Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

Santa Casa · 2022 · CE — Prova de Física — Método TEF

Faculdade de Ciências Médicas da Santa Casa de São Paulo

Vestibular de Medicina, 1º semestre de 2022 · Prova de Conhecimentos Específicos, 4 questões discursivas de Física (Q13-Q16) — resolução comentada Método TEF.

Q13
Mecânica — Cinemática — Frenagem
Questão discursiva

Um caminhão percorria uma estrada retilínea, plana e horizontal com velocidade escalar constante de 20 m/s. Em dado instante, o motorista acionou os freios, imprimindo ao caminhão uma aceleração constante de 2,0 m/s 2 e com sentido contrário ao da velocidade.

a) Calcule o intervalo de tempo, em segundos, e a distância percorrida por esse caminhão, em metros, entre o instante em que o motorista acionou os freios e o instante em que o caminhão parou.

Resposta Da velocidade inicial $v_0=20$ m/s até parar ($v=0$), com desaceleração de $2{,}0$ m/s²: $t=\dfrac{v-v_0}{a}=\dfrac{0-20}{-2{,}0}=10$ s.

b) Esse caminhão transportava um bloco de massa 500 kg, que estava apenas apoiado em sua carroceria. Sabendo que o bloco não deslizou pela carroceria do caminhão durante a frenagem e considerando a aceleração gravitacional igual a 10 m/s 2, calcule, em newtons, a intensidade da força de atrito que atuou sobre o bloco durante a frenagem e o valor mínimo do coeficiente de atrito estático entre as superfícies do bloco e da carroceria do caminhão.

Resposta O bloco não desliza, logo desacelera junto com o caminhão, com a mesma aceleração de $2{,}0$ m/s². A única força horizontal sobre o bloco é o atrito estático da carroceria, que deve fornecer essa desaceleração: $f_{at}=m\,a=500\times2{,}0=1000$ N.
Resolução comentada

a) Da velocidade inicial $$v_0=20\ m/s$$ até parar ($v=0$), com desaceleração de $2{,}0$ m/s²: $$t=\dfrac{v-v_0}{a}=\dfrac{0-20}{-2{,}0}=10\ \text{s}.$$

A distância percorrida é $$d=\dfrac{v^2-v_0^2}{2a}=\dfrac{0-20^2}{2\times(-2{,}0)}=\dfrac{-400}{-4{,}0}=100\ \text{m}.$$

b) O bloco não desliza, logo desacelera junto com o caminhão, com a mesma aceleração de $2{,}0$ m/s².

A única força horizontal sobre o bloco é o atrito estático da carroceria, que deve fornecer essa desaceleração: $$f_{at}=m\,a=500\times2{,}0=1000\ \text{N}.$$

Como $f_{at}\le\mu_e N$, com $$N=mg=500\times10=5000\ \text{N},$$o coeficiente de atrito estático mínimo necessário é $$\mu_{e,min}=\dfrac{f_{at}}{N}=\dfrac{1000}{5000}=0{,}20.$$

Q14
Mecânica — Hidrostática — Empuxo
Questão discursiva

Um bloco, de peso 24,0 N, foi colocado em um recipiente de fundo plano e horizontal que continha álcool. O bloco afundou até atingir o fundo do recipiente, como mostrado na figura, situação na qual a intensidade da força exercida pelo fundo do recipiente sobre o bloco é igual a 8,0 N.

Figura da questao 14 da prova Santa Casa 2022

a) Por meio de um vetor e tendo a figura como referência, represente a direção e o sentido do empuxo exercido pelo líquido sobre o bloco e calcule a intensidade desse empuxo, em newtons.

Resposta O bloco está em equilíbrio, apoiado no fundo do recipiente, sob três forças verticais: o peso (para baixo), o empuxo (para cima, exercido pelo líquido) e a normal do fundo (para cima). O empuxo aponta verticalmente para cima, no sentido oposto ao peso.

b) Sabe-se que a face superior do bloco tem área igual a 2,0 × 10–2 m2 e que é paralela à superfície do líquido, que a aceleração gravitacional é 10 m/s2 e que a massa específica do álcool é 8,0 × 102 kg/m3. Calcule a pressão, em pascals, e a intensidade da força, em newtons, que o líquido exerce na face superior do bloco.

Resposta A pressão do líquido na face superior do bloco, a uma profundidade $h=20$ cm $=0{,}20$ m, é $p=\rho\,g\,h=8{,}0\times10^2\times10\times0{,}20=1{,}6\times10^3$ Pa.
Resolução comentada

a) O bloco está em equilíbrio, apoiado no fundo do recipiente, sob três forças verticais: o peso (para baixo), o empuxo (para cima, exercido pelo líquido) e a normal do fundo (para cima).

O empuxo aponta verticalmente para cima, no sentido oposto ao peso.

Do equilíbrio: $$P=E+N \Rightarrow E=P-N=24{,}0-8{,}0=16{,}0\ \text{N}.$$

b) A pressão do líquido na face superior do bloco, a uma profundidade $$h=20\ \text{cm}$$ $$=0{,}20\ \text{m},$$é $$p=\rho\,g\,h=8{,}0\times10^2\times10\times0{,}20=1{,}6\times10^3\ \text{Pa}.$$

A força correspondente é $$F=p\,A=1{,}6\times10^3\times2{,}0\times10^{-2}=32\ \text{N}.$$

Q15
Termologia — Calorimetria — Equilíbrio Térmico e Dilatação Volumétrica
Questão discursiva

Uma esfera metálica maciça, de massa 600 g e inicialmente a 20 oC, encontra-se no interior de um calorímetro de capacidade térmica desprezível. Adiciona-se ao calorímetro certa massa de água a 90 ºC e, após certo tempo, o sistema atinge o equilíbrio térmico a 70 ºC.

a) Sabendo que os calores específicos da água e do material que constitui a esfera são, respectivamente, 1,0 cal/(g · ºC) e 0,20 cal/(g · ºC), calcule a quantidade de calor absorvida pela esfera nesse processo, em calorias, e a massa de água adicionada ao calorímetro, em gramas.

RespostaQ = 6000 cal; massa de água = 300 g.

b) Sabendo que o volume da esfera a 20 ºC é 200 cm3, e que o coeficiente de dilatação linear do metal que a constitui é 2,0 × 10−5 ºC−1, calcule a variação do volume da esfera, em cm3, entre o início e o fim do processo.

RespostaΔV = 0,60 cm³.
Resolução comentada

a) A esfera aquece de 20 °C a 70 °C.

O calor absorvido é $$Q=mc\Delta T=600\cdot0{,}20\cdot50=6000\ \text{cal}.$$

Como o calorímetro não troca calor, a água cede esse mesmo valor ao esfriar de 90 °C a 70 °C: $$6000=m_a\cdot1\cdot20.$$

Portanto, a massa de água é $$m_a=300\ \text{g}.$$

b) Para o metal isotrópico, o coeficiente de dilatação volumétrica é $$\beta=3\alpha=6{,}0\times10^{-5}\ \text{°C⁻¹}.$$

Assim, $$\Delta V=V_0\beta\Delta T=200\cdot6{,}0\times10^{-5}\cdot50=0{,}60\ \text{cm³}.$$

Q16
Eletromagnetismo — Campo magnético — Fios Retilíneos e Energia Transmitida
Questão discursiva

A transmissão de parte da energia elétrica gerada na Usina de Itaipu se dá por meio de uma linha de transmissão em corrente contínua, com diferença de potencial de 6,0 × 105 V e corrente de intensidade igual a 5,0 × 103 A.

Figura da questao 16 da prova Santa Casa 2022

a) Calcule a potência elétrica, em watts, e a quantidade de energia elétrica transmitida a cada hora, em joules, por essa linha de transmissão.

Resposta A potência elétrica é $P=V\cdot i=6{,}0\times10^5\times5{,}0\times10^3=3{,}0\times10^9\,W$. Em uma hora ($t=3600$ s), a energia transmitida é $E=P\cdot t=3{,}0\times10^9\times3600=1{,}08\times10^{13}\,J$.

b) A figura mostra dois fios, 1 e 2, dessa linha, em uma região em que eles podem ser considerados retos e longos, e dois pontos, P e Q. Os fios são perpendiculares ao plano do papel, a corrente elétrica que percorre o fio 1 está saindo e a corrente elétrica que percorre o fio 2 está entrando nesse plano, sendo que ambas têm a mesma intensidade. Considere que a corrente que percorre o fio 1 gera no ponto P um campo magnético de intensidade igual a $6{,}0\times10^{-4}\ \text{T}$. Calcule, em teslas, para o ponto Q, a intensidade do campo magnético gerado pela corrente elétrica que percorre o fio 1 e a intensidade do campo magnético resultante criado pelas correntes que percorrem esses dois fios.

Resposta Como o campo magnético de um fio longo é inversamente proporcional à distância ($B=\frac{\mu_0 i}{2\pi r}$), e P está a uma distância $d$ do fio 1 enquanto Q está a $3d$ (fio 1 → P → fio 2 → Q, cada trecho de comprimento $d$): $B_{Q,\,fio\,1}=B_P\cdot\dfrac{d}{3d}=\dfrac{6{,}0\times10^{-4}}{3}=2{,}0\times10^{-4}\,T$.
Resolução comentada

a) A potência elétrica é $$P=V\cdot i=6{,}0\times10^5\times5{,}0\times10^3=3{,}0\times10^9\,W.$$

Em uma hora ($t=3600$ s), a energia transmitida é $$E=P\cdot t=3{,}0\times10^9\times3600=1{,}08\times10^{13}\,J.$$

b) Como o campo magnético de um fio longo é inversamente proporcional à distância ($B=\frac{\mu_0 i}{2\pi r}$), e P está a uma distância $d$ do fio 1 enquanto Q está a $3d$ (fio 1 → P → fio 2 → Q, cada trecho de comprimento $d$): $$B_{Q,\,fio\,1}=B_P\cdot\dfrac{d}{3d}=\dfrac{6{,}0\times10^{-4}}{3}=2{,}0\times10^{-4}\,T.$$

Em Q, o campo do fio 2 (a uma distância $d$, a mesma distância em que $B_P=6{,}0\times10^{-4}\,T$ foi medido, e com a mesma corrente) tem o mesmo módulo, $6{,}0\times10^{-4}\,T$.

Como as correntes nos fios têm sentidos opostos (uma saindo, outra entrando no plano), pela regra da mão direita os campos que eles geram em Q apontam em sentidos opostos.

O campo resultante é a diferença dos módulos: $$B_{Q}=6{,}0\times10^{-4}-2{,}0\times10^{-4}=4{,}0\times10^{-4}\,T,$$no sentido do campo gerado pelo fio 2 (mais próximo de Q).

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