Nas questões de Física, quando necessário, utilize:
aceleração da gravidade: $g = 10\,m/s^2$
Q51
Mecânica — Lançamento Oblíquo (Arremesso de Peso)
Em atletismo, na prova de arremesso de peso, o atleta deve lançar obliquamente uma esfera metálica posicionando-a próxima do ombro e apenas empurrando-a, sem girar o corpo. A esfera lançada descreve, então, um movimento curvilíneo, subindo em movimento retardado e descendo em movimento acelerado, conforme a figura.
(https://esporte3215.wordpress.com. Adaptado.)
Desprezando a resistência do ar, desde o instante em que a esfera perde contato com a mão do atleta até o instante imediatamente antes de a esfera tocar o solo, sobre a esfera
A)atuam duas forças, e a aceleração vetorial da esfera é vertical para baixo, na subida e na descida.
B)só atua uma força, e a aceleração vetorial da esfera é vertical para baixo, na subida, e vertical para cima, na descida.
C)só atua uma força, e a aceleração vetorial da esfera é vertical para baixo, na subida e na descida.
D)só atua uma força, e a aceleração vetorial da esfera é vertical para cima, na subida, e vertical para baixo, na descida.
E)atuam duas forças, e a aceleração vetorial da esfera é vertical para cima, na subida, e vertical para baixo, na descida.
Gabarito oficial FABC2402
C
Resolução
Após o objeto ser lançado e deixar a mão do atleta, a única força que age sobre ele é a força gravitacional (o peso), desde que se despreze a resistência do ar. Isso elimina todas as alternativas que mencionam "duas forças" (A e E).
Como a única força é o peso — sempre vertical e apontando para baixo —, a aceleração resultante é também sempre vertical e para baixo, em qualquer ponto da trajetória: na subida, no ponto mais alto e na descida. A velocidade muda de direção ao longo da trajetória (de inclinada para cima na subida, para inclinada para baixo na descida), mas a aceleração permanece sempre a mesma: $\vec{g}$, com módulo $10\,m/s^2$ e direção vertical para baixo. Resposta C.
Q52
Mecânica — Polias Acopladas por Correia (Frequência)
A figura mostra um dispositivo formado por três polias, 1, 2 e 3, de raios $R_1$, $R_2$ e $R_3$, uma correia e uma lâmpada. As polias 1 e 2 são acopladas por uma correia inextensível e as polias 2 e 3 estão fixas em um mesmo eixo e giram solidárias. Na periferia da polia 3 há cinco pontos de contato com uma lâmpada, de modo que, enquanto o dispositivo gira, a lâmpada pisca com uma frequência constante.
Sabendo que $R_2 = 3R_1$ e que não há deslizamento entre a correia e as polias, se a polia 1 girar com frequência constante de 2,4 Hz, a lâmpada piscará com frequência de
A)4,0 Hz.
B)4,8 Hz.
C)3,2 Hz.
D)0,8 Hz.
E)6,0 Hz.
Gabarito oficial FABC2402
A
Resolução
A correia que liga as polias 1 e 2 tem a mesma velocidade linear nos dois pontos de contato: $v = \omega_1 R_1 = \omega_2 R_2$. Como $R_2 = 3R_1$, temos $\omega_2 = \omega_1/3$, e portanto $f_2 = f_1/3 = 2{,}4/3 = 0{,}8$ Hz.
As polias 2 e 3 são solidárias (mesmo eixo), logo $f_3 = f_2 = 0{,}8$ Hz: o disco dá 0,8 volta por segundo. Cada volta completa faz as 5 marcas passarem pelo sensor. A frequência de detecção é, portanto, $f_{sensor} = 5 \times f_3 = 5 \times 0{,}8 = 4{,}0$ Hz. Resposta A.
Q53
Dinâmica — Segunda Lei de Newton (Sentido do Movimento)
A figura mostra um mesmo corpo, apoiado sobre uma superfície plana e horizontal, em três situações diferentes.
Considerando que, nessas três situações, as forças indicadas são as únicas forças que atuam nesse corpo na direção horizontal e que cada situação representa o corpo em determinado instante de tempo, esse corpo pode estar se movimentando para a esquerda
A)nas três situações.
B)na situação 1, apenas.
C)nas situações 1 e 2, apenas.
D)nas situações 1 e 3, apenas.
E)nas situações 2 e 3, apenas.
Gabarito oficial FABC2402
A
Resolução
A chave desta questão é distinguir a direção da força resultante (que determina a aceleração) da direção da velocidade (que determina o sentido do movimento em dado instante). A Segunda Lei de Newton relaciona força e aceleração — não força e velocidade.
Situação 1 — resultante de 20 N para a esquerda: o corpo acelera para a esquerda. Pode estar se movendo para a esquerda (acelerando) ou para a direita (desacelerando). Movimento para a esquerda: possível.
Situação 2 — forças se anulam, resultante nula: o corpo está em equilíbrio (MRU ou repouso). Se tinha velocidade para a esquerda, continuará se movendo para a esquerda com velocidade constante. Movimento para a esquerda: possível.
Situação 3 — resultante de 20 N para a direita: o corpo acelera para a direita. Pode ter sido lançado para a esquerda e estar desacelerando — está se movendo para a esquerda, mas com velocidade diminuindo. Movimento para a esquerda: possível.
Portanto, nas três situações é possível que o corpo esteja se movendo para a esquerda. Resposta A.
Q54
Gravitação — Lei da Gravitação Universal (Força entre Satélites e Terra)
Considere dois satélites artificiais idênticos que descrevem órbitas circulares em torno da Terra. O primeiro deles está a uma distância $d_1$ do centro do planeta e está submetido a uma força de atração gravitacional de intensidade $F_1 = F$. O segundo está a uma distância $d_2 = 3d_1$ do centro do planeta e está submetido a uma força de atração gravitacional de intensidade $F_2$. O gráfico representa a variação da força gravitacional $F_g$ em função da distância $d$ entre os satélites e o centro da Terra.
A diferença $F_1 - F_2$ tem intensidade:
A)$2F$
B)$\dfrac{F}{9}$
C)$\dfrac{2F}{3}$
D)$8F$
E)$\dfrac{8F}{9}$
Gabarito oficial FABC2402
E
Resolução
Pela Lei da Gravitação Universal, $F = G\dfrac{Mm}{d^2}$, a força gravitacional varia com o inverso do quadrado da distância. A força sobre o satélite 1 (a distância $d_1$) é $F_1 = F$.
A força sobre o satélite 2 (a distância $3d_1$) é: $F_2 = G\dfrac{Mm}{(3d_1)^2} = G\dfrac{Mm}{9d_1^2} = \dfrac{F}{9}$.
A diferença entre as intensidades é: $F_1 - F_2 = F - \dfrac{F}{9} = \dfrac{9F - F}{9} = \dfrac{8F}{9}$. Resposta E.
Q55
Hidrostática — Empuxo e Flutuação (Pinguim sobre Gelo)
O pinguim-imperador é o mais alto e o mais pesado dos animais da sua espécie. Considere que um desses animais esteja flutuando sobre um bloco de gelo de volume 0,3 m³, de modo que esse bloco esteja totalmente submerso, com o nível da água rasante à sua superfície superior plana e horizontal, conforme a figura.
Considerando a densidade da água líquida 1000 kg/m³ e a densidade do gelo 900 kg/m³, a massa desse pinguim é de
A)25 kg.
B)30 kg.
C)15 kg.
D)20 kg.
E)40 kg.
Gabarito oficial FABC2402
B
Resolução
Quando o bloco está totalmente submerso e em equilíbrio (sem afundar), o empuxo é igual ao peso total do sistema gelo + pinguim.
Empuxo: $E = \rho_{água}\cdot V_{total}\cdot g = 1000 \times 0{,}3 \times g = 300\,g$ N.
Peso do gelo: $P_{gelo} = \rho_{gelo}\cdot V\cdot g = 900 \times 0{,}3 \times g = 270\,g$ N.
Condição de equilíbrio: $E = P_{gelo} + P_{pinguim}$, portanto $300\,g = 270\,g + m\cdot g \Rightarrow m = 30$ kg. Resposta B.
Q56
Calorimetria — Trocas de Calor com Mudança de Fase (Gelo e Água)
Uma pessoa, no nível do mar, pretende adicionar cubos de gelo a 450 g de água líquida a 20 ºC em um recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível, com o objetivo de obter, ao ser atingido o equilíbrio térmico, apenas água líquida a 0 ºC. Considere os dados da tabela e despreze perdas de calor para o ambiente.
Calor específico do gelo = 0,5 cal/(g · ºC)
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
Calor específico da água líquida = 1 cal/(g · ºC)
Sabendo que essa pessoa tem ao seu dispor cubos de gelo a –20 ºC, uma vez atingido seu objetivo, a massa de água líquida a 0 ºC que haverá dentro do recipiente será de
A)525 g.
B)575 g.
C)600 g.
D)550 g.
E)625 g.
Gabarito oficial FABC2402
D
Resolução
O calor cedido pela água ao esfriar de 20 °C para 0 °C é: $Q_{água} = 450 \times 1 \times 20 = 9000\,cal$.
O calor absorvido por cada grama de gelo para ir de −20 °C até 0 °C (aquecimento) e derreter completamente (fusão) é: $q = c_{gelo}\cdot 20 + L = 0{,}5 \times 20 + 80 = 10 + 80 = 90\,cal/g$.
Equilíbrio: $Q_{água} = q \cdot m_{gelo}$, portanto $9000 = 90\,m \Rightarrow m = 100$ g de gelo.
Como o estado final deve conter apenas água líquida a 0 °C, toda a massa de gelo adicionada deve fundir, e o sistema possui $450 + 100 = 550$ g de água líquida a 0 °C. Resposta D.
Q57
Óptica Geométrica — Sombra de Esfera (Semelhança de Triângulos)
Para simular uma situação de eclipse solar, uma pessoa segura uma lanterna acesa e coloca uma esfera de isopor de 10 cm de diâmetro entre essa lanterna e uma parede branca vertical, produzindo, nessa parede, uma região de sombra. A figura ilustra a situação.
Considerando as dimensões indicadas na figura, o diâmetro $d$ da sombra projetada na parede mede
A)60 cm.
B)80 cm.
C)40 cm.
D)50 cm.
E)75 cm.
Gabarito oficial FABC2402
C
Resolução
Os raios de luz que partem da fonte e passam tangenciando a esfera formam um cone. Por semelhança de triângulos, o raio $r$ da sombra na parede é proporcional ao raio da esfera $R = 5$ cm e às distâncias envolvidas.
A distância total da lanterna à parede é $30 + 90 = 120$ cm. Pelos triângulos semelhantes formados pelos raios tangentes: $\dfrac{r}{R} = \dfrac{d_{fonte\text{-}parede}}{d_{fonte\text{-}esfera}} = \dfrac{120}{30} = 4$.
Portanto, $r = 4 \times 5 = 20$ cm e o diâmetro da sombra é $d = 2r = 40$ cm. Resposta C.
Q58
Ondulatória — Ondas Estacionárias em Tubo (Velocidade do Som)
Para calcular a velocidade do som em determinado gás, um alto-falante foi encaixado em uma das extremidades de um tubo de acrílico transparente contendo esse gás e com sua outra extremidade fechada por um pistão móvel. Quando o alto-falante foi acionado e a posição do pistão foi ajustada, as ondas sonoras que se propagavam no interior do tubo deram origem a uma onda estacionária. Para visualização e quantificação dessa onda, utilizou-se pó de cortiça, que se acumulou nas regiões em que se formaram os nós dessa onda estacionária. A figura representa a situação descrita.
Sabendo que nesse experimento o alto-falante emitiu ondas sonoras com frequência de 855 Hz, o valor obtido para a velocidade de propagação do som dentro do tubo de acrílico foi de
A)360 m/s.
B)356 m/s.
C)333 m/s.
D)364 m/s.
E)342 m/s.
Gabarito oficial FABC2402
E
Resolução
Em uma onda estacionária, a distância entre dois nós consecutivos é sempre igual à metade do comprimento de onda: $\dfrac{\lambda}{2} = 0{,}2\,m \Rightarrow \lambda = 0{,}4\,m$.
A velocidade do som é dada por $v = f \cdot \lambda = 855 \times 0{,}4 = 342\,m/s$. Resposta E.
Q59
Eletricidade — Resistência Elétrica em Reostato (Circuito Simples)
Um circuito elétrico foi montado com um gerador ideal de força eletromotriz $E$, constante, e com um fio condutor homogêneo enrolado em um cilindro de plástico, constituindo um reostato. Nesse circuito, há três pontos, 1, 2 e 3, aos quais pode ser conectado um cursor $C$, fechando o circuito e fazendo com que uma lâmpada acenda. Inicialmente, o cursor está conectado ao ponto 2 e a lâmpada está acesa, conforme a figura.
Para aumentar o brilho da lâmpada, deve-se conectar o cursor ao ponto
A)1, diminuindo o comprimento do reostato e diminuindo sua resistência elétrica.
B)3, aumentando o comprimento do reostato e diminuindo sua resistência elétrica.
C)1, diminuindo o comprimento do reostato e aumentando sua resistência elétrica.
D)1, aumentando o comprimento do reostato e aumentando sua resistência elétrica.
E)3, aumentando o comprimento do reostato e aumentando sua resistência elétrica.
Gabarito oficial FABC2402
A
Resolução
A resistência de um fio é $R = \rho \dfrac{L}{A}$, proporcional ao comprimento $L$ do fio que efetivamente compõe o circuito. Mover o contato para o ponto 1 (menor comprimento) diminui a resistência do reostato.
Com resistência total menor no circuito, a corrente elétrica aumenta (Lei de Ohm: $I = V/R$). A potência dissipada na lâmpada ($P = I^2 R_{lâmpada}$) aumenta, e a lâmpada fica mais brilhante. Resposta A.
Q60
Eletromagnetismo — Campo Magnético de Ímã de Barra (Bússola)
Quando uma bússola é colocada na posição P, nas proximidades de um ímã em forma de barra e no mesmo plano horizontal que contém esse ímã, sua agulha magnética posiciona-se, em equilíbrio, como mostra a figura, em uma visão de cima. Nessa figura, as linhas orientadas representam algumas linhas de indução do campo magnético gerado por esse ímã.
Desprezando a ação de outros campos magnéticos, se essa mesma bússola for colocada em repouso na posição Q, indicada pela circunferência tracejada, sua agulha magnética se posicionará, em equilíbrio, conforme a figura mostrada em:
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito oficial FABC2402
B
Resolução
Com o ímã horizontal (N à direita, S à esquerda), as linhas de campo externas saem do polo Norte e entram no polo Sul. A bússola alinha seu polo norte com a direção do campo magnético local.
Na posição equatorial (no mesmo plano horizontal do ímã, perpendicular ao eixo), o campo magnético aponta antiparalelo ao momento de dipolo do ímã (de N para S, ou seja, da direita para a esquerda). Assim, o polo norte da bússola aponta para a esquerda (em direção ao polo Sul do ímã). Esse resultado é o mesmo para posições equatoriais simétricas em relação ao centro do ímã, pois o campo aponta na mesma direção nesses pontos.
Portanto, nas posições indicadas na figura, o polo norte da agulha da bússola aponta na mesma direção. Resposta B.
