funciona como polo norte. A orientação correspondente é a da alternativa C.
Q15
Mecânica — Dinâmica — Plano inclinado com atrito e resistência do ar
Questão discursiva
Uma esquiadora de massa 80 kg, incluindo todo o equipamento, desce com velocidade constante por uma rampa plana e inclinada que forma com a horizontal um ângulo θ, em um local em que a aceleração da gravidade vale 10 m/s². Considere que existe resistência do ar, que o coeficiente de atrito dinâmico entre os esquis e a neve é igual a 0,10 e que sen θ = 0,6 e cos θ = 0,8.
a)Na figura inserida no campo de Resolução e Resposta, represente as forças que atuam no conjunto esquiadora mais equipamento.
RespostaPeso, normal, atrito cinético e resistência do ar.
b)Calcule o valor da força de resistência do ar, em newtons, que age sobre o conjunto durante o movimento.
Resposta$416\text{ N}$
Resolução
a) Atuam o peso $P=mg$, a normal $N$, o atrito cinético $f=\mu N$ e a resistência do ar, ambas as resistências paralelas à rampa e para cima. b) Como a velocidade é constante, a resultante ao longo da rampa é nula. $N=mg\cos\theta=80\cdot10\cdot0{,}8=640\text{ N}$ e $f=0{,}10\cdot640=64\text{ N}$. A componente do peso na descida é $mg\sin\theta=480\text{ N}$. Logo, $F_{ar}=480-64=416\text{ N}$.
Q16
Mecânica — Dinâmica — Mola vertical e conservação de energia
Questão discursiva
Uma mola helicoidal de massa desprezível e comprimento 20 cm é presa de modo que seu eixo longitudinal fique na direção vertical. Quando se prende na mola um objeto de massa 100 g, ela se deforma até que seu comprimento atinja 25 cm. Considere a aceleração da gravidade igual a 10 m/s².
a)Calcule a constante elástica da mola, em N/m.
Resposta$20\text{ N/m}$
b)Suponha que o objeto seja elevado até a altura em que o comprimento da mola volta a ser 20 cm e, em seguida, solto a partir do repouso. Determine a energia cinética do objeto, em joules, no instante em que passa pelo ponto em que o comprimento da mola é de 25 cm. Despreze qualquer perda de energia mecânica.
Resposta$2{,}5\times10^{-2}\text{ J}$
Resolução
a) No equilíbrio, $kx=mg$. Com $x=0{,}05\text{ m}$ e $m=0{,}10\text{ kg}$, $k=1/0{,}05=20\text{ N/m}$. b) Da posição natural até $x=0{,}05\text{ m}$, a gravidade fornece $mgx=0{,}05\text{ J}$ e a mola armazena $kx^2/2=0{,}025\text{ J}$. A diferença é a energia cinética: $K=0{,}025\text{ J}$.
Q17
Mecânica — Hidrostática — Flutuação e mistura de líquidos
Questão discursiva
Um bloco de parafina em forma de paralelepípedo, maciço e homogêneo, é colocado em um recipiente contendo 800 cm³ de água; ambos em equilíbrio térmico. Observa-se que o bloco flutua com 10% de seu volume acima da superfície da água.
a)Determine a massa específica da parafina, em g/cm³, sabendo que a massa específica da água é 1,0 g/cm³.
Resposta$0{,}90\text{ g/cm}^3$
b)Que volume de álcool, em cm³, deve ser misturado à água do recipiente para que o topo do bloco passe a coincidir com a superfície do líquido? A massa específica do álcool é 0,80 g/cm³.
Resposta$800\text{ cm}^3$
Resolução
a) Flutuando com $90\%$ do volume imerso, $\rho_pVg=\rho_a(0{,}9V)g$, então $\rho_p=0{,}90\text{ g/cm}^3$. b) Para ficar totalmente imerso e em equilíbrio, a mistura deve ter densidade $0{,}90$. Assim, $(800\cdot1{,}0+0{,}80V)/(800+V)=0{,}90$, resultando $V=800\text{ cm}^3$.
Q18
Óptica — Lentes — Equação de Gauss e deslocamento da lente
Questão discursiva
Um objeto luminoso é colocado a 60 cm de uma lente delgada convergente e observa-se uma imagem nítida desse objeto projetada em um anteparo distante 120 cm da lente, como mostra a figura 1. Em seguida, o objeto é deslocado 20 cm, aproximando-o da lente, e a imagem no anteparo deixa de ser nítida. Para que se retome a nitidez da imagem, é necessário afastar a lente do objeto, como mostra a figura 2.
a)Calcule a distância focal da lente, em cm.
Resposta$40\text{ cm}$
b)Calcule a distância, em cm, que se deve deslocar a lente de sua posição inicial para que a imagem do objeto projetada no anteparo volte a ser nítida.
Resposta$40\text{ cm}$
Resolução
a) $1/f=1/60+1/120$, portanto $f=40\text{ cm}$. b) Após o objeto avançar $20\text{ cm}$, a separação objeto–anteparo passa a $160\text{ cm}$. Se a lente se desloca $x$ para longe do objeto, $p=40+x$ e $q=120-x$. Com $1/40=1/p+1/q$, obtém-se $(40+x)(120-x)=6400$, isto é, $(x-40)^2=0$. Logo, $x=40\text{ cm}$.
Q19
Termologia — Calorimetria — Equilíbrio térmico em etapas
Questão discursiva
Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, contendo 500 g de água a 80 °C, coloca-se um bloco de concreto de 500 g, a 20 °C. Considere o calor específico da água igual a 1,0 cal/(g·°C), o do concreto igual a 0,20 cal/(g·°C) e despreze perdas de calor para o ambiente.
a)Calcule a temperatura de equilíbrio térmico, em °C.
Resposta$70^\circ\text{C}$
b)Que quantidade de água, a 95 °C, deve ser colocada no calorímetro para que a temperatura final volte a ser de 80 °C?
Resposta$400\text{ g}$
Resolução
a) $500(80-T)=500\cdot0{,}20(T-20)$, resultando $T=70^\circ\text{C}$. b) Para elevar água e concreto de $70$ a $80^\circ\text{C}$ são necessários $500\cdot1\cdot10+500\cdot0{,}20\cdot10=6000\text{ cal}$. A água a $95^\circ\text{C}$ fornece $m\cdot15$; assim, $m=400\text{ g}$.
Q20
Eletricidade — Eletrodinâmica — Associação de lâmpadas e potência
Questão discursiva
Um eletricista recebeu a incumbência de decorar uma residência para as comemorações de final de ano, utilizando 200 pequenas lâmpadas idênticas de potência nominal (3 W – 12 V) cada uma e ligadas a uma rede elétrica de 120 V. As lâmpadas devem ser associadas em grupos iguais para que funcionem de acordo com suas especificações.
a)Esquematize o circuito elétrico que deve ser montado pelo eletricista. Indique quantas lâmpadas há em cada grupo e como são associadas. Indique também como os grupos são associados para serem ligados à rede elétrica.
Resposta20 ramos em paralelo, cada ramo com 10 lâmpadas em série.
b)Calcule a intensidade da corrente elétrica total no circuito, em ampères, considerando desprezíveis as perdas de energia elétrica.
Resposta$5{,}0\text{ A}$
Resolução
a) Cada lâmpada deve receber $12\text{ V}$; em $120\text{ V}$ são necessárias 10 lâmpadas em série por ramo. Com 200 lâmpadas, formam-se 20 ramos iguais, associados em paralelo. b) A potência total é $200\cdot3=600\text{ W}$; então $I=P/U=600/120=5{,}0\text{ A}$.
