UNESP · 2008 — 1ª Fase — Questões de Física comentadas
Universidade Estadual Paulista
Vestibular 2008 · 12 questões de Física · Enunciados e figuras do caderno original.
Q37
Mecânica — Cinemática — Movimento uniforme e uniformemente variado
Os movimentos de dois veículos, I e II, estão registrados nos gráficos da figura.
Sendo os movimentos retilíneos, a velocidade do veículo II no instante em que alcança I é
A)
15 m/s.
B)
20 m/s.
C)
25 m/s.
D)
30 m/s.
E)
35 m/s.
Alternativa correta: D
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
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.
O veículo I tem v = 300/20 = 15 m/s.
O veículo II parte do repouso e encontra I em t = 15 s, na posição 225 m.
De 225 = at²/2, a = 2 m/s².
Assim, vII = at = 30 m/s.
Alternativa D.
Q38
Mecânica — Cinemática — Queda e frenagem
Em um aparelho simulador de queda livre de um parque de diversões, uma pessoa devidamente acomodada e presa a uma poltrona é abandonada a partir do repouso de uma altura h acima do solo. Inicia-se então um movimento de queda livre vertical, com todos os cuidados necessários para a máxima segurança da pessoa. Se g é a aceleração da gravidade, a altura mínima a partir da qual deve-se iniciar o processo de frenagem da pessoa, com desaceleração constante 3g, até o repouso no solo é
A)
h/8.
B)
h/6.
C)
h/5.
D)
h/4.
E)
h/2.
Alternativa correta: D
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
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.
Se y é a altura de início da frenagem, a queda livre fornece v² = 2g(h−y).
A frenagem até o solo exige v² = 2·3g·y.
Igualando, h−y = 3y, logo y = h/4.
Alternativa D.
Q39
Mecânica — Gravitação — Segunda lei de Kepler
A órbita de um planeta é elíptica e o Sol ocupa um de seus focos, como ilustrado na figura (fora de escala). As regiões limitadas pelos contornos OPS e MNS têm áreas iguais a A.
Se tOP e tMN são os intervalos de tempo gastos para o planeta percorrer os trechos OP e MN, respectivamente, com velocidades médias vOP e vMN, pode-se afirmar que
A)
tOP > tMN e vOP < vMN.
B)
tOP = tMN e vOP > vMN.
C)
tOP = tMN e vOP < vMN.
D)
tOP > tMN e vOP > vMN.
E)
tOP < tMN e vOP < vMN.
Alternativa correta: B
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
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.
Áreas iguais são varridas em tempos iguais: tOP = tMN.
O trecho OP está mais próximo do Sol e tem maior velocidade média que MN.
Alternativa B.
Q40
Mecânica — Dinâmica — Equilíbrio de forças em subida e descida
Certos automóveis possuem um recurso destinado a manter a velocidade do veículo constante durante a viagem. Suponha que, em uma parte de uma estrada sem curvas, o veículo passe por um longo trecho em subida seguido de uma longa descida, sempre com velocidade constante. Desprezando o efeito de atrito com o ar e supondo que o controle da velocidade é atribuído exclusivamente ao motor, considere as afirmações: I. Durante o percurso, a resultante das forças aplicadas sobre o automóvel é constante e não nula. II. Durante o percurso, a resultante das forças aplicadas sobre o automóvel é nula. III. A força tangencial aplicada pela pista às rodas tem mesmo sentido da velocidade na descida e contrário na subida. Estão corretas as afirmações:
A)
II, apenas.
B)
I e II, apenas.
C)
I e III, apenas.
D)
II e III, apenas.
E)
I, II e III.
Alternativa correta: A
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
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.
No modelo dos trechos retilíneos com velocidade constante, a aceleração é nula e a resultante é zero.
Na subida, a força tangencial da pista favorece o movimento; na descida, ela se opõe ao movimento.
Somente II está correta.
Alternativa A.
Q41
Mecânica — Trabalho e Energia — Potência mecânica
O teste Margaria de corrida em escada é um meio rápido de medida de potência anaeróbica de uma pessoa. Consiste em fazê-la subir uma escada de dois em dois degraus, cada um com 18 cm de altura, partindo com velocidade máxima e constante de uma distância de alguns metros da escada. Quando pisa no 8.º degrau, a pessoa aciona um cronômetro, que se desliga quando pisa no 12.º degrau. Se o intervalo de tempo registrado para uma pessoa de 70 kg foi de 2,8 s e considerando a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2, a potência média avaliada por este método foi de
A)
180 W.
B)
220 W.
C)
432 W.
D)
500 W.
E)
644 W.
Alternativa correta: A
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
Resolução
Organize o balanço de energia, considerando o trabalho das forças e eventuais perdas. A potência média é energia transferida por tempo, $P_m=\Delta E/\Delta t$, e rendimento compara energia útil com energia fornecida.
A subida cronometrada vai do 8.º ao 12.º degrau: Δh = 4·0,18 = 0,72 m.
P = mgΔh/Δt = 70·10·0,72/2,8 = 180 W.
Alternativa A.
Q42
Mecânica — Hidrostática — Pressão hidrostática
Para que se administre medicamento via endovenosa, o frasco deve ser colocado a uma certa altura acima do ponto de aplicação no paciente. O frasco fica suspenso em um suporte vertical com pontos de fixação de altura variável e se conecta ao paciente por um cateter, por onde desce o medicamento. A pressão na superfície livre é a pressão atmosférica; no ponto de aplicação no paciente, a pressão deve ter um valor maior do que a atmosférica. Considere que dois medicamentos diferentes precisam ser administrados. O frasco do primeiro foi colocado em uma posição tal que a superfície livre do líquido encontra-se a uma altura h do ponto de aplicação. Para aplicação do segundo medicamento, de massa específica 1,2 vezes maior que a do anterior, a altura de fixação do frasco deve ser outra. Tomando h como referência, para a aplicação do segundo medicamento deve-se
A)
diminuir a altura de h/5.
B)
diminuir a altura de h/6.
C)
aumentar a altura de h/5.
D)
aumentar a altura de 2h/5.
E)
aumentar a altura de h/6.
Alternativa correta: B
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
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.
Para manter a mesma pressão no ponto de aplicação, ρ₁gh = 1,2ρ₁gh₂.
Logo, h₂ = 5h/6: a altura deve diminuir em h/6.
Alternativa B.
Q43
Termologia — Propagação de Calor — Transferência de calor por radiação
Um corpo I é colocado dentro de uma campânula de vidro transparente evacuada. Do lado externo, em ambiente à pressão atmosférica, um corpo II é colocado próximo à campânula, mas não em contato com ela, como mostra a figura.
As temperaturas dos corpos são diferentes e os pinos que os sustentam são isolantes térmicos. Considere as formas de transferência de calor entre esses corpos e aponte a alternativa correta.
A)
Não há troca de calor entre os corpos I e II porque não estão em contato entre si.
B)
Não há troca de calor entre os corpos I e II porque o ambiente no interior da campânula está evacuado.
C)
Não há troca de calor entre os corpos I e II porque suas temperaturas são diferentes.
D)
Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por convecção.
E)
Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por meio de radiação eletromagnética.
Alternativa correta: E
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
Resolução
Condução, convecção e radiação têm mecanismos diferentes. A convecção envolve transporte de matéria; a radiação pode transportar energia através do vácuo.
A radiação eletromagnética pode atravessar o vácuo e transferir energia entre os corpos.
Condução e convecção não explicam a transferência entre os corpos separados pela região evacuada.
Alternativa E.
Q44
Termologia — Termodinâmica — Primeira lei da termodinâmica
Um recipiente contendo um certo gás tem seu volume aumentado graças ao trabalho de 1664 J realizado pelo gás. Neste processo, não houve troca de calor entre o gás, as paredes e o meio exterior. Considerando que o gás seja ideal, a energia de 1 mol desse gás e a sua temperatura obedecem à relação U = 20,8T, onde a temperatura T é medida em kelvins e a energia U em joules. Pode-se afirmar que nessa transformação a variação de temperatura de um mol desse gás, em kelvins, foi de
A)
50.
B)
– 60.
C)
– 80.
D)
100.
E)
90.
Alternativa correta: C
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
Resolução
Adotando trabalho positivo quando realizado pelo gás, a primeira lei é $\Delta U=Q-W$. Em um processo adiabático, $Q=0$, mas trabalho e variação de energia interna podem ser diferentes de zero.
Como Q = 0 e o gás realiza 1664 J de trabalho, ΔU = Q−W = −1664 J.
De ΔU = 20,8ΔT, ΔT = −1664/20,8 = −80 K.
Alternativa C.
Q45
Óptica — Lentes — Dispersão e distância focal
Três feixes paralelos de luz, de cores vermelha, amarela e azul, incidem sobre uma lente convergente de vidro crown, com direções paralelas ao eixo da lente. Sabe-se que o índice de refração n desse vidro depende do comprimento de onda da luz, como mostrado no gráfico da figura.
Após atravessar a lente, cada feixe irá convergir para um ponto do eixo, a uma distância f do centro da lente. Sabendo que os comprimentos de onda da luz azul, amarela e vermelha são 450 nm, 575 nm e 700 nm respectivamente, pode-se afirmar que
A)
fazul = famarelo = fvermelho.
B)
fazul = famarelo < fvermelho.
C)
fazul > famarelo > fvermelho.
D)
fazul < famarelo < fvermelho.
E)
fazul = famarelo > fvermelho.
Alternativa correta: D
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
Resolução
Identifique o tipo de lente e a natureza da imagem. Quando aplicável, use $1/f=1/p+1/p\prime$ e o aumento $A=-p\prime/p$, mantendo a convenção de sinais.
O gráfico mostra nazul > namarelo > nvermelho.
Para a mesma lente, a vergência aumenta com n−1.
Assim, fazul < famarelo < fvermelho.
Alternativa D.
Q46
Ondulatória — Conceitos Básicos — Refração de ondas
Considere um lago onde a velocidade de propagação das ondas na superfície não dependa do comprimento de onda, mas apenas da profundidade. Essa relação pode ser dada por $v=\sqrt{gd}$, onde g é a aceleração da gravidade e d é a profundidade. Duas regiões desse lago têm diferentes profundidades, como ilustrado na figura.
O fundo do lago é formado por extensas plataformas planas em dois níveis; um degrau separa uma região com 2,5 m de profundidade de outra com 10 m de profundidade. Uma onda plana, com comprimento de onda λ, forma-se na superfície da região rasa do lago e propaga-se para a direita, passando pelo desnível. Considerando que a onda em ambas as regiões possui mesma freqüência, pode-se dizer que o comprimento de onda na região mais profunda é
A)
λ/2.
B)
2λ.
C)
λ.
D)
3λ/2.
E)
2λ/3.
Alternativa correta: B
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
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.
A velocidade é proporcional à raiz da profundidade.
De 2,5 m para 10 m, v₂/v₁ = √(10/2,5) = 2.
A frequência se conserva, portanto o comprimento de onda também dobra: 2λ.
Alternativa B.
Q47
Eletricidade — Eletrostática — Trabalho e potencial elétrico
A figura é a intersecção de um plano com o centro C de um condutor esférico e com três superfícies equipotenciais ao redor desse condutor.
Uma carga de 1,6 × 10–19 C é levada do ponto M ao ponto N. O trabalho realizado para deslocar essa carga foi de
A)
3,2 × 10–20J.
B)
16,0 × 10–19J.
C)
8,0 × 10–19J.
D)
4,0 × 10–19J.
E)
3,2 × 10–18J.
Alternativa correta: C
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
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.
M está na equipotencial de 5 V e N na de 10 V.
O trabalho necessário para transportar a carga positivamente contra o campo é q(VN−VM) = 1,6×10⁻¹⁹·5 = 8×10⁻¹⁹ J.
O trabalho da força elétrica tem sinal oposto.
Alternativa C.
Q48
Eletricidade — Magnetismo — Trajetórias em campo magnético
Uma mistura de substâncias radiativas encontra-se confinada em um recipiente de chumbo, com uma pequena abertura por onde pode sair um feixe paralelo de partículas emitidas. Ao saírem, três tipos de partícula, 1, 2 e 3, adentram uma região de campo magnético uniforme B com velocidades perpendiculares às linhas de campo magnético e descrevem trajetórias conforme ilustradas na figura.
Considerando a ação de forças magnéticas sobre cargas elétricas em movimento uniforme, e as trajetórias de cada partícula ilustradas na figura, pode-se concluir com certeza que
A)
as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 é eletricamente neutra (carga zero).
B)
as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 tem massa zero.
C)
as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas de mesmo sinal e a partícula 3 tem carga e massa zero.
D)
as partículas 1 e 2 saíram do recipiente com a mesma velocidade.
E)
as partículas 1 e 2 possuem massas iguais, e a partícula 3 não possui massa.
Alternativa correta: A
Gabarito oficial VUNESP — UNESP 2008.
Resolução
A força magnética sobre uma carga em movimento é $\vec F=q\vec v\times\vec B$. Seu sentido depende do sinal da carga; quando fornece a resultante centrípeta, altera a direção do movimento.
Com velocidades iniciais na mesma direção, os desvios para lados opostos revelam cargas de sinais contrários.
A partícula 3 não se desvia apesar de entrar perpendicularmente ao campo, portanto é eletricamente neutra.
O desenho não permite deduzir massas ou velocidades iguais.