Vestibular Meio de Ano 2015 · Prova de Conhecimentos Gerais — questões de Física Q75 a Q82.
Q75
Cinemática — Lançamento Horizontal e Referenciais
A fotografia mostra um avião bombardeiro norte-americano B52 despejando bombas sobre determinada cidade no Vietnã do Norte, em dezembro de 1972.
(www.nationalmuseum.af.mil. Adaptado.)
Durante essa operação, o avião bombardeiro sobrevoou, horizontalmente e com velocidade vetorial constante, a região atacada, enquanto abandonava as bombas que, na fotografia tirada de outro avião em repouso em relação ao bombardeiro, aparecem alinhadas verticalmente sob ele, durante a queda. Desprezando a resistência do ar e a atuação de forças horizontais sobre as bombas, é correto afirmar que:
A) no referencial em repouso sobre a superfície da Terra, cada bomba percorreu uma trajetória parabólica diferente.
B) no referencial em repouso sobre a superfície da Terra, as bombas estavam em movimento retilíneo acelerado.
C) no referencial do avião bombardeiro, a trajetória de cada bomba é representada por um arco de parábola.
D) enquanto caíam, as bombas estavam todas em repouso, uma em relação às outras.
E) as bombas atingiram um mesmo ponto sobre a superfície da Terra, uma vez que caíram verticalmente.
Alternativa correta: A
Resolução
No instante em que é abandonada, cada bomba mantém a velocidade horizontal do avião. Como não há força horizontal, essa componente permanece constante; verticalmente, a bomba acelera pela ação da gravidade.
Assim, no referencial da Terra, cada bomba descreve uma trajetória parabólica. Como as bombas são liberadas em posições diferentes ao longo do voo, as parábolas são transladadas umas em relação às outras.
No referencial do bombardeiro, por outro lado, a componente horizontal relativa é nula e cada bomba cai verticalmente.
Q76
Cinemática — Velocidade Média
João mora em São Paulo e tem um compromisso às 16 h em São José dos Campos, distante 90 km de São Paulo. Pretendendo fazer uma viagem tranquila, saiu, no dia do compromisso, de São Paulo às 14h, planejando chegar ao local pontualmente no horário marcado. Durante o trajeto, depois de ter percorrido um terço do percurso com velocidade média de 45 km/h, João recebeu uma ligação em seu celular pedindo que ele chegasse meia hora antes do horário combinado.
(www.google.com.br. Adaptado.)
Para chegar ao local do compromisso no novo horário, desprezando-se o tempo parado para atender a ligação, João deverá desenvolver, no restante do percurso, uma velocidade média, em km/h, no mínimo, igual a
A) 120.
B) 60.
C) 108.
D) 72.
E) 90.
Alternativa correta: D
Resolução
O primeiro terço do percurso corresponde a $30\,\text{km}$. A $45\,\text{km/h}$, esse trecho é percorrido em $\Delta t_1=30/45=2/3\,\text{h}=40\,\text{min}$.
Logo, a ligação ocorre às 14h40. O novo horário de chegada é 15h30, restando $50\,\text{min}=5/6\,\text{h}$ para percorrer os $60\,\text{km}$ restantes.
$v_m=\dfrac{60}{5/6}=72\,\text{km/h}$.
Q77
Quantidade de Movimento — Explosão
Enquanto movia-se por uma trajetória parabólica depois de ter sido lançada obliquamente e livre de resistência do ar, uma bomba de $400\,\text{g}$ explodiu em três partes, A, B e C, de massas $m_A=200\,\text{g}$ e $m_B=m_C=100\,\text{g}$. A figura representa as três partes da bomba e suas respectivas velocidades em relação ao solo, imediatamente depois da explosão.
Analisando a figura, é correto afirmar que a bomba, imediatamente antes de explodir, tinha velocidade de módulo igual a
A) $100\,\text{m/s}$ e explodiu antes de atingir a altura máxima de sua trajetória.
B) $100\,\text{m/s}$ e explodiu exatamente na altura máxima de sua trajetória.
C) $200\,\text{m/s}$ e explodiu depois de atingir a altura máxima de sua trajetória.
D) $400\,\text{m/s}$ e explodiu exatamente na altura máxima de sua trajetória.
E) $400\,\text{m/s}$ e explodiu depois de atingir a altura máxima de sua trajetória.
Alternativa correta: B
Resolução
Durante a explosão, o impulso externo é desprezível no curtíssimo intervalo de tempo considerado, portanto a quantidade de movimento total se conserva.
Após a explosão, na vertical: $p_y=(0{,}1)(200)-(0{,}2)(100)=20-20=0$.
Na horizontal, apenas o fragmento C contribui: $p_x=(0{,}1)(400)=40\,\text{kg·m/s}$.
Antes da explosão, para a massa total de $0{,}4\,\text{kg}$, $v=40/0{,}4=100\,\text{m/s}$. Como a componente vertical da velocidade era nula, a explosão ocorreu exatamente na altura máxima da trajetória.
Q78
Hidrostática — Pressão
A figura representa uma cisterna com a forma de um cilindro circular reto de $4\,\text{m}$ de altura instalada sob uma laje de concreto.
(www.fazfacil.com.br. Adaptado.)
Considere que apenas 20% do volume dessa cisterna esteja ocupado por água. Sabendo que a densidade da água é igual a $1000\,\text{kg/m}^3$, adotando $g=10\,\text{m/s}^2$ e supondo o sistema em equilíbrio, é correto afirmar que, nessa situação, a pressão exercida apenas pela água no fundo horizontal da cisterna, em Pa, é igual a
A) 2000.
B) 16000.
C) 1000.
D) 4000.
E) 8000.
Alternativa correta: E
Resolução
Como a cisterna é cilíndrica, ocupar 20% do volume corresponde a ocupar 20% de sua altura. Assim, a coluna de água tem $h=0{,}20\cdot4=0{,}8\,\text{m}$.
A pressão hidrostática exercida apenas pela água é $p=\rho gh=(1000)(10)(0{,}8)=8000\,\text{Pa}$.
Q79
Termologia — Dilatação Térmica
Dois copos de vidro iguais, em equilíbrio térmico com a temperatura ambiente, foram guardados, um dentro do outro, conforme mostra a figura. Uma pessoa, ao tentar desencaixá-los, não obteve sucesso. Para separá-los, resolveu colocar em prática seus conhecimentos da física térmica.
(http://dicas-para-poupar.blogs.sapo.pt)
De acordo com a física térmica, o único procedimento capaz de separá-los é:
A) mergulhar o copo B em água em equilíbrio térmico com cubos de gelo e encher o copo A com água à temperatura ambiente.
B) colocar água quente (superior à temperatura ambiente) no copo A.
C) mergulhar o copo B em água gelada (inferior à temperatura ambiente) e deixar o copo A sem líquido.
D) encher o copo A com água quente (superior à temperatura ambiente) e mergulhar o copo B em água gelada (inferior à temperatura ambiente).
E) encher o copo A com água gelada (inferior à temperatura ambiente) e mergulhar o copo B em água quente (superior à temperatura ambiente).
Alternativa correta: E
Resolução
Para facilitar a separação, o copo interno A deve contrair e o copo externo B deve dilatar.
Logo, deve-se resfriar A, colocando água gelada em seu interior, e aquecer B, mergulhando-o em água quente. Essa combinação aumenta a folga entre os copos.
Q80
Óptica — Refração
Dois raios luminosos monocromáticos, um azul e um vermelho, propagam-se no ar, paralelos entre si, e incidem sobre uma esfera maciça de vidro transparente de centro C e de índice de refração $\sqrt{3}$, nos pontos A e V. Após atravessarem a esfera, os raios emergem pelo ponto P, de modo que o ângulo entre eles é igual a $60^\circ$.
Considerando que o índice de refração absoluto do ar seja igual a 1, que $\operatorname{sen}60^\circ=\dfrac{\sqrt{3}}{2}$ e que $\operatorname{sen}30^\circ=\dfrac{1}{2}$, o ângulo $\alpha$ indicado na figura é igual a
A) $90^\circ$.
B) $165^\circ$.
C) $120^\circ$.
D) $135^\circ$.
E) $150^\circ$.
Alternativa correta: C
Resolução
O raio vermelho atravessa a esfera ao longo do diâmetro $VCP$, portanto incide normalmente nas duas superfícies e não sofre desvio. Assim, no ponto P, a direção do raio vermelho coincide com a normal $CP$.
O raio azul emerge formando $60^\circ$ com essa normal. Aplicando a lei de Snell na passagem vidro-ar em P: $\sqrt{3}\operatorname{sen}i=1\cdot\operatorname{sen}60^\circ=\dfrac{\sqrt{3}}{2}$. Logo, $\operatorname{sen}i=1/2$ e $i=30^\circ$.
No triângulo $ACP$, $CA=CP$ por serem raios da esfera. Portanto, os ângulos da base em A e P valem $30^\circ$, e o ângulo central é $\alpha=180^\circ-30^\circ-30^\circ=120^\circ$.
Q81
Eletrostática — Eletrização por Contato e Lei de Coulomb
Em um experimento de eletrostática, um estudante dispunha de três esferas metálicas idênticas, A, B e C, eletrizadas, no ar, com cargas elétricas $5Q$, $3Q$ e $-2Q$, respectivamente.
Utilizando luvas de borracha, o estudante coloca as três esferas simultaneamente em contato e, depois de separá-las, suspende A e C por fios de seda, mantendo-as próximas. Verifica, então, que elas interagem eletricamente, permanecendo em equilíbrio estático a uma distância $d$ uma da outra. Sendo $k$ a constante eletrostática do ar, assinale a alternativa que contém a correta representação da configuração de equilíbrio envolvendo as esferas A e C e a intensidade da força de interação elétrica entre elas.
A)
B)
C)
D)
E)
Alternativa correta: B
Resolução
A carga total do sistema é $5Q+3Q-2Q=6Q$. Como as três esferas são metálicas e idênticas e entram simultaneamente em contato, a carga se distribui igualmente: $q_A=q_B=q_C=6Q/3=2Q$.
Depois de separadas, A e C possuem cargas positivas iguais, portanto se repelem. A intensidade da força é $F=k\dfrac{(2Q)(2Q)}{d^2}=\dfrac{4kQ^2}{d^2}$.
A alternativa que apresenta repulsão e essa intensidade é B.
Q82
Eletrodinâmica — Associação em Série e Choque Elétrico
O poraquê é um peixe elétrico que vive nas águas amazônicas. Ele é capaz de produzir descargas elétricas elevadas pela ação de células musculares chamadas eletrócitos. Cada eletrócito pode gerar uma diferença de potencial de cerca de $0{,}14\,\text{V}$. Um poraquê adulto possui milhares dessas células dispostas em série que podem, por exemplo, ativar-se quando o peixe se encontra em perigo ou deseja atacar uma presa.
(www.aquariodesaopaulo.com.br. Adaptado.)
A corrente elétrica que atravessa o corpo de um ser humano pode causar diferentes danos biológicos, dependendo de sua intensidade e da região que ela atinge. A tabela indica alguns desses danos em função da intensidade da corrente elétrica.
intensidade de corrente elétrica
dano biológico
até 10 mA
apenas formigamento
de 10 mA até 20 mA
contrações musculares
de 20 mA até 100 mA
convulsões e parada respiratória
de 100 mA até 3 A
fibrilação ventricular
acima de 3 A
parada cardíaca e queimaduras graves
(José Enrique R. Duran. Biofísica: fundamentos e aplicações, 2003. Adaptado.)
Considere um poraquê que, com cerca de 8000 eletrócitos, produza uma descarga elétrica sobre o corpo de uma pessoa. Sabendo que a resistência elétrica da região atingida pela descarga é de $6000\,\Omega$, de acordo com a tabela, após o choque essa pessoa sofreria
A) parada respiratória.
B) apenas formigamento.
C) contrações musculares.
D) fibrilação ventricular.
E) parada cardíaca.
Alternativa correta: D
Resolução
Como os $8000$ eletrócitos estão associados em série, as diferenças de potencial se somam: $V=8000\cdot0{,}14=1120\,\text{V}$.
Pela lei de Ohm, $i=\dfrac{V}{R}=\dfrac{1120}{6000}\approx0{,}187\,\text{A}=187\,\text{mA}$.
Esse valor está entre $100\,\text{mA}$ e $3\,\text{A}$. De acordo com a tabela fornecida, o efeito correspondente é fibrilação ventricular.
