FAMERP 2023 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto
Vestibular 2023 · 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:
A dimensão de certa grandeza física, em termos de comprimento [L], massa [M] e tempo [T], é dada por $[L][M][T]^{-2}$. Essa grandeza tem dimensão de
A)energia.
B)quantidade de movimento.
C)pressão.
D)torque.
E)força.
Gabarito oficial FMRP2201
E
Resolução comentada
Pela segunda lei de Newton, a dimensão da força é massa multiplicada por aceleração.
$$F=ma$$
$$[F]=M\cdot LT^{-2}=LMT^{-2}$$
A expressão dimensional apresentada corresponde à força.
Q62
Mecânica — Cinemática — Velocidade Angular Média
A figura mostra as diversas possibilidades de rotação de um braço robótico.
(https://professor.ufop.br)
Suponha que apenas a pinça desse braço girou e realizou uma rotação de $90^{\circ}$ em um intervalo de tempo $0{,}50\text{ s}$. A velocidade angular média dessa rotação foi de
A)$\pi\text{ rad/s}$.
B)$2\pi\text{ rad/s}$.
C)$8\pi\text{ rad/s}$.
D)$4\pi\text{ rad/s}$.
E)$6\pi\text{ rad/s}$.
Gabarito oficial FMRP2201
A
Resolução comentada
Converta o deslocamento de noventa graus para radianos.
A figura 1 mostra um objeto de peso 5,0 N preso, por meio de um fio que passa por uma roldana, a uma das extremidades de uma mola que tem a outra extremidade presa, por meio de outro fio, a uma parede vertical, situação na qual essa mola se distende 10,0 cm. A figura 2 mostra dois objetos, cada um com peso igual a 5,0 N, presos às extremidades opostas dessa mesma mola por meio de dois fios que passam por duas roldanas.
Sabendo que as massas da mola e dos fios são desprezíveis, que nas duas situações os sistemas encontram-se em equilíbrio e que o eixo longitudinal da mola encontra-se na direção horizontal, na situação mostrada na figura 2, essa mola distende-se
A)20,0 cm.
B)10,0 cm.
C)5,0 cm.
D)7,5 cm.
E)15,0 cm.
Gabarito oficial FMRP2201
B
Resolução comentada
Na primeira montagem, a mola é tracionada por uma força de cinco newtons; a parede equilibra essa tração.
Na segunda, duas forças opostas de cinco newtons mantêm a mesma tração. Elas não somam dez newtons de força elástica.
Como a força de tração é a mesma, a deformação permanece igual à da primeira situação: dez centímetros.
Q64
Mecânica — Trabalho e energia — Teorema do Trabalho e Conservação
Um bloco de dimensões desprezíveis, inicialmente em repouso no ponto X, desce por uma superfície inclinada perfeitamente lisa de uma rampa. Ao abandonar a rampa no ponto Y, o bloco passa a se deslocar por outra superfície, horizontal e áspera, até parar no ponto Z devido ao atrito.
Os valores das energias cinética e potencial gravitacional, respectivamente, do bloco no ponto X são $E_{CX}$ e $U_X$ e no ponto Y são $E_{CY}$ e $U_Y$. Considerando $U_Y = 0$, o módulo do trabalho realizado pela força de atrito sobre o bloco no trecho YZ é igual a
A)$E_{CY} - U_X$
B)$2U_X$
C)$E_{CX}$
D)$E_{CY} + U_X$
E)$U_X$
Gabarito oficial FMRP2201
D
Resolução comentada
No trecho sem atrito até Y, a energia mecânica é conservada.
$$K_Y=K_X+U_X$$
No trecho seguinte, o atrito retira a energia cinética até o corpo parar.
$$W_{\mathrm{at}}=-K_Y$$
$$\lvert W_{\mathrm{at}}\rvert=K_X+U_X$$
Não se deve igualar esse módulo apenas à energia potencial inicial se o corpo já tinha energia cinética em X.
Q65
Mecânica — Hidrostática — Princípio de Arquimedes e Densidade
Após ver uma maçã flutuando na água, um garoto ficou curioso para saber a densidade dessa maçã. Não dispondo de uma balança, colocou 400 mL de água em um recipiente graduado, pôs a maçã na água e verificou que o volume indicado passou a ser 520 mL. Em seguida, afundou totalmente a maçã na água do recipiente e o volume indicado foi 550 mL. A partir desses dados, e sabendo que a densidade da água é $1{,}0\text{ g/mL}$, o garoto calculou a densidade da maçã obtendo o valor de
A)$0{,}75\text{ g/mL}$.
B)$0{,}85\text{ g/mL}$.
C)$0{,}80\text{ g/mL}$.
D)$0{,}70\text{ g/mL}$.
E)$0{,}90\text{ g/mL}$.
Gabarito oficial FMRP2201
C
Resolução comentada
Na flutuação, o peso da maçã é igual ao peso da água deslocada.
Termologia — Calorimetria — Troca de Calor e Mudança de Fase
Na internet, encontra-se a informação que para gelar 20 garrafas de refrigerante são necessários 10 kg de gelo. Considere que as temperaturas iniciais do gelo e das garrafas sejam, respectivamente, 0 ºC e 25 ºC, que todo o gelo se funda e que a temperatura final de equilíbrio seja 0 ºC. Sabendo que todo o calor cedido pelo gelo foi absorvido pelas garrafas e que o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g, a capacidade térmica de cada garrafa de refrigerante é
A)$3200\text{ cal/}^{\circ}\text{C}$.
B)$40000\text{ cal/}^{\circ}\text{C}$.
C)$1200\text{ cal/}^{\circ}\text{C}$.
D)$1600\text{ cal/}^{\circ}\text{C}$.
E)$32000\text{ cal/}^{\circ}\text{C}$.
Gabarito oficial FMRP2201
D
Resolução comentada
O calor cedido pelas vinte garrafas fornece a energia para fundir dez quilogramas de gelo.
Óptica — Refração — Refração em Lâminas de Faces Paralelas
A figura mostra a trajetória de um raio de luz monocromática ao atravessar uma lâmina de faces paralelas imersa em um meio homogêneo e transparente, sendo que o raio emergente é paralelo ao raio incidente.
Considerando os vidros de uma janela como lâminas de faces paralelas, ao se observar um objeto através desses vidros, vê-se que o objeto aparenta estar
A)em sua posição original e com maior tamanho.
B)deslocado de sua posição original e com menor tamanho.
C)deslocado de sua posição original e com maior tamanho.
D)em sua posição original e com menor tamanho.
E)deslocado de sua posição original e com mesmo tamanho.
Gabarito oficial FMRP2201
E
Resolução comentada
A luz sofre refração ao entrar na lâmina e novamente ao sair dela.
Como as faces são paralelas e os meios externos são iguais, o raio emergente é paralelo ao incidente. Na incidência oblíqua, há deslocamento lateral.
Q68
Ondas — Fenômenos ondulatórios — Propagação e Superposição de Pulsos
Dois pulsos se propagam em sentidos opostos em uma corda homogênea, conforme mostra a figura.
Antes de se superporem, os valores da velocidade de propagação e da amplitude do pulso à esquerda na figura são, respectivamente, $v_A$ e $A_A$. Depois do intervalo de tempo em que ocorre a superposição, esse mesmo pulso estará se propagando com velocidade $v_D$ e amplitude $A_D$ tais que
A)$v_A = v_D$ e $A_A = A_D$
B)$v_A > v_D$ e $A_A \lt A_D$
C)$v_A > v_D$ e $A_A = A_D$
D)$v_A \lt v_D$ e $A_A > A_D$
E)$v_A = v_D$ e $A_A > A_D$
Gabarito oficial FMRP2201
A
Resolução comentada
Durante a superposição, os deslocamentos dos pulsos se somam. Depois do cruzamento, cada pulso continua a se propagar com suas características iniciais no modelo de corda linear.
A velocidade depende da tração e da densidade linear do meio.
$$v=\sqrt{\frac T\mu}$$
Assim, o pulso identificado antes e depois mantém sua velocidade e amplitude.
$$v_A=v_D$$
$$A_A=A_D$$
Q69
Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência Elétrica
O carregador de certo equipamento eletrônico tem gravado em seu corpo as seguintes informações:
Entrada: 220 V / 0,50 A
Saída: 20 V / 5,0 A
A diferença entre a potência de entrada e a potência de saída desse carregador durante seu funcionamento é
A)50 W.
B)10 W.
C)25 W.
D)4,5 W.
E)200 W.
Gabarito oficial FMRP2201
B
Resolução comentada
Calcule as potências de entrada e de saída do carregador.
A diferença representa a potência não entregue à carga.
$$P_{\mathrm{perda}}=110-100=10\ \mathrm{W}$$
Q70
Física moderna — Física quântica — Modelo de Bohr
No modelo do átomo de hidrogênio proposto por Bohr, os elétrons só podem ocupar certos estados estacionários e a energia de cada um desses estados é dada, em elétron-volts (eV) por $E_n = -\frac{13{,}6}{n^2}$, sendo n o número quântico principal do estado considerado. Apenas ao passar de um estado para outro o elétron absorve ou emite uma quantidade de energia que corresponde à diferença entre as energias desses dois estados.
Nesse modelo, quando um elétron faz uma transição do estado $n = 2$ para o estado $n = 3$ ele absorve uma quantidade de energia que é de, aproximadamente,
A)2,72 eV.
B)4,53 eV.
C)3,40 eV.
D)1,89 eV.
E)1,51 eV.
Gabarito oficial FMRP2201
D
Resolução comentada
Calcule a energia de cada nível pela expressão fornecida.
Termologia — Gases — Termodinâmica e Teoria Cinética dos Gases
Questão discursiva
As moléculas de um gás ideal estão em constante movimento, o que causa sucessivas colisões entre elas. A energia cinética média dessas moléculas é dada por $E_c = \frac{3}{2}k \cdot T$, sendo T a temperatura do gás e k a constante de Boltzmann, cujo valor é $1{,}4 \times 10^{-23}\text{ J/K}$.
a)Considere que as moléculas de certa massa de gás ideal se desloquem com velocidade escalar média de $1{,}2 \times 10^3\text{ m/s}$ e que, durante esse movimento, a distância média que cada molécula percorre antes de colidir com outra molécula do gás seja $6{,}0 \times 10^{-7}\text{ m}$. Calcule o intervalo de tempo médio, em segundos, entre duas colisões sucessivas de uma molécula do gás e o número médio de colisões que essa molécula efetua em 5,0 segundos.
b)Considere que a energia cinética média das moléculas de outra massa de gás ideal seja $2{,}1 \times 10^{-20}\text{ J}$ e que a massa de cada uma dessas moléculas seja $4{,}2 \times 10^{-26}\text{ kg}$. Calcule a temperatura, em kelvins, dessa massa de gás e a velocidade, em m/s, de uma molécula do gás que tenha energia cinética igual à energia cinética média das moléculas desse gás.
RespostaTemperatura = 1000 K; Velocidade = 1000 m/s.
Resolução comentada
a) Determine o tempo médio entre colisões pela distância e rapidez fornecidas.
Mecânica — Gravitação — Leis de Newton e Campo Gravitacional
Questão discursiva
Um asteroide de massa $8{,}0 \times 10^8\text{ kg}$ descreve uma trajetória elíptica em torno do Sol, como mostrado na figura, sendo A o ponto mais afastado do Sol e P o ponto mais próximo.
a)Sabendo que a força que o Sol exerce sobre o asteroide quando este se encontra no ponto P é $4{,}0 \times 10^{18}\text{ N}$, determine a aceleração do asteroide, em $\text{m/s}^2$, quando ele se encontra nesse ponto e a força, em newtons, que o Sol exerce sobre o asteroide quando este se encontra no ponto A.
b)Considere um sistema formado apenas por esse asteroide e por um objeto de massa 2,0 kg próximo à sua superfície. Sabendo que o asteroide, de formato esférico, possui raio de 40 m e que a constante de gravitação universal vale $6{,}6 \times 10^{-11}\text{ N}\cdot\text{m}^2\text{/kg}^2$, calcule a aceleração gravitacional, em $\text{m/s}^2$, e o peso do objeto, em newtons, na superfície do asteroide.
RespostaAceleração grav. = 3,3×10⁻⁵ m/s²; Peso do obj. = 6,6×10⁻⁵ N.
Resolução comentada
a) Divida a força no periélio pela massa do asteroide.
Termologia — Transmissão de calor — Transmissão de Calor e Dilatação Térmica
Questão discursiva
Uma barra cilíndrica de alumínio tem, à temperatura de 0 ºC, comprimento L = 50 cm e área da seção transversal $A = 5{,}0\text{ cm}^2$. Essa barra é mantida com uma das bases à temperatura constante $\theta_0 = 0^{\circ}\text{C}$ e a outra base à temperatura constante $\theta_1 = 100^{\circ}\text{C}$.
a)O fluxo de calor por condução, ou seja, a quantidade de calor transferida por unidade de tempo, através dessa barra, obedece à expressão: $\Phi = k \frac{A \cdot (\theta_1 - \theta_0)}{L}$, sendo k o coeficiente de condutibilidade térmica que, para o alumínio, vale $0{,}50\text{ cal/(s}\cdot\text{cm}\cdot^{\circ}\text{C)}$. Calcule o fluxo de calor por condução, em cal/s através dessa barra e a quantidade de calor, em calorias, que flui de uma base à outra da barra em 1,0 minuto.
b)Considerando que a área da base do cilindro à temperatura de $100^{\circ}\text{C}$ está $2{,}20 \times 10^{-2}\text{ cm}^2$ maior do que a área da outra base, que está à temperatura de $0^{\circ}\text{C}$, calcule os coeficientes de dilatação superficial e linear do alumínio, em $^{\circ}\text{C}^{-1}$.
Uma fonte emite um feixe de luz que incide na superfície plana de separação de dois meios, 1 e 2, formando ângulo de $30^{\circ}$ com a reta normal à superfície de separação dos meios. Parte do feixe sofre reflexão e parte sofre refração, como mostrado na figura.
a)Determine o valor do ângulo de reflexão, $\theta$, em graus, e a distância d da imagem da fonte até a superfície de separação dos dois meios, em centímetros, justificando suas respostas com base nas leis da reflexão da luz e na formação de imagens.
Respostaθ = 30°; d = 80 cm.
b)Sabendo que a velocidade de propagação da luz no vácuo é $300\ 000\text{ km/s}$, que o índice de refração absoluto do meio 1 é 1,0, que $\text{sen } 30^{\circ} = 0{,}50$ e que $\text{sen } \delta = 0{,}20$, calcule o índice de refração absoluto do meio 2 e a velocidade de propagação da luz, em km/s, nesse meio.
RespostaÍndice n2 = 2,5; Velocidade v = 120 000 km/s.
Resolução comentada
a) Pela lei da reflexão, o ângulo refletido é igual ao de incidência.
$$\theta=30^\circ$$
A imagem refletida fica à mesma distância atrás da superfície que a fonte fica à frente.
$$d=80\ \mathrm{cm}$$
b) Aplique a lei de Snell com os senos fornecidos.
Ondas — Acústica — Acústica e Frequências de Cordas Fixas
Questão discursiva
A figura mostra uma onda estacionária na corda X de um instrumento musical. Essa corda está fixa nas extremidades A e B.
a)Considerando que a velocidade de propagação das ondas nessa corda seja $90\text{ m/s}$, determine o comprimento de onda, em centímetros, e a frequência, em hertz, da onda representada na figura.
RespostaComprimento de onda: $\lambda=30\ \mathrm{cm}$; frequência: $f=300\ \mathrm{Hz}$.
b)Outra corda, Y, desse instrumento possui densidade linear de massa (massa por unidade de comprimento) $\mu_Y = 6{,}0\text{ g/m}$ e nela as ondas se propagam com velocidade v. Em outra corda, Z, as ondas se propagam com velocidade $v_Z = 2v_Y$. Supondo que todas as cordas desse instrumento estejam submetidas à mesma tração T e tenham o mesmo comprimento entre as extremidades fixas, e sabendo que a velocidade de propagação das ondas em uma corda é dada por $v = \sqrt{\frac{T}{\mu}}$, calcule, em g/m, a densidade linear de massa $\mu_Z$ da corda Z e a massa, em gramas, do segmento dessa corda entre as duas extremidades fixas.
RespostaDensidade µ_z = 1,5 g/m; Massa M_z = 0,9 g.
Resolução comentada
a) A figura contém quatro fusos. Cada fuso corresponde a meio comprimento de onda.
Eletromagnetismo — Força magnética — Carga em campos elétrico e magnético
Questão discursiva
Uma partícula de massa $4{,}0 \times 10^{-9}\text{ kg}$, eletrizada com carga $2{,}0 \times 10^{-9}\text{ C}$ desloca-se com velocidade constante de $500\text{ m/s}$ por uma região na qual existe um campo elétrico uniforme. A velocidade da partícula tem direção horizontal e está contida no plano determinado pelos eixos x e y do referencial mostrado na figura.
a)Considerando que, inicialmente, essa partícula esteja sujeita apenas às ações do campo gravitacional e do campo elétrico e que $g = 10\text{ m/s}^2$, calcule a intensidade da força elétrica, em newtons, que atua sobre essa partícula e determine, usando o referencial da figura, a direção e o sentido dessa força, justificando sua resposta com base nas leis de Newton.
RespostaForça elétrica = 4,0×10⁻⁸ N. Direção paralela ao eixo z e sentido positivo (+z).
b)Ao se aplicar um campo magnético nessa região, a partícula passa a realizar um movimento circular e uniforme, de raio igual a 0,50 m e com velocidade de módulo $500\text{ m/s}$, no plano determinado pelos eixos x e y do referencial mostrado na figura. Calcule, em teslas, a intensidade do campo magnético aplicado. Apresente, usando o referencial da figura, a direção desse campo, justificando sua resposta com base nas leis de Newton e em uma regra prática que determine essa direção.
RespostaCampo Magnético = 2000 T. Direção paralela ao eixo z.
Resolução comentada
a) A velocidade é constante; portanto, a resultante de forças é nula. A força elétrica equilibra o peso e aponta para o sentido positivo do eixo z.
Para manter a trajetória no plano xy, o campo magnético é perpendicular a esse plano, paralelo ao eixo z. A força é orientada pela regra da mão direita para a carga positiva.
