FAMERP 2020 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto
Vestibular 2020 · Prova de Conhecimentos Gerais, questões de Física (Q61-70), mais 6 questões discursivas de Física da Prova de Conhecimentos Específicos — resolução comentada Método TEF.
Dados da prova
Nas questões de Física, quando necessário, utilize:
aceleração da gravidade: $g = 10\,m/s^2$
Q61
Mecânica — Cinemática — Velocidade Média
Existem várias versões do Caminho de Santiago, que são trajetos percorridos anualmente por milhares de peregrinos que se dirigem à cidade de Santiago de Compostela, na Espanha, com a finalidade de venerar o apóstolo Santiago Maior. Considere que uma pessoa percorreu um desses caminhos em 32 dias, andando a distância total de 800 km e caminhando com velocidade média de $3{,}0\text{ km/h}$. O tempo que essa pessoa caminhou por dia, em média, foi de
Em um local em que a aceleração gravitacional vale $10\text{ m/s}^2$, uma pessoa eleva um objeto de peso 400 N por meio de uma roldana fixa, conforme mostra a figura, utilizando uma corda que suporta, no máximo, uma tração igual a 520 N.
(https://brasilescola.uol.com.br.)
A máxima aceleração que a pessoa pode imprimir ao objeto durante a subida, sem que a corda se rompa, é
A)$6{,}0\text{ m/s}^2$.
B)$13\text{ m/s}^2$.
C)$8{,}0\text{ m/s}^2$.
D)$2{,}0\text{ m/s}^2$.
E)$3{,}0\text{ m/s}^2$.
Gabarito oficial FMRP1901
E
Resolução comentada
Determine a massa pelo peso informado.
$$m=\frac Pg=\frac{400}{10}=40\ \mathrm{kg}$$
Na subida acelerada, a tração supera o peso. Use a tração máxima do fio.
Mecânica — Quantidade de Movimento — Colisões e Conservações
Um automóvel trafegava com velocidade constante por uma avenida plana e horizontal quando foi atingido na traseira por outro automóvel, que trafegava na mesma direção e sentido, também com velocidade constante. Após a colisão, os automóveis ficaram unidos e passaram a se mover com a mesma velocidade.
Sendo $E_{INICIAL}$ e $E_{FINAL}$, respectivamente, a soma das energias cinéticas dos automóveis imediatamente antes e imediatamente depois da colisão, e $Q_{INICIAL}$ e $Q_{FINAL}$, respectivamente, a soma dos módulos das quantidades de movimento dos automóveis imediatamente antes e imediatamente depois da colisão, pode-se afirmar que:
A)$E_{INICIAL} > E_{FINAL}$ e $Q_{INICIAL} \lt Q_{FINAL}$
B)$E_{INICIAL} > E_{FINAL}$ e $Q_{INICIAL} > Q_{FINAL}$
C)$E_{INICIAL} > E_{FINAL}$ e $Q_{INICIAL} = Q_{FINAL}$
D)$E_{INICIAL} = E_{FINAL}$ e $Q_{INICIAL} > Q_{FINAL}$
E)$E_{INICIAL} = E_{FINAL}$ e $Q_{INICIAL} = Q_{FINAL}$
Gabarito oficial FMRP1901
C
Resolução comentada
Após o choque, os corpos permanecem juntos: a colisão é perfeitamente inelástica.
Durante o intervalo do choque, desprezando o impulso externo, a quantidade de movimento total se conserva.
$$\vec p_i=\vec p_f$$
Parte da energia cinética se transforma em deformação, calor e som. Por isso, a energia cinética final é menor que a inicial.
$$K_f<K_i$$
Q64
Mecânica — Gravitação — Satélites e Órbitas
Um satélite geoestacionário é aquele que se encontra parado em relação a um ponto sobre a superfície da Terra. Se a Terra fosse perfeitamente esférica, com distribuição homogênea de massa, esses pontos só poderiam estar no plano que contém a Linha do Equador terrestre. Na realidade, os satélites geoestacionários encontram-se sobre pontos ligeiramente fora desse plano. Para colocar um satélite estacionário em órbita ao redor de outro astro, como a Lua ou Marte, considerando-os perfeitamente esféricos e com distribuição homogênea de massa, o raio da órbita do satélite dependerá apenas
A)do período de rotação do astro e da massa do satélite.
B)da massa e do raio do astro e da massa do satélite.
C)do raio e do período de rotação do astro e da massa do satélite.
D)da massa e do período de rotação do astro.
E)da massa e do raio do astro.
Gabarito oficial FMRP1901
D
Resolução comentada
Para permanecer estacionário em relação à superfície, o satélite precisa ter o mesmo período e sentido de rotação do planeta e orbitar no plano equatorial.
Na órbita circular, a gravidade fornece a resultante centrípeta.
$$\frac{GMm}{R^2}=m\omega^2R$$
Use a relação entre velocidade angular e período.
$$\omega=\frac{2\pi}{T}$$
$$R^3=\frac{GMT^2}{4\pi^2}$$
Assim, o raio orbital é determinado pelo período de rotação e pela massa do planeta.
Q65
Termologia — Gases Ideais — Equação de Clapeyron: Gases Ideais
A oxigenoterapia hiperbárica é uma modalidade terapêutica na qual o paciente respira oxigênio puro (100%), enquanto é submetido a uma pressão cerca de 2 a 3 vezes a pressão atmosférica ao nível do mar, no interior de uma câmara hiperbárica. Essa terapia provoca um aumento espetacular na quantidade de oxigênio transportado pelo sangue, na ordem de 20 vezes o volume que circula em indivíduos que estão respirando ar ao nível do mar, o que produzirá no paciente uma série de efeitos de interesse terapêutico. A câmara hiperbárica consiste em um equipamento médico fechado, resistente à pressão, geralmente de formato cilíndrico, construído de aço ou acrílico e que pode ser pressurizado com ar comprimido ou oxigênio puro. (https://sbmh.com.br. Adaptado.)
Considere que o ar se comporta como um gás ideal, que o ar no interior da câmara hiperbárica esteja à pressão atmosférica, que o volume da câmara hiperbárica não se altere e que a temperatura no seu interior não varie. O número de mols de ar que devem ser injetados na câmara, em relação à quantidade existente inicialmente ($n_0$), para produzir no interior da câmara uma pressão igual a 2,8 vezes a pressão atmosférica é
A)$1{,}8n_0$
B)$3{,}8n_0$
C)$1{,}4n_0$
D)$0{,}9n_0$
E)$2{,}4n_0$
Gabarito oficial FMRP1901
A
Resolução comentada
Na equação dos gases, volume e temperatura permanecem constantes.
$$PV=nRT$$
$$P\propto n$$
Se a pressão final é 2,8 vezes a inicial, a quantidade final de gás também é 2,8 vezes a inicial.
$$n_f=2{,}8n_0$$
Subtraia a quantidade que já estava no recipiente.
$$\Delta n=n_f-n_0=1{,}8n_0$$
Q66
Termologia — Calorimetria — Troca de Calor e Equilíbrio Térmico
Colocou-se certa massa de água a $80^{\circ}\text{C}$ em um recipiente de alumínio de massa 420 g que estava à temperatura de $20^{\circ}\text{C}$. Após certo tempo, a temperatura do conjunto atingiu o equilíbrio em $70^{\circ}\text{C}$. Considerando que a troca de calor ocorreu apenas entre a água e o recipiente, que não houve perda de calor para o ambiente e que os calores específicos do alumínio e da água sejam, respectivamente, iguais a $9{,}0 \times 10^2\text{ J/(kg}\cdot^{\circ}\text{C)}$ e $4{,}2 \times 10^3\text{ J/(kg}\cdot^{\circ}\text{C)}$, a quantidade de água colocada no recipiente foi
A)220 g.
B)450 g.
C)330 g.
D)520 g.
E)280 g.
Gabarito oficial FMRP1901
B
Resolução comentada
O calor cedido pela água é igual ao recebido pelo alumínio. Use massas em quilogramas, compatíveis com os calores específicos fornecidos.
No dia 20 de junho de 1969, o ser humano caminhou pela primeira vez na superfície lunar. Em uma das fotos registradas nesse dia pode-se ver uma imagem direita e menor formada pela superfície convexa do visor do capacete do astronauta Edwin Aldrin, que funciona como um espelho.
(www.correiobraziliense.com.br.)
Essa imagem é
A)real e o objeto se encontra além do centro de curvatura do espelho.
B)virtual e independe da localização do objeto.
C)virtual e o objeto se encontra entre o espelho e seu foco principal.
D)real e o objeto se encontra entre o espelho e seu foco principal.
E)real e independe da localização do objeto.
Gabarito oficial FMRP1901
B
Resolução comentada
Para um objeto real diante de espelho convexo, os raios refletidos divergem. Seus prolongamentos se cruzam atrás do espelho.
A imagem é virtual, direita e reduzida. Ela não pode ser projetada diretamente em um anteparo.
Q68
Ondulatória — Acústica — Acústica e Propriedades da Onda Sonora
Nos equipamentos eletrônicos que emitem ondas sonoras, geralmente, há um dispositivo que permite controlar o volume do som.
(https://cidadeazulnoticias.com.br.)
Quando mudamos o volume do som, necessariamente, altera-se, na onda sonora emitida,
A)o período.
B)o comprimento de onda.
C)a frequência.
D)o timbre.
E)a amplitude.
Gabarito oficial FMRP1901
E
Resolução comentada
A intensidade sonora está relacionada à amplitude das oscilações: maior amplitude corresponde a maior intensidade.
A frequência determina se o som é grave ou agudo. O timbre permite distinguir fontes diferentes e não corresponde ao volume sonoro.
Q69
Eletricidade — Eletrostática — Campo Elétrico Uniforme e Capacitores
Nas Ciências, muitas vezes, se inicia o estudo de um problema fazendo uma aproximação simplificada. Um desses casos é o estudo do comportamento da membrana celular devido à distribuição do excesso de íons positivos e negativos em torno dela. A figura mostra a visão geral de uma célula e a analogia entre o modelo biológico e o modelo físico, o qual corresponde a duas placas planas e paralelas, eletrizadas com cargas elétricas de tipos opostos.
(http://bioquimica.org.br. Adaptado.)
Com base no modelo físico, considera-se que o campo elétrico no interior da membrana celular tem sentido para
A)fora da célula, com intensidade crescente de dentro para fora da célula.
B)dentro da célula, com intensidade crescente de fora para dentro da célula.
C)dentro da célula, com intensidade crescente de dentro para fora da célula.
D)fora da célula, com intensidade constante.
E)dentro da célula, com intensidade constante.
Gabarito oficial FMRP1901
E
Resolução comentada
No modelo de placas paralelas, o campo elétrico é uniforme entre as placas, desprezando efeitos de borda.
O campo aponta da placa positiva para a negativa. Na figura, isso corresponde ao sentido para dentro da célula, com intensidade constante.
Q70
Eletricidade — Eletrodinâmica — Gráfico U x i e Potência Elétrica
O gráfico mostra a intensidade da corrente elétrica que percorre o filamento de uma pequena lâmpada incandescente em função da diferença de potencial aplicada entre seus terminais.
A potência elétrica dissipada pelo filamento dessa lâmpada, quando ele é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 0,4 A, é
A)5,00 W.
B)0,68 W.
C)3,20 W.
D)0,20 W.
E)0,80 W.
Gabarito oficial FMRP1901
E
Resolução comentada
Leia no gráfico a tensão correspondente à corrente de 0,4 A.
$$U=2{,}0\ \mathrm{V}$$
Calcule a potência nesse ponto de funcionamento.
$$P=Ui$$
$$P=2{,}0\cdot0{,}4=0{,}80\ \mathrm{W}$$
A leitura do gráfico é necessária porque a resistência não é constante.
Q15
Mecânica — Cinemática — Interpretação Gráfica e Encontro de Móveis
Questão discursiva
Em uma estrada, no instante em que um automóvel partiu do repouso de uma cabine de pedágio com cobrança manual, um ônibus passou pela cabine eletrônica com velocidade de $10\text{ m/s}$. O gráfico mostra as variações das velocidades dos veículos, em função do tempo, a partir desse instante.
a)Calcule a aceleração do ônibus, em $\text{m/s}^2$, entre os instantes zero e dez segundos. Considerando a origem das posições na cabine de pedágio, escreva a equação horária do movimento do ônibus, em unidades do SI, para esse mesmo intervalo de tempo.
Mecânica — Hidrostática — Empuxo de Fluídos e Balão Estático
Questão discursiva
Durante uma festa infantil, em um local em que a aceleração gravitacional é igual a $10\text{ m/s}^2$, um balão de gás, de volume $3{,}0 \times 10^{-3}\text{ m}^3$ e peso $3{,}3 \times 10^{-2}\text{ N}$, escapou da mão de uma criança e atingiu o teto da sala, onde ficou em equilíbrio estático.
a)Determine a massa do balão, em kg, e a sua densidade, em $\text{kg/m}^3$.
RespostaMassa = 3,3×10⁻³ kg; Densidade = 1,1 kg/m³.
b)Considerando a densidade do ar igual a $1{,}3\text{ kg/m}^3$, calcule a intensidade da força, em newtons, que o teto exerce sobre o balão.
Mecânica — Dinâmica — Dinâmica de Conservações e Trabalho da Força Dissipativa
Questão discursiva
Um brinquedo existente em parques de diversão consiste em um elevador no qual as pessoas ficam sentadas e são elevadas até determinada altura, no ponto A. Em certo instante, o elevador é solto, a partir do repouso, e despenca numa queda brusca, atingindo sua máxima velocidade ao passar pelo ponto P.
Considere que a aceleração gravitacional seja igual a $10\text{ m/s}^2$, que a massa total do elevador e das pessoas que nele estão seja 400 kg, que a energia potencial gravitacional do elevador no ponto A, em relação ao ponto P, seja $3{,}2 \times 10^5\text{ J}$ e que o elevador passe pelo ponto P com energia cinética igual a $1{,}8 \times 10^5\text{ J}$.
a)Calcule a altura do ponto A, em metros e em relação ao ponto P. Calcule a velocidade do elevador ao passar pelo ponto P, em m/s.
RespostaAltura h = 80 m; Velocidade P = 30 m/s.
b)Sabendo que 20 m abaixo do ponto A o elevador tinha energia cinética de $5{,}0 \times 10^4\text{ J}$, calcule a intensidade média da resultante das forças de resistência, em newtons, que atuaram sobre o elevador nesse trecho do movimento.
RespostaForça de Resistência Média = 1500 N.
Resolução comentada
a) Determine a altura inicial pela energia potencial.
Termologia — Termometria — Conversões Termométricas e Dilatações
Questão discursiva
Um termômetro de mercúrio está graduado na escala Celsius ($^{\circ}\text{C}$) e numa escala hipotética, denominada Rio-pretense ($^{\circ}\text{RP}$). A temperatura de $20^{\circ}\text{C}$ corresponde a $40^{\circ}\text{RP}$.
a)Sabendo que a variação de temperatura de $1{,}0^{\circ}\text{C}$ corresponde a uma variação de $1{,}5^{\circ}\text{RP}$ calcule a indicação equivalente a $100^{\circ}\text{C}$ na escala Rio-pretense.
RespostaTemperatura T_RP = 160 °RP.
b)Considere que haja $1{,}0\text{ cm}^3$ de mercúrio no interior desse termômetro quando a temperatura é $0^{\circ}\text{C}$, que a área da seção transversal do capilar do termômetro seja $1{,}2 \times 10^{-3}\text{ cm}^2$ e que o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio seja $1{,}8 \times 10^{-4}\text{ }^{\circ}\text{C}^{-1}$. Calcule a variação do volume do mercúrio, em $\text{cm}^3$, entre $0^{\circ}\text{C}$ e $20^{\circ}\text{C}$. Calcule a distância, em centímetros, entre as indicações $0^{\circ}\text{C}$ e $20^{\circ}\text{C}$ nesse termômetro, desprezando a dilatação do vidro.
RespostaVariação vol. = 3,6×10⁻³ cm³; Distância H = 3,0 cm.
Resolução comentada
a) A escala RP aumenta 1,5 unidade para cada grau Celsius, tomando 20 °C como referência de 40 °RP.
Óptica — Refração — Refração Plana Pragmática e Reflexão Total
Questão discursiva
A figura mostra um raio de luz monocromática que se propaga por um meio A, incide na superfície de separação desse meio com um meio B, a atravessa e passa a se propagar pelo meio B. Em seguida, incide na superfície de separação entre o meio B e um meio C. As linhas tracejadas indicam as retas normais às superfícies de separação dos meios, nos pontos de incidência do raio de luz.
Os índices de refração absolutos dos meios B e C valem, respectivamente, $n_B = 2{,}00$ e $n_C = 1{,}50$. Considere $\text{sen } 30^{\circ} = 0{,}50$, $\text{sen } 45^{\circ} = 0{,}71$, $\text{sen } 49^{\circ} = 0{,}75$ e $\text{sen } 60^{\circ} = 0{,}87$.
a)Calcule o índice de refração absoluto do meio A.
RespostaÍndice do meio A: $n_A=2{,}84$.
b)Determine o que ocorre com o raio de luz após atingir a superfície de separação entre o meio B e o meio C. Justifique sua resposta.
RespostaSofrerá Reflexão Total internamente. Pois atinge o alvo com ângulo de 60 graus cujo sen=0,87, e é maior que o ângulo Limite com sen(L) = 0,75.
Resolução comentada
a) Na interface A–B, o ângulo de incidência medido da normal é 30°, e o refratado é 45°.
$$n_A\sin30^\circ=n_B\sin45^\circ$$
$$n_A=\frac{2{,}00\cdot0{,}71}{0{,}50}=2{,}84$$
b) Para a passagem de B para C, calcule o ângulo limite.
A incidência de 60° supera o ângulo limite; ocorre reflexão total, com ângulo de reflexão de 60° e sem raio refratado em C.
Q20
Eletromagnetismo — Força Magnética — Carga em campos elétrico e magnético
Questão discursiva
A figura mostra uma partícula q, com carga elétrica positiva de $3{,}2 \times 10^{-19}\text{ C}$, no instante em que passa pelo ponto P, deslocando-se em movimento retilíneo e uniforme, paralelamente ao eixo x, com velocidade $5{,}0 \times 10^4\text{ m/s}$. Nessa região, existe um campo elétrico e um campo magnético, ambos uniformes e perpendiculares entre si.
No ponto P, a força que atua sobre a partícula, em função da ação do campo elétrico, tem intensidade $1{,}6 \times 10^{-14}\text{ N}$, na direção e no sentido positivo do eixo y. Despreze a ação do campo gravitacional e de possíveis forças de resistência.
a)Com base no referencial da figura, determine a direção, o sentido e a intensidade, em newtons por coulomb, do vetor $\vec{E}$, que representa o campo elétrico no ponto P.
RespostaIntensidade Campo Elétrico = 5,0×10⁴ N/C. Direção paralela ao eixo y e sentido positivo (+y).
b)Com base no referencial da figura, determine a direção, o sentido e a intensidade, em teslas, do vetor $\vec{B}$, que representa o campo magnético no ponto P.
RespostaCampo Magnético B = 1,0 T. Direção paralela ao eixo z e sentido positivo (+z).
Resolução comentada
a) Como a carga é positiva, o campo tem o sentido da força elétrica: direção do eixo y e sentido positivo.
