FAMERP 2016 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto
Vestibular 2016 · 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 — Cinemática — Velocidade média em trechos
A figura representa um trecho retilíneo, plano e horizontal de uma determinada rodovia que possui duas faixas de rola mento: a da esquerda, cuja velocidade máxima permitida é de 80 km/h, e a da direita, onde é de 60 km/h. Um veículo percorreu um quarto do comprimento desse trecho pela faixa da esquerda, desenvolvendo a velocidade máxima ali permitida. Em seguida, mudou para a faixa da direita e percorreu o restante do trecho com a velocidade máxima permitida nessa faixa. Desconsiderando os intervalos de tempo gastos para a mudança de faixa e para a desaceleração, a velocidade média desenvolvida pelo veículo ao longo desse trecho, em km/h, foi igual a
A)66.
B)62.
C)64.
D)67.
E)68.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
C
Resolução
Se o trecho total é $L$, o tempo é $t=L/(4\cdot80)+3L/(4\cdot60)=L/320+L/80=5L/320$. Assim, $v_m=L/t=64\text{ km/h}$.
Q32
Mecânica — Estática — Torque e equilíbrio
Um vaso de flores de massa total igual a 4,8 kg está pendu rado, em equilíbrio, em um suporte preso a uma parede vertical. O suporte está pendurado em um parafuso preso ao ponto A e apoiado na parede no ponto B, conforme representado na figura. (www.ebanataw.com.br. Adaptado.) Considere g = $10\ \text{m/s}^2$ e que a massa do suporte seja desprezível. O módulo da força horizontal exercida pelo suporte na parede, no ponto B, é igual a
A)60 N.
B)80 N.
C)20 N.
D)40 N.
E)100 N.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
B
Resolução
Em equilíbrio, tomamos torques em torno de A. O peso é $P=4{,}8\cdot10=48\text{ N}$. Usando as distâncias indicadas na figura, o equilíbrio de momentos fornece $F_B=80\text{ N}$.
Q33
Mecânica — Gravitação — Órbita elíptica e velocidade
Cometa e Rosetta atingem ponto mais próximo do Sol O cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e a sonda Rosetta, que o orbita há mais de um ano, chegaram ao ponto de maior aproximação do Sol. O periélio, a cerca de 186 milhões de quilômetros do Sol, foi atingido pelo cometa em agosto de 2015. A partir daí, o cometa começou mais uma órbita oval, que durará 6,5 anos. O afélio da órbita desse cometa está a cerca de 852 milhões de quilômetros do Sol. Espera-se que Rosetta o monitore por, pelo menos, mais um ano. (www.inovacaotecnologica.com.br. Adaptado.) De acordo com as informações, é correto afirmar que
A)o cometa atingirá sua maior distância em relação ao Sol aproximadamente em agosto de 2017.
B)a órbita elíptica do cometa está de acordo com o modelo do movimento planetário proposto por Copérnico.
C)o cometa atingiu sua menor velocidade escalar de translação ao redor do Sol em agosto de 2015.
D)o cometa estava em movimento acelerado entre os meses de janeiro e julho de 2015.
E)a velocidade escalar do cometa será sempre crescente, em módulo, após agosto de 2015.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
D
Resolução
Ao aproximar-se do periélio, a atração solar aumenta a velocidade do cometa. Como o periélio ocorreu em agosto de 2015, entre janeiro e julho ele se aproximava do Sol e estava em movimento acelerado.
Q34
Mecânica — Hidrostática — Massa específica e empuxo
Do alto de uma ponte, um garoto deixa cair um tijolo maciço e impermeável nas águas paradas de um lago. Ao chocar-se contra a superfície da água, o tijolo não se parte e afunda verticalmente, até parar no fundo do lago. À medida que afunda, a densidade do tijolo e o módulo do empuxo exercido pela água sobre ele são, respectivamente,
A)constante e constante.
B)crescente e constante.
C)constante e decrescente.
D)decrescente e constante.
E)constante e crescente.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
A
Resolução
O tijolo é maciço e impermeável, portanto sua massa e seu volume permanecem constantes: a densidade não muda. Totalmente imerso em água de densidade uniforme, o empuxo $E=\rho gV$ também permanece constante.
Q35
Termologia — Calorimetria — Misturas térmicas
Para realizar um experimento no litoral, um cientista precisa de 8 litros de água a 80 ºC. Como não dispõe de um termômetro, decide misturar uma porção de água a 0 ºC com outra a 100 ºC. Ele obtém água a 0 ºC a partir de uma mistura, em equilíbrio térmico, de água líquida com gelo fundente, e água a 100 ºC, a partir de água em ebulição. Considerando que haja troca de calor apenas entre as duas porções de água, os volumes, em litros, de água a 0 ºC e de água a 100 ºC que o cientista deve misturar para obter água a 80 ºC são iguais, respectivamente, a
A)1,6 e 6,4.
B)3,2 e 4,8.
C)4,0 e 4,0.
D)2,4 e 5,6.
E)5,2 e 2,8.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
A
Resolução
No equilíbrio térmico, $m_0c(80-0)=m_{100}c(100-80)$. Logo, $80m_0=20m_{100}$, de modo que $m_{100}=4m_0$. Com total de $8\text{ L}$: $m_0=1{,}6\text{ L}$ e $m_{100}=6{,}4\text{ L}$.
Q36
Óptica — Lentes — Natureza da imagem em lentes
Na figura, um texto é visto através de duas lentes esféricas, 1 e 2. A imagem formada pela lente 1 aparece menor do que o próprio texto e a imagem formada pela lente 2 aparece maior. (http://pontociencia.org.br. Adaptado.) Pela observação da figura, constata-se que a lente 1 é e a imagem por ela formada é e que a lente 2 é e a imagem por ela formada é . Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas apresentadas acima.
A)divergente – real – convergente – real
B)convergente – virtual – convergente – real
C)divergente – virtual – convergente – virtual
D)divergente – virtual – convergente – real
E)convergente – virtual – convergente – virtual
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
C
Resolução
Uma lente divergente, para objeto real, sempre forma imagem virtual, direita e menor: é a lente 1. A lente 2 amplia o texto e o mostra direito, situação de objeto entre foco e lente convergente, formando imagem virtual.
Q37
Ondulatória — Ondas Eletromagnéticas — Micro-ondas e onda estacionária
Um forno de micro-ondas funciona fazendo com que as moléculas de água presentes nos alimentos vibrem, gerando calor. O processo baseia-se nos fenômenos da reflexão e interferência de ondas eletromagnéticas, produzindo ondas estacionárias dentro da cavidade do forno. Considere um forno de micro-ondas cuja cavidade interna tenha 30 cm de largura e que, dentro dele, se estabeleçam ondas estacionárias, conforme representado na figura. Sabendo que a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no ar é de $3\times10^{8}\ \text{m}/\text{s}$, a frequência de vibração das micro-ondas representadas dentro desse forno, em Hz, é igual a
A)$2{,}2\times10^{9}$.
B)$3{,}2\times10^{9}$.
C)$2{,}0\times10^{9}$.
D)$3{,}6\times10^{9}$.
E)$2{,}5\times10^{9}$.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
E
Resolução
Pela figura, a onda estacionária corresponde a comprimento de onda $\lambda=0{,}12\text{ m}$. Então $f=v/\lambda=3\times10^8/0{,}12=2{,}5\times10^9\text{ Hz}$.
Q38
Eletricidade — Eletrostática — Campo elétrico resultante
Uma carga puntiforme Q1, positiva, encontra-se fixa no plano cartesiano indicado na figura. Ela gera um campo elétrico ao seu redor, representado pelos vetores e , nos pontos F e G, respectivamente. Uma segunda carga puntiforme Q2, também positiva, com Q1 = Q2, deve ser fixa no mesmo plano, de maneira que o campo elétrico resultante no ponto P, devido às presenças de Q1 e Q2, seja nulo. Para que se consiga esse efeito, a carga Q2 deve ser fixa no ponto
A)3.
B)4.
C)5.
D)2.
E)1.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
B
Resolução
Para anular o campo em P, $\vec E_2$ deve ter mesmo módulo e sentido oposto ao campo produzido por $Q_1$. Como $Q_2$ é positiva e igual a $Q_1$, ela deve ficar à mesma distância de P no lado oposto: ponto 4.
Q39
Eletricidade — Eletrodinâmica — Associação de resistores
Em uma atividade experimental, um estudante é desafiado a descobrir a resistência elétrica ôhmica do conteúdo de uma caixa que esconde componentes do circuito elétrico representado na figura. Além do conteúdo da caixa, o circuito é constituído por dois resistores ôhmicos, um gerador ideal, um amperímetro ideal e fios de resistência desprezível. O estudante observa que, quando o circuito está em funcionamento, o amperímetro indica 2 A. Considerando essas informações, a resistência equivalente dos resistores associados dentro da caixa é igual a
A)25 Ω.
B)10 Ω.
C)5 Ω.
D)20 Ω.
E)30 Ω.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
D
Resolução
A resistência total é $R_T=U/i=36/2=18\,\Omega$. Retirando o resistor de $6\,\Omega$, o paralelo deve valer $12\,\Omega$. Assim, $1/12=1/R+1/30$, resultando $R=20\,\Omega$.
Q40
Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética — Lei de Lenz
Uma espira condutora e circular está fixa, suspensa por uma haste isolante rígida, na posição representada na figura. Um ímã em forma de cilindro, com seus polos magnéticos norte (N) e sul (S), move-se em linha reta a partir do repouso no ponto A, no instante t0 = 0, até o ponto B, onde para novamente no instante t2. A velocidade máxima do ímã, entre os pontos A e B, é atingida no instante t1. O gráfico indica a velocidade escalar do ímã em função do tempo, entre os instantes t0 e t2. Considerando os sentidos horário e anti-horário indicados na figura, é correto afirmar que, devido ao movimento do ímã, a corrente elétrica induzida na espira circulará
A)no sentido anti-horário entre t0 e t1 e entre t1 e t2.
B)no sentido horário entre t0 e t1 e entre t1 e t2.
C)no sentido horário entre t0 e t1 e no anti-horário entre t1 e t2.
D)no sentido anti-horário entre t0 e t1 e no horário entre t1 e t2.
E)no sentido anti-horário entre t0 e t1 e não haverá corrente induzida entre t1 e t2.
Gabarito oficial / validado para a versão do caderno
A
Resolução
Enquanto o ímã se aproxima da espira, o fluxo magnético através dela varia sempre no mesmo sentido, independentemente de a rapidez estar aumentando ou diminuindo. Pela lei de Lenz, o sentido da corrente induzida permanece anti-horário nos dois intervalos.
Q15
Mecânica — Movimento Circular — Rolamento sem deslizamento
Questão discursiva
Um trator trafega em linha reta por uma superfície plana e horizontal com velocidade escalar constante. Seus pneus, cujas dimensões estão indicadas na figura, rolam sobre a superfície sem escorregar. Sabendo que os pneus dianteiros têm período de rotação igual a 0,4 s, calcule, em hertz, a frequência de rotação:
a)dos pneus dianteiros do trator.
Resposta$2{,}5\text{ Hz}$
b)dos pneus traseiros do trator.
Resposta$1{,}25\text{ Hz}$
Resolução
a) $f=1/T=1/0{,}4=2{,}5\text{ Hz}$. b) Sem deslizamento, $v=2\pi Rf$. Como o diâmetro traseiro é o dobro do dianteiro, sua frequência é a metade: $1{,}25\text{ Hz}$.
Q16
Mecânica — Quantidade de Movimento — Colisão e lançamento oblíquo
Questão discursiva
Em um jogo de bocha, uma bola vermelha de mesma massa que uma bola azul é lançada com velocidade inicial $10\text{ m/s}$ a $37^\circ$ da horizontal. Imediatamente antes de uma colisão frontal, a vermelha tem $3\text{ m/s}$ e a azul está em repouso. Após a colisão, a azul sai com $2\text{ m/s}$. Considere $g=10\text{ m/s}^2$, $\sin37^\circ=0{,}6$ e $\cos37^\circ=0{,}8$.
a)Calcule a velocidade escalar da bola vermelha imediatamente após a colisão.
Resposta$1{,}0\text{ m/s}$
b)Calcule a maior altura atingida pela bola vermelha em sua trajetória parabólica inicial.
Resposta$1{,}8\text{ m}$
Resolução
a) Conservando a quantidade de movimento na colisão: $m\cdot3=m v+ m\cdot2$, então $v=1\text{ m/s}$. b) $v_{0y}=10\cdot0{,}6=6\text{ m/s}$ e $h=v_{0y}^2/(2g)=36/20=1{,}8\text{ m}$.
Q17
Mecânica — Trabalho e Energia — Plano inclinado e mola
Questão discursiva
Uma esfera de 0,4 kg parte do repouso no ponto A, desliza sem rolar sobre a pista indicada e comprime uma mola ideal de constante elástica $100\text{ N/m}$ até parar em C. Considere $\sin37^\circ=0{,}6$, $\cos37^\circ=0{,}8$, $g=10\text{ m/s}^2$ e despreze atritos e resistência do ar.
a)Calcule o módulo da aceleração escalar da esfera no trecho AB.
Resposta$6{,}0\text{ m/s}^2$
b)Calcule a compressão x da mola.
Resposta$0{,}20\text{ m}$
Resolução
a) No trecho inclinado, $a=g\sin37^\circ=6\text{ m/s}^2$. b) A energia inicial é $mgh_A=0{,}4\cdot10\cdot2=8\text{ J}$. Em C restam $mgh_C=6\text{ J}$; os $2\text{ J}$ restantes estão na mola: $kx^2/2=2$, daí $x=0{,}20\text{ m}$.
Q18
Termologia — Gases Ideais — Equação de Clapeyron e consumo de gás
Questão discursiva
Um cilindro de mergulho tem capacidade de 12 L e contém ar comprimido a 200 atm e 27 °C. Um regulador reduz a pressão do ar a 3 atm. Considere o ar ideal, temperatura constante e $R=0{,}08\text{ atm L/(mol K)}$. Em um mergulho, o ar é aspirado a uma vazão média de 5 L/min.
a)Calcule o número de mols de ar no cilindro no início do mergulho.
Resposta$100\text{ mol}$
b)Calcule o tempo de duração do ar dentro do cilindro.
Resposta$160\text{ min}$
Resolução
a) $n=PV/(RT)=200\cdot12/(0{,}08\cdot300)=100\text{ mol}$. b) À pressão de $3\text{ atm}$, esses mols ocupam $V=nRT/P=800\text{ L}$. A $5\text{ L/min}$, o tempo é $800/5=160\text{ min}$.
Q19
Óptica — Refração — Índice de refração e Lei de Snell
Questão discursiva
O diamante tem índice de refração absoluto 2,5 para determinada frequência, enquanto um vidro comum tem índice 1,5. A figura mostra um raio monocromático passando do ar para o diamante; considere $n_{ar}=1{,}0$ e a tabela de senos fornecida.
a)Calcule a relação $v_D/v_V$ entre as velocidades no diamante e no vidro comum.
Resposta$0{,}60$
b)Calcule o ângulo α.
Resposta$11{,}5^\circ$
Resolução
a) Como $v=c/n$, $v_D/v_V=n_V/n_D=1{,}5/2{,}5=0{,}60$. b) Pela lei de Snell, $1\cdot\sin30^\circ=2{,}5\sin\alpha$. Logo, $\sin\alpha=0{,}20$ e, pela tabela, $\alpha=11{,}5^\circ$.
Q20
Eletricidade — Eletrodinâmica — Instalação residencial e consumo
Questão discursiva
A figura representa um trecho de uma instalação elétrica residencial com chuveiro de $220\text{ V}-6600\text{ W}$, ferro de $110\text{ V}-1320\text{ W}$ e duas lâmpadas de $110\text{ V}-55\text{ W}$. Os quatro aparelhos permanecem ligados simultaneamente durante 30 min e $1\text{ kWh}$ custa R$ 0,50.
a)Calcule a intensidade da corrente elétrica total necessária para alimentar os quatro aparelhos.
Resposta$43\text{ A}$, somando as correntes dos quatro receptores.
b)Calcule o valor pago pelo uso simultâneo dos quatro aparelhos.
RespostaR$ 2,01
Resolução
a) As correntes nominais são $6600/220=30\text{ A}$, $1320/110=12\text{ A}$ e $55/110=0{,}5\text{ A}$ em cada lâmpada. Somadas: $43\text{ A}$. b) $P_T=6600+1320+110=8030\text{ W}=8{,}03\text{ kW}$. Em $0{,}5\text{ h}$, $E=4{,}015\text{ kWh}$ e o custo é $4{,}015\cdot0{,}50\approx 2{,}01$ reais.