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UNESP · 2007 — 1ª Fase — Questões de Física comentadas

Universidade Estadual Paulista

Vestibular 2007 · 12 questões de Física · Enunciados e figuras do caderno original.

Q37
Mecânica — Cinemática — Distância relativa na frenagem

O motorista de um veículo A é obrigado a frear bruscamente quando avista um veículo B à sua frente, locomovendo-se no mesmo sentido, com uma velocidade constante menor que a do veículo A. Ao final da desaceleração, o veículo A atinge a mesma velocidade que B, e passa também a se locomover com velocidade constante. O movimento, a partir do início da frenagem, é descrito pelo gráfico da figura.

Figura da questão 37 de Física — 1 2007 CG

Considerando que a distância que separava ambos os veículos no início da frenagem era de 32 m, ao final dela a distância entre ambos é de

A)

1,0 m.

B)

2,0 m.

C)

3,0 m.

D)

4,0 m.

E)

5,0 m.

Alternativa correta: B

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Identifique o referencial, o intervalo de tempo e o tipo de movimento antes de escolher a relação matemática. Em gráficos, inclinação e área representam grandezas diferentes.

A aproximação corresponde à área entre as curvas: (30−15)·4/2 = 30 m.

Como a distância inicial era 32 m, restam 2 m.

Alternativa B.

Q38
Mecânica — Cinemática — Transmissão por correia

Uma técnica secular utilizada para aproveitamento da água como fonte de energia consiste em fazer uma roda, conhecida como roda d’água, girar sob ação da água em uma cascata ou em correntezas de pequenos riachos. O trabalho realizado para girar a roda é aproveitado em outras formas de energia. A figura mostra um projeto com o qual uma pessoa poderia, nos dias atuais, aproveitar-se do recurso hídrico de um riacho, utilizando um pequeno gerador e uma roda d’água, para obter energia elétrica destinada à realização de pequenas ta-

Roda d’água com duas roldanas ligadas por correia a um gerador

Duas roldanas, uma fixada ao eixo da roda e a outra ao eixo do gerador, são ligadas por uma correia. O raio da roldana do gerador é 2,5 cm e o da roldana da roda d’água é R. Para que o gerador trabalhe com eficiência aceitável, a velocidade angular de sua roldana deve ser 5 rotações por segundo, conforme instruções no manual do usuário. Considerando que a velocidade angular da roda é 1 rotação por segundo, e que não varia ao acionar o gerador, o valor do raio R da roldana da roda d’água deve ser

A)

0,5 cm.

B)

2,0 cm.

C)

2,5 cm.

D)

5,0 cm.

E)

12,5 cm.

Alternativa correta: E

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Identifique o referencial, o intervalo de tempo e o tipo de movimento antes de escolher a relação matemática. Em gráficos, inclinação e área representam grandezas diferentes.

Sem deslizamento, as velocidades tangenciais são iguais: 2πfrodaR = 2πfgeradorr.

Assim, R = (5/1)·2,5 = 12,5 cm.

Alternativa E.

Q39
Mecânica — Dinâmica — Resultante de forças

Um corpo de 1,0 kg em repouso é submetido à ação de 3 forças coplanares, como ilustrado na figura. Esse corpo passa a se locomover em movimento retilíneo acelerado no plano.

Figura da questão 39 de Física — 1 2007 CG

Pode-se afirmar que o módulo da aceleração do corpo, em m/s2, a direção e o sentido do movimento são, respectivamente,

A)

1, paralela ao eixo y e para cima.

B)

2, paralela ao eixo y e para baixo.

C)

2,5, formando 45º com x e para cima.

D)

4, formando 60º com x e para cima.

E)

4, paralela ao eixo y e para cima.

Alternativa correta: E

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Aplique a segunda lei de Newton à resultante, $\sum\vec F=m\vec a$. A direção da aceleração determina qual componente da força deve ser considerada; uma força isolada não representa necessariamente a resultante.

Cada quadrícula representa 2 N.

As componentes horizontais das duas forças inclinadas se cancelam.

Na vertical, a soma é (5+2−5)·2 = 4 N para cima.

Como m = 1 kg, a = 4 m/s² para cima.

Alternativa E.

Q40
Mecânica — Quantidade de Movimento — Colisão perfeitamente inelástica

Um bloco A, deslocando-se com velocidade v0 em movimento retilíneo uniforme, colide frontalmente com um bloco B, inicialmente em repouso. Imediatamente após a colisão, ambos passam a se locomover unidos, na mesma direção em que se locomovia o bloco A antes da colisão. Baseado nestas informações e considerando que os blocos possuem massas iguais, é correto afirmar que

A)

a velocidade dos blocos após a colisão é v0/2 e houve conservação de quantidade de movimento e de energia.

B)

a velocidade dos blocos após a colisão é v0 e houve conservação de quantidade de movimento e de energia.

C)

a velocidade dos blocos após a colisão é v0 e houve apenas conservação de energia.

D)

a velocidade dos blocos após a colisão é v0/2 e houve apenas conservação de quantidade de movimento.

E)

a velocidade dos blocos após a colisão é v0/2 e houve apenas conservação de energia.

Alternativa correta: D

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

A quantidade de movimento é vetorial, $\vec p=m\vec v$. Sua conservação exige impulso externo resultante desprezível no intervalo analisado; conservação de momento não implica conservação de energia cinética.

A quantidade de movimento se conserva: mv₀ = (2m)v, logo v = v₀/2.

A energia cinética final é metade da inicial, portanto não se conserva.

Alternativa D.

Q41
Mecânica — Gravitação — Velocidade orbital

Dois satélites giram ao redor da Terra em órbitas circulares de raios R1 e R2, com velocidades v1 e v2, respectivamente. Se R2 tiver o dobro do valor de R1, pode-se dizer que

A)$v_2=v_1/2$
B)$v_2=(\sqrt{2}/2)v_1$
C)$v_2=\sqrt{2}v_1$
D)$v_2=2v_1$
E)$v_2=4v_1$
Alternativa correta: B

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Use a distância ao centro do astro na lei $F=GMm/r^2$. Em órbitas, a gravidade fornece a aceleração orbital; para corpos em torno do mesmo astro, a terceira lei de Kepler relaciona período e raio orbital.

Da gravitação fornecendo a força centrípeta, v = √(GM/R).

Com R₂ = 2R₁, v₂ = v₁/√2 = (√2/2)v₁.

Alternativa B.

Q42
Mecânica — Hidrostática — Densidade e equilíbrio de flutuação

Dois líquidos não missíveis, A e B, com massas específicas ρA e ρB, respectivamente, são colocados em um recipiente junto com uma esfera cuja massa específica é ρ. Se ρA<ρ<ρB, indique qual das figuras apresenta a disposição correta dos líquidos e da esfera no recipiente.

A)
Alternativa A: figura original da questão 42
B)
Alternativa B: figura original da questão 42
C)
Alternativa C: figura original da questão 42
D)
Alternativa D: figura original da questão 42
E)
Alternativa E: figura original da questão 42
Alternativa correta: E

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Distinga pressão, força e empuxo. Em um líquido em repouso, a diferença de pressão é $\Delta p=\rho g\Delta h$; o empuxo corresponde ao peso do fluido deslocado.

O líquido A, menos denso, permanece acima de B.

A esfera, mais densa que A e menos densa que B, afunda em A e flutua parcialmente em B, ficando na interface.

Essa disposição aparece em E.

Alternativa E.

Q43
Termologia — Calorimetria — Aquecimento e potência

Em um dia ensolarado, a potência média de um coletor solar para aquecimento de água é de 3 kW. Considerando a taxa de aquecimento constante e o calor específico da água igual a 4 200 J/(kg⋅ºC), o tempo gasto para aquecer 30 kg de água de 25 ºC para 60 ºC será, em minutos, de

A)

12,5.

B)

15.

C)

18.

D)

24,5.

E)

26.

Alternativa correta: D

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Para aquecimento sem mudança de fase, use $Q=mc\Delta T$. Em trocas térmicas, contabilize calor recebido, calor cedido e perdas indicadas pelo enunciado.

Q = mcΔT = 30·4200·35 = 4410000 J.

O tempo é Q/P = 4410000/3000 = 1470 s = 24,5 min.

Alternativa D.

Q44
Termologia — Mudanças de Fase — Mudanças de fase

Considere seus conhecimentos sobre mudanças de fase e analise as afirmações I, II e III, referentes à substância água, um recurso natural de alto valor. I. Durante a transição de sólido para líquido, a temperatura não muda, embora uma quantidade de calor tenha sido fornecida à água. II. O calor latente de condensação da água tem um valor diferente do calor latente de vaporização. III. Em determinadas condições, a água pode coexistir na fase sólida, líquida e gasosa. Pode-se afirmar que

A)

apenas a afirmação I é correta.

B)

apenas as afirmações I e II são corretas.

C)

apenas as afirmações I e III são corretas.

D)

apenas as afirmações II e III são corretas.

E)

as afirmações I, II e III são corretas.

Alternativa correta: C

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Distinga mudança de fase de aquecimento em uma única fase. A interpretação de um patamar ou de um diagrama depende da pressão e das fases indicadas.

I é verdadeira no processo de fusão à pressão constante.

II é falsa: os calores latentes de vaporização e condensação têm o mesmo módulo, com sentidos opostos de troca de calor.

III é verdadeira no ponto triplo.

Alternativa C.

Q45
Óptica — Princípios da Óptica Geométrica — Concentração de potência luminosa

Um pesquisador decide utilizar a luz solar concentrada em um feixe de raios luminosos para confeccionar um bisturi para pequenas cirurgias. Para isso, construiu um coletor com um espelho esférico, para concentrar o feixe de raios luminosos, e um pequeno espelho plano, para desviar o feixe em direção à extremidade de um cabo de fibra óptica. Este cabo capta e conduz o feixe concentrado para a sua outra extremidade, como ilustrado na figura.

Figura da questão 45 de Física — 1 2007 CG

Em uma área de 1 mm2, iluminada pelo sol, a potência disponível é 0,001 W/mm2. A potência do feixe concentrado que sai do bisturi óptico, transportada pelo cabo, cuja seção tem 0,5 mm de raio, é de 7,5 W. Assim, a potência disponibilizada por unidade de área (utilize π = 3) aumentou por um fator de

A)

10 000.

B)

4 000.

C)

1 000.

D)

785.

E)

100.

Alternativa correta: A

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Trace os caminhos pelos quais a luz alcança o observador ou a região examinada. Propagação, espalhamento, sombra e resolução visual exigem interpretar a geometria indicada.

A seção da fibra é πr² = 3·0,5² = 0,75 mm².

A potência por área passa a ser 7,5/0,75 = 10 W/mm².

Comparada a 0,001 W/mm², aumentou por um fator de 10000.

Alternativa A.

Q46
Ondulatória — Conceitos Básicos — Velocidade de propagação

A propagação de uma onda no mar da esquerda para a direita é registrada em intervalos de 0,5 s e apresentada através da seqüência dos gráficos da figura, tomados dentro de um mesmo ciclo.

Figura da questão 46 de Física — 1 2007 CG

Analisando os gráficos, podemos afirmar que a velocidade da onda, em m/s, é de

A)

1,5.

B)

2,0.

C)

4,0.

D)

4,5.

E)

5,0.

Alternativa correta: B

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Relacione velocidade, comprimento de onda e frequência por $v=\lambda f$. Interprete a configuração espacial e o instante representado; a distância entre cristas não é necessariamente a distância total marcada no desenho.

Entre gráficos consecutivos, uma mesma crista avança 1 m em 0,5 s.

A velocidade da onda é v = 1/0,5 = 2 m/s.

Alternativa B.

Q47
Eletricidade — Eletrostática — Equilíbrio parcial de forças elétricas

Um dispositivo para medir a carga elétrica de uma gota de óleo é constituído de um capacitor polarizado no interior de um recipiente convenientemente vedado, como ilustrado na figura.

Figura da questão 47 de Física — 1 2007 CG

A gota de óleo, com massa m, é abandonada a partir do repouso no interior do capacitor, onde existe um campo elétrico uniforme E. Sob ação da gravidade e do campo elétrico, a gota inicia um movimento de queda com aceleração 0,2 g, onde g é a aceleração da gravidade. O valor absoluto (módulo) da carga pode ser calculado através da expressão

A)

Q = 0,8 mg/E.

B)

Q = 1,2 E/mg.

C)

Q = 1,2 m/gE.

D)

Q = 1,2 mg/E.

E)

Q = 0,8 E/mg.

Alternativa correta: A

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Examine os sinais das cargas e os sentidos das forças. A força elétrica é $\vec F=q\vec E$; a lei de Coulomb depende do produto das cargas e do quadrado da distância.

A aceleração para baixo é menor que g, portanto a força elétrica aponta para cima. mg−|Q|E = m·0,2g, dando |Q| = 0,8mg/E.

Alternativa A.

Q48
Eletricidade — Eletrodinâmica — Potência em associação de resistores

Um indivíduo deseja fazer com que o aquecedor elétrico central de sua residência aqueça a água do reservatório no menor tempo possível. O aquecedor possui um resistor com resistência R. Contudo, ele possui mais dois resistores exatamente iguais ao instalado no aquecedor e que podem ser utilizados para esse fim. Para que consiga seu objetivo, tomando todas as precauções para evitar acidentes, e considerando que as resistências não variem com a temperatura, ele deve utilizar o circuito

A)
Alternativa A: figura original da questão 48
B)
Alternativa B: figura original da questão 48
C)
Alternativa C: figura original da questão 48
D)
Alternativa D: figura original da questão 48
E)
Alternativa E: figura original da questão 48
Alternativa correta: C

Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2007.

Resolução

Reconstrua os ramos do circuito antes de aplicar $U=RI$ e $P=UI$. Resistores em série compartilham corrente; em paralelo, compartilham tensão. Mudanças nas conexões podem alterar o caminho da corrente.

Para tensão fixa, P = U²/Req.

A menor resistência equivalente é obtida com os três resistores em paralelo: Req = R/3.

O circuito C fornece a maior potência e o aquecimento mais rápido.

Alternativa C.

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