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Unesp · 2022 — 1ª Fase

Universidade Estadual Paulista

Vestibular 2022 · Prova de Conhecimentos Gerais — Cursos da área de Biológicas · questões de Física Q76 a Q82.

Q76
Cinemática — Gráfico velocidade × tempo e velocidade média

Quando a luz de um semáforo fica verde, um veículo parado parte com aceleração escalar constante, $a_1$, e se move por uma rua retilínea até atingir uma velocidade máxima, $V_{\text{máx}}$, em um intervalo de tempo $T_1$. A partir desse instante, inicia um processo de frenagem, também com aceleração escalar constante, até parar novamente, no semáforo seguinte, em um intervalo de tempo $T_2$. O gráfico representa a variação da velocidade desse veículo em função do tempo, nesse movimento.

Veículo entre dois semáforos e gráfico triangular da velocidade em função do tempo, com intervalos T1 e T2

No trajeto entre os dois semáforos, a velocidade escalar média desse veículo foi de:

(A)$2\,a_1T_1$
(B)$\dfrac{a_1(T_1+T_2)}{2}$
(C)$2\,a_1(T_1+T_2)$
(D)$\dfrac{a_1T_1}{2}$
(E)$a_1T_1$
Alternativa correta: (D)
Resolução

Na etapa de aceleração, $V_{\text{máx}}=a_1T_1$.

O deslocamento total é a área sob o gráfico $v\times t$, que é um triângulo de base $T_1+T_2$ e altura $V_{\text{máx}}$:

$\Delta s=\dfrac{V_{\text{máx}}(T_1+T_2)}{2}$.

Assim,

$v_{\text{m}}=\dfrac{\Delta s}{T_1+T_2}=\dfrac{V_{\text{máx}}}{2}=\dfrac{a_1T_1}{2}$.

Q77
Dinâmica — Pêndulo cônico e tração

Um garoto gira uma esfera de 500 g ao redor de seu corpo, mantendo o braço esticado na vertical e segurando um fio ideal de comprimento 65 cm, conforme a figura. A esfera gira em uma trajetória circular contida em um plano horizontal de raio de curvatura 60 cm.

Garoto segurando um fio inclinado com uma esfera descrevendo trajetória circular horizontal

Adotando $g=10\,\text{m/s}^2$ e desprezando a resistência do ar, a intensidade da força de tração que atua no fio é

(A)18 N.
(B)12 N.
(C)13 N.
(D)15 N.
(E)8 N.
Alternativa correta: (C)
Resolução

O fio mede $65\,\text{cm}$ e o raio da trajetória é $60\,\text{cm}$. Pelo triângulo retângulo formado, a componente vertical do fio vale

$h=\sqrt{65^2-60^2}=25\,\text{cm}$.

Logo, para o ângulo $\theta$ do fio com a vertical,

$\cos\theta=\dfrac{25}{65}=\dfrac{5}{13}$.

Como não há aceleração vertical, $T\cos\theta=mg$. Portanto,

$T\cdot\dfrac{5}{13}=0{,}5\cdot10$

$T=13\,\text{N}$.

Q78
Mecânica — Conservação da energia e lançamento oblíquo

Uma pequena esfera é abandonada do repouso no ponto 1 e, após deslizar sem rolar pela pista mostrada em corte na figura, perde contato com ela no ponto 2, passando a se mover em trajetória parabólica, até atingir o solo horizontal.

Pista com os pontos 1 e 2 e trajetória parabólica até o ponto 3, com alturas de 1,8 m e 1,6 m

Adotando $g=10\,\text{m/s}^2$, desprezando o atrito e a resistência do ar, quando a esfera passar pelo ponto 3, ponto mais alto de sua trajetória fora da pista, a componente horizontal da velocidade vetorial da esfera terá módulo igual a

(A)1,0 m/s.
(B)1,8 m/s.
(C)2,0 m/s.
(D)1,5 m/s.
(E)2,5 m/s.
Alternativa correta: (C)
Resolução

Entre os pontos 1 e 3 não há dissipação de energia mecânica. Tomando o solo como nível de referência:

$mg\cdot1{,}8=mg\cdot1{,}6+\dfrac{mv_3^2}{2}$.

Cancelando $m$ e usando $g=10\,\text{m/s}^2$:

$10(1{,}8-1{,}6)=\dfrac{v_3^2}{2}$

$2=\dfrac{v_3^2}{2}\Rightarrow v_3=2{,}0\,\text{m/s}$.

No ponto mais alto da trajetória parabólica, a componente vertical da velocidade é nula. Portanto, a velocidade nesse ponto coincide com a componente horizontal.

Q79
Calorimetria — Calor sensível e potência térmica

Determinada peça de platina de 200 g, sensível à temperatura, é mantida dentro de um recipiente protegido por um sistema automático de refrigeração que tem seu acionamento controlado por um sensor térmico. Toda vez que a temperatura da peça atinge 80 ºC, um alarme sonoro soa e o sistema de refrigeração é acionado. Essa peça está dentro do recipiente em equilíbrio térmico com ele a 20 ºC, quando, no instante $t=0$, energia térmica começa a fluir para dentro do recipiente e é absorvida pela peça segundo o gráfico a seguir.

Gráfico de potência térmica constante de 2 W em função do tempo

Sabendo que o calor específico da platina é $0{,}03\,\text{cal/(g·ºC)}$ e adotando $1\,\text{cal}=4\,\text{J}$, o alarme sonoro disparará, pela primeira vez, no instante

(A)$t=8\,\text{min}.$
(B)$t=6\,\text{min}.$
(C)$t=10\,\text{min}.$
(D)$t=3\,\text{min}.$
(E)$t=12\,\text{min}.$
Alternativa correta: (E)
Resolução

A variação de temperatura necessária é $\Delta T=80-20=60\,^{\circ}\text{C}$.

O calor absorvido é

$Q=mc\Delta T=200\cdot0{,}03\cdot60=360\,\text{cal}$.

Como $1\,\text{cal}=4\,\text{J}$:

$Q=1440\,\text{J}$.

O gráfico indica potência constante $P=2\,\text{W}$. Então,

$P=\dfrac{Q}{t}\Rightarrow t=\dfrac{1440}{2}=720\,\text{s}=12\,\text{min}$.

Q80
Óptica geométrica — Espelho esférico convexo

Um objeto linear AB é colocado perpendicularmente ao eixo principal de um espelho esférico convexo, a uma distância $d$ do vértice desse espelho. A figura mostra um raio de luz (R) proveniente da extremidade A do objeto e a imagem A’ desse ponto.

Espelho esférico convexo com vértice, foco, centro de curvatura, imagem A' e distâncias x e y

Considerando as dimensões indicadas na figura, a distância $d$ é igual a:

(A)$\dfrac{xy}{y-x}$
(B)$\dfrac{xy}{2x+y}$
(C)$\dfrac{xy}{x+y}$
(D)$\dfrac{xy}{y-2x}$
(E)$\dfrac{2xy}{y-x}$
Alternativa correta: (D)
Resolução

A distância do vértice ao centro de curvatura é $y$, portanto o módulo da distância focal é $y/2$. Para o espelho convexo, $f=-y/2$.

A imagem A’ é virtual e está a uma distância $x$ atrás do espelho, logo $p'=-x$. Para o objeto real, $p=d$.

Pela equação de Gauss:

$\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{p}+\dfrac{1}{p'}$.

$-\dfrac{2}{y}=\dfrac{1}{d}-\dfrac{1}{x}$.

Assim,

$\dfrac{1}{d}=\dfrac{1}{x}-\dfrac{2}{y}=\dfrac{y-2x}{xy}$

e, portanto, $d=\dfrac{xy}{y-2x}$.

Q81
Ondulatória — Refração de ondas em águas rasas

Quando uma onda se propaga por águas rasas, isto é, onde a profundidade é menor do que metade do comprimento da onda, sua velocidade de propagação pode ser calculada com a expressão $v=\sqrt{g\cdot h}$, em que $g$ é a aceleração da gravidade local e $h$ a profundidade das águas na região. Dessa forma, se uma onda passar de uma região com certa profundidade para outra com profundidade diferente, ela sofrerá variação em sua velocidade de propagação, o que caracteriza o fenômeno de refração dessa onda. A figura mostra uma mesma onda propagando-se por uma região de profundidade $h_1=3{,}6\,\text{m}$ com comprimento de onda $\lambda_1=12\,\text{m}$ e, em seguida, propagando-se por uma região de profundidade $h_2=0{,}9\,\text{m}$ com comprimento de onda $\lambda_2$.

Onda passando de uma região de profundidade h1 para outra de profundidade h2, com comprimentos de onda lambda1 e lambda2

Na situação apresentada, o comprimento de onda $\lambda_2$ é

(A)6 m.
(B)2 m.
(C)8 m.
(D)1 m.
(E)4 m.
Alternativa correta: (A)
Resolução

Na refração, a frequência da onda permanece constante. Assim, $\lambda=v/f$ implica $\lambda\propto v$.

Como $v=\sqrt{gh}$:

$\dfrac{\lambda_2}{\lambda_1}=\dfrac{v_2}{v_1}=\sqrt{\dfrac{h_2}{h_1}}$.

$\dfrac{\lambda_2}{12}=\sqrt{\dfrac{0{,}9}{3{,}6}}=\sqrt{\dfrac{1}{4}}=\dfrac{1}{2}$.

Logo, $\lambda_2=6\,\text{m}$.

Q82
Eletrodinâmica — Potência e consumo de energia elétrica

Após comprar um chuveiro elétrico e uma lâmpada fluorescente compacta para sua casa, um rapaz fez-se a seguinte pergunta:

— Por quanto tempo essa lâmpada precisa ficar acesa para consumir a mesma quantidade de energia elétrica que esse chuveiro consome em um banho de 12 minutos de duração?

Para responder a essa pergunta, consultou as embalagens dos dois produtos e observou os detalhes mostrados nas figuras.

Embalagens de lâmpada fluorescente compacta de 20 W e chuveiro elétrico de 7500 W

A resposta à pergunta feita pelo rapaz é

(A)36 horas.
(B)75 horas.
(C)25 horas.
(D)90 horas.
(E)100 horas.
Alternativa correta: (B)
Resolução

A energia consumida é $E=P\Delta t$.

Para o chuveiro, $P_c=7500\,\text{W}$ e $\Delta t_c=12\,\text{min}$. Para a lâmpada, $P_l=20\,\text{W}$.

Igualando os consumos:

$20\,t=7500\cdot12$.

$t=4500\,\text{min}=75\,\text{h}$.

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