FAMERP 2024 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto
Vestibular 2024 · 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
Física Geral — Grandezas e Unidades — Conversão de Unidades
A altitude máxima que um avião comercial pode atingir é estabelecida em torno dos 40 mil pés (cerca de 12,2 km). Esse limite é conhecido como “teto de serviço”. A maioria dos jatos comerciais voa em níveis próximos a esse limite para otimizar a eficiência de consumo de combustível.
(https://noticias.r7.com. Adaptado.)
Na aviação, utiliza-se a unidade pé nas indicações de altitude. Um pé equivale a, aproximadamente,
Em uma cobrança de pênalti, um jogador de futebol chuta a bola em direção ao gol com velocidade média de 108 km/h. A partir do momento em que perde contato com o pé do jogador, a bola demora apenas 0,4 segundos para chegar à linha do gol. Durante esse período, a distância percorrida pela bola foi de
A)15 m.
B)14 m.
C)11 m.
D)10 m.
E)12 m.
Gabarito oficial FMRP2301
E
Resolução comentada
Converta a velocidade para metros por segundo.
$$v=\frac{108}{3{,}6}=30\ \mathrm{m/s}$$
Calcule a distância no intervalo de quatro décimos de segundo.
$$d=vt=30\cdot0{,}4=12\ \mathrm{m}$$
Q63
Mecânica — Estática — Força de Atrito
Uma toalha retangular e homogênea, de comprimento L, está apoiada em um suporte horizontal. As partes da toalha pendentes de cada lado do suporte têm comprimentos $L_1$ e $L_2$, como mostra a imagem. Considere que $L_1 + L_2 = L$.
(www.dmix.com.br. Adaptado.)
Essa toalha permanece em repouso porque
A)o atrito entre a superfície da toalha e a superfície do suporte produz uma força de intensidade maior do que o peso da toalha.
B)o atrito entre a superfície da toalha e a superfície do suporte produz uma força contrária à tendência de movimento, de intensidade suficiente para impedir o deslizamento da toalha.
C)o peso da parte da toalha de comprimento $L_1$ é menor do que a intensidade da força de atrito entre a superfície da toalha e a superfície do suporte.
D)o suporte aplica na toalha uma força normal de intensidade maior do que o peso da toalha.
E)o peso da parte da toalha de comprimento $L_2$ é menor do que a intensidade da força de atrito entre a superfície da toalha e a superfície do suporte.
Gabarito oficial FMRP2301
B
Resolução comentada
A parte pendente mais comprida da toalha tem maior peso e tende a puxar a toalha para esse lado.
O atrito estático da mesa pode equilibrar essa diferença de forças enquanto seu valor não ultrapassar o máximo permitido. Por isso, a toalha pode permanecer em repouso.
Q64
Mecânica — Dinâmica — Conservação e Dissipação de Energia Mecânica
Uma bola de basquetebol, de massa 600 g, é abandonada de uma altura de 1,90 m em relação ao solo. A bola colide com o solo e retorna a uma altura de 1,50 m. Desprezando a resistência com o ar e adotando o valor de $10\text{ m/s}^2$ para a aceleração da gravidade, a energia mecânica dissipada durante a colisão dessa bola com o solo possui valor de
A)3,6 J.
B)1,2 J.
C)2,4 J.
D)7,8 J.
E)9,0 J.
Gabarito oficial FMRP2301
C
Resolução comentada
Nos pontos mais altos antes e depois do choque, a velocidade da bola é nula. A perda de energia corresponde à diferença das energias potenciais.
Uma torneira despeja água à razão constante em um tanque em forma de paralelepípedo, com base plana e horizontal, como mostra a figura.
(www.geogebra.org. Adaptado.)
Sabendo que o nível da água no recipiente sobe à razão de 5,0 cm/min, que a massa específica da água é igual a $1{,}0 \times 10^3\text{ kg/m}^3$ e que aceleração gravitacional no local é $10\text{ m/s}^2$, a taxa com que a pressão hidrostática sobre a base desse recipiente aumenta é
A)$5{,}0 \times 10^2\text{ Pa/min}$.
B)$8{,}0 \times 10^1\text{ Pa/min}$.
C)$2{,}5 \times 10^1\text{ Pa/min}$.
D)$2{,}0 \times 10^2\text{ Pa/min}$.
E)$2{,}5 \times 10^3\text{ Pa/min}$.
Gabarito oficial FMRP2301
A
Resolução comentada
A pressão hidrostática aumenta proporcionalmente à altura da água.
Termologia — Calorimetria — Calorimetria e Potência Térmica
Na cidade de Santos, onde a temperatura de ebulição da água é 100 ºC, um ebulidor eleva a temperatura de 1,0 kg de água de 20 ºC até o ponto de ebulição em 15 minutos, fornecendo calor a uma taxa constante. Já na Cidade do México, esse ebulidor, fornecendo calor à mesma taxa, elevará a temperatura de 1,0 kg de água de 20 ºC até o ponto de ebulição, que agora é de 92 ºC, em
A)12,6 min.
B)12,0 min.
C)10,5 min.
D)13,5 min.
E)11,2 min.
Gabarito oficial FMRP2301
D
Resolução comentada
Com a mesma massa de água e potência, o tempo de aquecimento é proporcional à variação de temperatura.
$$\Delta T_1=100-20=80\ ^\circ\mathrm{C}$$
$$\Delta T_2=92-20=72\ ^\circ\mathrm{C}$$
Compare os tempos nas duas cidades.
$$\frac{t_2}{t_1}=\frac{\Delta T_2}{\Delta T_1}$$
$$t_2=15\frac{72}{80}=13{,}5\ \mathrm{min}$$
Q67
Óptica — Lentes — Lentes Esféricas
Duas lentes convergentes, $L_1$ e $L_2$, fazem parte do sistema óptico de um microscópio, de modo que seus eixos principais são coincidentes. Quando essas duas lentes distam 3d uma da outra, dois raios de luz monocromática fazem os trajetos mostrados na figura, atravessando ambas as lentes.
A relação entre a distância focal $f_1$ da lente $L_1$ e a distância focal $f_2$ da lente $L_2$ é
A)$f_1 = \frac{1}{4}f_2$
B)$f_1 = 4 f_2$
C)$f_1 = f_2$
D)$f_1 = 2 f_2$
E)$f_1 = \frac{1}{2}f_2$
Gabarito oficial FMRP2301
C
Resolução comentada
Na primeira lente, objeto e imagem estão a duas distâncias focais. Como essas distâncias são iguais a 2d, o foco vale d.
$$f_1=d$$
Para a segunda lente, a imagem intermediária está no seu plano focal. Os raios saem paralelos, indicando que sua distância focal também vale d.
$$f_2=d$$
$$f_1=f_2$$
Q68
Ondulatória — MHS — Pêndulo simples
A frequência de oscilação de um pêndulo simples é dada pela expressão $f = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{g}{L}}$, sendo L o comprimento do fio do pêndulo e g a aceleração gravitacional.
Considere um pêndulo simples cujo comprimento do fio seja L e que, ao oscilar livremente, completa 40 oscilações por minuto. Se o comprimento do fio desse pêndulo for quadruplicado, o número de oscilações por minuto que esse pêndulo passará a executar quando oscilar livremente será
A)60.
B)10.
C)80.
D)20.
E)160.
Gabarito oficial FMRP2301
D
Resolução comentada
A frequência do pêndulo é inversamente proporcional à raiz de seu comprimento.
$$f\propto\frac1{\sqrt L}$$
Se o comprimento se torna quatro vezes maior, a frequência fica pela metade.
$$f\prime=\frac f{\sqrt4}=\frac f2$$
Se inicialmente eram quarenta oscilações no intervalo considerado, passam a ser vinte.
Q69
Eletricidade — Eletrodinâmica — Corrente Elétrica
A curva do gráfico, destacada na cor vermelha, representa a corrente elétrica que flui pela bateria de um smartphone, em função do tempo, durante o seu carregamento.
A área sob a curva do gráfico, indicada na cor verde, corresponde à
A)carga elétrica que flui pela bateria.
B)energia elétrica transferida para a bateria.
C)diferença de potencial final da bateria.
D)resistência elétrica da bateria.
E)potência elétrica da bateria.
Gabarito oficial FMRP2301
A
Resolução comentada
A corrente elétrica é a carga que atravessa uma seção por unidade de tempo.
$$\Delta Q=i\Delta t$$
Assim, a área no gráfico corrente vezes tempo representa a quantidade de carga transportada no intervalo indicado.
Q70
Eletromagnetismo — Força Magnética — Força magnética sobre carga móvel
Uma partícula, eletrizada com carga positiva, penetra, com velocidade constante $\vec{v}$ em uma região na qual há um campo magnético uniforme, como mostrado na figura.
Considere que o peso da partícula seja desprezível quando comparado à intensidade da força magnética que passa a atuar sobre ela, após penetrar na região em que há campo magnético.
Em relação ao plano da figura, e para quem olha para ela, a partícula, após penetrar na região em que há campo magnético, descreverá uma trajetória
A)circular sobre o plano e no sentido horário.
B)parabólica sobre o plano e no sentido anti-horário.
C)circular, perpendicular ao plano e saindo da folha.
D)parabólica, perpendicular ao plano e entrando na folha.
E)circular sobre o plano e no sentido anti-horário.
Gabarito oficial FMRP2301
E
Resolução comentada
A força magnética é perpendicular à velocidade e ao campo.
$$\vec F=q\vec v\times\vec B$$
Use o sentido da velocidade, a curvatura da trajetória e o sinal da carga na regra da mão direita. O campo deve ter a orientação que faz a força apontar para o centro da curva.
Q15
Mecânica — Dinâmica — Leis de Newton e Equações da Cinemática
Questão discursiva
Um caminhão é composto por um cavalo mecânico, CM, e dois reboques, $R_1$ e $R_2$, sendo a massa de cada um desses reboques igual a 20 toneladas.
(https://lataoautopecas.com.br. Adaptado.)
Esse caminhão é acelerado em linha reta, a partir do repouso, com aceleração constante de $0{,}80\text{ m/s}^2$, durante 20 segundos.
a)Calcule a velocidade do caminhão, em m/s, e a distância por ele percorrida, em metros, após 20 s do início do movimento.
Respostav = 16 m/s; d = 160 m.
b)Calcule, em newtons, a intensidade da força resultante no reboque $R_2$. Sabendo que a somatória das forças de resistência ao movimento sobre o reboque $R_2$ tem intensidade de 3000 N, calcule, em newtons, a força a ele aplicada pelo reboque $R_1$.
RespostaForça resultante = 16000 N; Força de R1 = 19000 N.
Resolução comentada
a) No movimento acelerado a partir do repouso, calcule velocidade e distância em vinte segundos.
Mecânica — Dinâmica — Impulso, Quantidade de Movimento e Colisões
Questão discursiva
Um veículo A, de massa 3200 kg, percorria um trecho retilíneo, plano e horizontal de uma estrada com velocidade constante $v_A = 10\text{ m/s}$. Um veículo B, de massa 800 kg e com velocidade constante $v_B = 20\text{ m/s}$, se aproximava do veículo A. O condutor do veículo B se distraiu, levando seu veículo a colidir com a traseira do veículo A. Após a colisão, os veículos permaneceram unidos, movendo-se com velocidade de $12\text{ m/s}$ no mesmo sentido de antes da colisão. A imagem ilustra a situação ocorrida.
a)Calcule a quantidade de movimento, em kg·m/s, do veículo A antes da colisão e a intensidade do impulso, em N·s, recebido por esse veículo nessa colisão.
RespostaQA = 32000 kg·m/s; Impulso = 6400 N·s.
b)Calcule a energia cinética do veículo A antes da colisão e o valor absoluto da energia cinética do sistema constituído pelos dois veículos que foi dissipada devido à colisão, ambas em joules.
RespostaEcinA = 160000 J; E dissipada = 32000 J.
Resolução comentada
a) Calcule a quantidade de movimento inicial de A.
$$p_A=3200\cdot10=32\,000\ \mathrm{kg\,m/s}$$
O impulso em A é a variação de sua quantidade de movimento.
$$I_A=3200(12-10)=6400\ \mathrm{N\,s}$$
b) Compare as energias cinéticas antes e depois da colisão.
Termologia — Termodinâmica — Leis da Termodinâmica e Transformações
Questão discursiva
Um grupo de pesquisadores investigava o comportamento de certos materiais em baixas temperaturas, utilizando uma câmara com volume invariável e isolada hermeticamente. Em determinado ensaio, a câmara continha em seu interior 45 mols de ar à pressão de $1{,}0 \times 10^5\text{ Pa}$. A temperatura do ar na câmara, que inicialmente era de 300 K, foi reduzida para 60 K durante o ensaio. Considere o ar como um gás ideal.
a)Sabendo que, nesse ensaio, a energia interna do ar no interior da câmara sofreu uma redução de 225 kJ, calcule, em kJ, o trabalho realizado e a quantidade de calor perdido pelo ar nessa transformação.
RespostaW = 0 kJ; Calor perdido = 225 kJ.
b)Calcule a pressão interna da câmara, em pascals, quando a temperatura se encontrava em 60 K. Calcule o número de mols de ar que deveria ser introduzido na câmara para que a pressão retome seu valor inicial, mas mantendo a temperatura de 60 K.
Respostap = 20000 Pa; 180 mols introduzidos.
Resolução comentada
a) A câmara tem volume constante, portanto o trabalho de expansão é nulo.
$$W=0$$
Pela primeira lei, o calor trocado é igual à variação da energia interna.
$$Q=\Delta U=-225\ \mathrm{kJ}$$
O gás libera 225 kJ de calor.
b) Com a quantidade de gás mantida durante o resfriamento, pressão e temperatura absoluta são proporcionais.
Para restaurar a pressão inicial mantendo volume e temperatura finais, a quantidade de gás precisa aumentar cinco vezes.
$$n_f=5\cdot45=225\ \mathrm{mol}$$
$$\Delta n=225-45=180\ \mathrm{mol}$$
Q18
Óptica — Reflexão e Espelhos — Associação de Espelhos Planos
Questão discursiva
Um objeto O é colocado entre dois espelhos planos, $E_1$ e $E_2$, cujas superfícies refletoras estão paralelas e voltadas uma para a outra, como mostrado na figura 1. Considere que o corpo do objeto não obstrua a luz refletida pelos espelhos e que, em consequência desse fato, infinitas imagens são conjugadas devido a reflexões consecutivas nos espelhos.
Posteriormente, os espelhos são movidos para que o ângulo entre as superfícies refletoras passe a ser de $72^{\circ}$ e o objeto é posicionado no centro dessa configuração, como mostra a vista superior na figura 2.
a)Indique as distâncias e as localizações das duas primeiras imagens conjugadas pelo espelho $E_1$ e as duas primeiras imagens conjugadas pelo espelho $E_2$ na situação mostrada na figura 1 (espelhos paralelos e distâncias nominais 40cm e 30cm do objeto).
RespostaEm E1: Imagem 1 a 40cm, Imagem 2 a 100cm de E1. Em E2: Imagem 1 a 30cm, Imagem 2 a 110cm de E2.
b)Determine o número de imagens conjugadas pelos espelhos na situação mostrada na figura 2. Quantas dessas imagens são conjugações primárias, formadas pela reflexão direta do objeto pelos espelhos e quantas são conjugações secundárias, formadas pela reflexão de outras imagens?
a) Os espelhos estão separados por setenta centímetros. Para E1, as duas primeiras imagens ficam atrás dele nas distâncias:
$$d_{E1,1}=40\ \mathrm{cm}$$
$$d_{E1,2}=70+30=100\ \mathrm{cm}$$
Para E2, as duas primeiras imagens ficam nas distâncias:
$$d_{E2,1}=30\ \mathrm{cm}$$
$$d_{E2,2}=70+40=110\ \mathrm{cm}$$
Cada segunda imagem é obtida refletindo a primeira imagem formada pelo outro espelho.
b) Com os espelhos formando 72°, use a relação para o número de imagens na configuração indicada.
$$N=\frac{360^\circ}{72^\circ}-1=4$$
Como duas imagens já estão indicadas, surgem mais duas.
Q19
Eletricidade — Eletrodinâmica — Associação de Resistores e Energia Elétrica
Questão discursiva
A figura representa o circuito elétrico de uma lanterna constituído por uma bateria ideal de força eletromotriz igual a 12 V, um resistor ôhmico R, quatro LEDs idênticos, $L_1$, $L_2$, $L_3$ e $L_4$, e uma chave interruptora Ch.
(www.hardware.com.br. Adaptado.)
Quando a chave Ch está fechada, cada LED possui uma diferença de potencial de 2,5 V entre seus terminals e é percorrido por uma corrente elétrica de 20 mA.
a)Considerando a chave Ch fechada, calcule a diferença de potencial, em volts, entre os terminais do resistor e a sua resistência elétrica, em ohms.
RespostaTensão no resistor = 2,0 V; R = 100 Ω.
b)Para cada um desses LEDs, calcule a potência de operação, em watts, e a energia consumida, em joules, considerando que a lanterna fique acesa por 5 min.
RespostaPotência = 0,05 W; Energia consumida = 15 J.
Resolução comentada
a) Os quatro LEDs estão em série, cada um com queda de 2,5 V.
$$U_{\mathrm{LEDs}}=4\cdot2{,}5=10\ \mathrm{V}$$
O resistor recebe a diferença entre a tensão da fonte e essa soma.
$$U_R=12-10=2{,}0\ \mathrm{V}$$
$$R=\frac{2{,}0}{0{,}020}=100\ \Omega$$
b) Determine a energia consumida por um LED em cinco minutos.
O potencial elétrico, V, produzido por um objeto puntiforme eletrizado com uma carga elétrica Q a uma distância d desse objeto, pode ser dado pela expressão $V = k\frac{Q}{d}$, sendo k a constante eletrostática, que para o caso do ar adota-se o valor $9{,}0 \times 10^9\text{ N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{C}^{-2}$.
Considere um objeto puntiforme eletrizado que produz um potencial elétrico de $1{,}6 \times 10^{-3}\text{ V}$ a uma distância $d=18\text{ m}$, quando imerso no ar.
a)Calcule, em coulombs, o valor da carga elétrica desse objeto. Sabendo que o valor absoluto da carga de um elétron é $1{,}6 \times 10^{-19}\text{ C}$, calcule o número de elétrons que foram removidos desse objeto para que adquirisse essa carga.
RespostaCarga Q = 3,2×10⁻¹² C; N. de elétrons = 2,0×10⁷.
b)Suponha que esse objeto tenha sua carga alterada e que seja inserido em um meio em que o valor de k é desconhecido. Nesse meio, o objeto produz um potencial elétrico de $6{,}0 \times 10^{-3}\text{ V}$ a uma distância $d=27\text{ m}$. Obtenha o valor do potencial, em volts, produzido por esse objeto, nesse meio, a uma distância $d=9{,}0\text{ m}$.
RespostaPotencial V = 1,8×10⁻² V. O gráfico representa uma hipérbole de ramo decrescente positivo.
Resolução comentada
a) Determine a carga a partir do potencial a dezoito metros.
