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Unesp · 2023 — 2ª Fase

Universidade Estadual Paulista

Vestibular 2023 · Prova de Conhecimentos Específicos e Redação · questões de Física Q51 a Q56.

Q51
Mecânica — Potência e energia

A diferença entre andar e correr é que, quando andamos, mantemos pelo menos um dos pés em contato com o solo, enquanto que, ao correr, ficamos parte do tempo com os dois pés fora do solo. Para um adulto, quando sua velocidade, ao caminhar, ultrapassa o valor de 2 m/s, passa a ser mais confortável e energeticamente vantajoso começar a correr. O gráfico mostra, aproximadamente, como varia a potência total produzida pelo corpo desse adulto em função da velocidade, durante uma caminhada e durante uma corrida.

Gráfico da potência total produzida pelo corpo em função da velocidade durante caminhada e corrida
(Otaviano Helene. Física e esportes, 2019. Adaptado.)

Uma pessoa adulta dirigia-se para um ponto de ônibus caminhando rapidamente com velocidade constante de 1,5 m/s, mantendo essa velocidade por 20 s. Ao perceber que o ônibus em que iria embarcar se aproximava, essa pessoa inicia uma corrida com velocidade também constante de 2,5 m/s, mantendo essa velocidade por 10 s. Durante os 30 s descritos, a energia total transformada por essa pessoa foi de

(A)18 400 J.
(B)16 200 J.
(C)17 800 J.
(D)15 600 J.
(E)16 500 J.
Alternativa correta: (A)
Resolução

Do gráfico, para a caminhada a $1{,}5\,\text{m/s}$, a potência é $P_1=480\,\text{W}$. Para a corrida a $2{,}5\,\text{m/s}$, a potência é $P_2=880\,\text{W}$.

A energia transformada em cada trecho é $E=P\Delta t$:

$E_1=480\cdot20=9600\,\text{J}$

$E_2=880\cdot10=8800\,\text{J}$

Logo, $E=E_1+E_2=18400\,\text{J}$.

Q52
Termologia — Calorimetria e pressão atmosférica

Os gráficos 1 e 2 mostram, respectivamente, a variação da temperatura de ebulição da água pura em função da pressão atmosférica e a variação da pressão atmosférica em função da altitude em relação ao nível do mar.

Gráfico 1: temperatura de ebulição da água pura em função da pressão atmosférica
Gráfico 2: pressão atmosférica em função da altitude

A tabela apresenta cinco cidades e suas respectivas altitudes aproximadas.

CidadeAltitude (m)
Franca (Brasil)1 000
Mek’ele (Etiópia)2 000
Huaraz (Peru)3 000
Potosí (Bolívia)4 000
Wenquan (China)5 000

Considere que 1 000 g de água pura no estado líquido estavam, inicialmente, a 15 ºC em uma das cidades indicadas na tabela. Sabendo que, para iniciar a ebulição dessa massa de água em uma panela aberta, foi necessário fornecer à água 65 000 cal e que o calor específico da água líquida é 1 cal/(g · ºC), essa massa de água se encontrava na cidade de

(A)Mek’ele.
(B)Huaraz.
(C)Wenquan.
(D)Franca.
(E)Potosí.
Alternativa correta: (C)
Resolução

Até o início da ebulição, o calor fornecido é sensível:

$Q=mc\Delta T$.

$65000=1000\cdot1\cdot(T_e-15)$, de onde $T_e=80\,^{\circ}\text{C}$.

No gráfico 1, a ebulição a $80\,^{\circ}\text{C}$ corresponde à pressão atmosférica de aproximadamente $355\,\text{mmHg}$. No gráfico 2, essa pressão ocorre a cerca de $5\,\text{km}$ de altitude.

Na tabela, a cidade situada a $5000\,\text{m}$ é Wenquan.

Q53
Óptica — Miopia e lentes corretivas

Uma pessoa apresenta miopia. Para corrigir essa ametropia, ela utiliza óculos com lentes esféricas, como a representada por L na figura, que atuam em conjunto com as demais estruturas de seu globo ocular formando imagens nítidas na retina do olho.

Olho míope com lente corretiva L diante do olho e raios convergindo para a retina

Sabendo que a miopia é a única ametropia que afeta o olho dessa pessoa, as imagens projetadas em sua retina

(A)são sempre reais, e L deve ser convergente para corrigir o problema.
(B)podem ser reais ou virtuais, dependendo de L ser convergente ou divergente.
(C)são sempre virtuais, e L deve ser convergente para corrigir o problema.
(D)são sempre reais, e L deve ser divergente para corrigir o problema.
(E)são sempre virtuais, e L deve ser divergente para corrigir o problema.
Alternativa correta: (D)
Resolução

Para que a visão seja nítida, o sistema óptico do olho deve formar sobre a retina uma imagem real do objeto observado.

No olho míope, para objetos distantes, a convergência é excessiva e a imagem tenderia a se formar antes da retina. A correção é feita com uma lente divergente, que reduz a convergência dos raios antes de eles entrarem no olho.

Q54
Oscilações — Pêndulo simples

Um professor faz um experimento para demonstrar a relação entre a frequência de oscilação de um pêndulo simples e o comprimento desse pêndulo. Para isso, segura uma extremidade de um fio de massa desprezível que está apoiado em um pino horizontal fixo em uma parede, de modo que o comprimento suspenso desse fio meça 80 cm. Nessa situação, uma pequena esfera, presa à outra extremidade desse fio, oscila em um plano vertical, entre os pontos P e Q, com uma frequência de oscilação $f_0$.

Pêndulo simples de 80 cm com fio apoiado em um pino e extremidade puxada horizontalmente

Em determinado instante do movimento oscilatório, o professor puxa o fio movimentando sua mão horizontalmente para a direita com velocidade constante de 20 cm/s, durante 3 s, e o fio desliza sobre o pino. Considerando que o período de oscilação desse pêndulo possa ser calculado com a expressão $T=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$, em que $L$ é o comprimento do pêndulo e $g$ é a aceleração da gravidade local, ao final do intervalo de 3 s a nova frequência de oscilação desse pêndulo será:

(A)$4f_0$
(B)$2f_0$
(C)$\dfrac{f_0}{2}$
(D)$\dfrac{f_0}{4}$
(E)$8f_0$
Alternativa correta: (B)
Resolução

Em $3\,\text{s}$, a mão desloca a extremidade do fio de

$\Delta L=20\cdot3=60\,\text{cm}$.

Como o fio desliza sobre o pino, o comprimento suspenso diminui de $80\,\text{cm}$ para $20\,\text{cm}$.

Como $f=1/T$ e $T\propto\sqrt{L}$, temos $f\propto1/\sqrt{L}$. Portanto,

$\dfrac{f}{f_0}=\sqrt{\dfrac{80}{20}}=2$.

Assim, $f=2f_0$.

Q55
Eletrodinâmica — Resistência elétrica e circuito em série

A figura representa, de forma esquemática, um dispositivo capaz de regular a intensidade do brilho de uma lâmpada. Esse dispositivo é constituído de dois resistores em forma de fio, $R_1$ e $R_2$, ambos feitos de um mesmo material e com mesma área de secção transversal. O resistor $R_1$ tem comprimento $L$ e o resistor $R_2$ tem formato semicircular e comprimento $4L$. Nesse dispositivo, o que controla o brilho da lâmpada é o ponteiro P, que pode fazer contato com o resistor $R_2$ em qualquer ponto localizado entre seus extremos I e II.

Circuito com fonte de 120 V, resistores R1 e R2, ponteiro móvel P e lâmpada

Quando o ponteiro faz contato com o ponto I, a lâmpada é percorrida por uma corrente $i_I=0{,}3\,\text{A}$ e apresenta seu brilho mínimo. Quando o ponteiro faz contato com o ponto II, a lâmpada é percorrida por uma corrente $i_{II}=0{,}5\,\text{A}$ e apresenta seu brilho máximo. Desconsiderando a resistência dos fios de ligação e sabendo que o sistema está ligado a uma diferença de potencial constante de 120 V, a resistência elétrica dessa lâmpada é de

(A)200 $\Omega$.
(B)300 $\Omega$.
(C)100 $\Omega$.
(D)400 $\Omega$.
(E)500 $\Omega$.
Alternativa correta: (A)
Resolução

Como os fios resistivos têm o mesmo material e a mesma área de secção transversal, a resistência é proporcional ao comprimento. Seja $R$ a resistência de $R_1$. Então a resistência total de $R_2$ é $4R$.

Com o ponteiro em I, toda a resistência $R_2$ participa do circuito:

$R_L+R+4R=\dfrac{120}{0{,}3}=400\,\Omega$.

Com o ponteiro em II, a parcela de $R_2$ no circuito é nula:

$R_L+R=\dfrac{120}{0{,}5}=240\,\Omega$.

Subtraindo as equações, $4R=160\,\Omega$, logo $R=40\,\Omega$. Assim,

$R_L=240-40=200\,\Omega$.

Q56
Vetores e energia — Velocidade do vento

O mapa, feito em malha quadriculada, indica três vetores com direções, sentidos e módulos das velocidades médias dos ventos que incidiram sobre uma turbina eólica giratória, indicada pelo ponto T, durante 24 horas de determinado dia do ano. Nesse dia, a turbina recebeu ventos apenas de A, B e C, sendo que as porcentagens associadas a cada vetor indicam a fração do dia em que tais ventos incidiram em T.

Malha quadriculada com vetores de vento de A, B e C para a turbina T e percentuais de 50%, 30% e 20%

Considerando que cada centímetro do mapa corresponde à velocidade média do vento de 5 km/h e que a turbina localizada em T gera uma unidade de energia por hora para cada 1 km/h de velocidade média do vento, o total de unidades de energia gerada por essa turbina nesse dia foi de

(A)456.
(B)432.
(C)516.
(D)448.
(E)416.
Alternativa correta: (C)
Resolução

Pela malha, os módulos dos vetores medem $5\,\text{cm}$ para A, $4\,\text{cm}$ para B e $3\,\text{cm}$ para C. Como cada centímetro representa $5\,\text{km/h}$:

$v_A=25\,\text{km/h}$, $v_B=20\,\text{km/h}$ e $v_C=15\,\text{km/h}$.

Os tempos de incidência são $50\%$, $30\%$ e $20\%$ de 24 h:

$\Delta t_A=12\,\text{h}$, $\Delta t_B=7{,}2\,\text{h}$ e $\Delta t_C=4{,}8\,\text{h}$.

Como a turbina gera uma unidade de energia por hora para cada $1\,\text{km/h}$,

$E=25\cdot12+20\cdot7{,}2+15\cdot4{,}8=300+144+72=516$ unidades.

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