Unifesp · 2007 · CG — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal de São Paulo

Edição 2007 · Prova de Conhecimentos Gerais, 15 questões de Física (Q46-Q60) — resolução comentada.

Q46
Eletricidade — Eletrodinâmica — Natureza escalar da corrente

Uma das grandezas que representa o fluxo de elétrons que atravessa um condutor é a intensidade da corrente elétrica, representada pela letra i. Trata-se de uma grandeza

A)

vetorial, porque a ela sempre se associa um módulo, uma direção e um sentido.

B)

escalar, porque é definida pela razão entre grandezas escalares: carga elétrica e tempo.

C)

vetorial, porque a corrente elétrica se origina da ação do vetor campo elétrico que atua no interior do condutor.

D)

escalar, porque o eletromagnetismo só pode ser descrito por grandezas escalares.

E)

vetorial, porque as intensidades das correntes que convergem em um nó sempre se somam vetorialmente.

Alternativa correta: B
Resolução comentada

A corrente é $$i=\Delta Q/\Delta t,$$ razão entre duas grandezas escalares.

O sentido convencional no fio permite atribuir um sinal à corrente; isso não a transforma em um vetor que se soma por componentes espaciais.

Resposta: B

Q47
Mecânica — Cinemática — Aceleração centrípeta

A trajetória de uma partícula, representada na figura, é um arco de circunferência de raio r = 2,0 m, percorrido com velocidade de módulo constante, v = 3,0 m/s.

Figura original da questão 47, UNIFESP 2007

O módulo da aceleração vetorial dessa partícula nesse trecho, em m/s2, é

A)

zero.

B)

1,5.

C)

3,0.

D)

4,5.

E)

impossível de ser calculado.

Alternativa correta: D
Resolução comentada

Mesmo com rapidez constante, a direção da velocidade muda no arco.

A aceleração é centrípeta: $$a=v^2/r=3^2/2=4{,}5\ m/s^2.$$

Resposta: D

Q48
Mecânica — Dinâmica — Movimento após ruptura do fio

Na representação da figura, o bloco A desce verticalmente e traciona o bloco B, que se movimenta em um plano horizontal por meio de um fio inextensível. Considere desprezíveis as massas do fio e da roldana e todas as forças de resistência ao movimento.

Figura da questão 48 de Física — UNIFESP 2007 CG

Suponha que, no instante representado na figura, o fio se quebre. Pode-se afirmar que, a partir desse instante,

A)

o bloco A adquire aceleração igual à da gravidade; o bloco B pára.

B)

o bloco A adquire aceleração igual à da gravidade; o bloco B passa a se mover com velocidade constante.

C)

o bloco A adquire aceleração igual à da gravidade; o bloco B reduz sua velocidade e tende a parar.

D)

os dois blocos passam a se mover com velocidade constante.

E)

os dois blocos passam a se mover com a mesma aceleração.

Alternativa correta: B
Resolução comentada

Após a ruptura, o bloco A fica sujeito apenas ao peso e cai com aceleração g.

No bloco B, peso e normal se equilibram e não há força horizontal; ele conserva a velocidade que possuía no instante da ruptura.

Resposta: B

Q49
Mecânica — Dinâmica — Atrito em plano inclinado

Conforme noticiou um site da Internet em 30.8.2006, cientistas da Universidade de Berkeley, Estados Unidos, “criaram uma malha de microfibras sintéticas que utilizam um efeito de altíssima fricção para sustentar cargas em superfícies lisas”, à semelhança dos “incríveis pêlos das patas das lagartixas”. (www.inovacaotecnologica.com.br). Segundo esse site, os pesquisadores demonstraram que a malha criada “consegue suportar uma moeda sobre uma superfície de vidro inclinada a até 80º” (veja a foto).

Figura da questão 49 de Física — UNIFESP 2007 CG

Dados sen 80º = 0,98; cos 80º = 0,17 e tg 80º = 5,7, pode-se afirmar que, nessa situação, o módulo da força de atrito estático máxima entre essa malha, que reveste a face de apoio da moeda, e o vidro, em relação ao módulo do peso da moeda, equivale a, aproximadamente,

A)

5,7%.

B)

11%.

C)

17%.

D)

57%.

E)

98%.

Alternativa correta: E
Resolução comentada

No limite de equilíbrio, o atrito sustenta a componente tangencial do peso: $$F_{at,max}=mg\sin80°=0{,}98mg.$$

Portanto corresponde a aproximadamente 98% do peso.

Resposta: E

Q50
Mecânica — Quantidade de movimento — Conservações em colisão elástica

A figura mostra a situação anterior a um choque elástico de três bolas idênticas. A bola 1 tem velocidade ; as bolas 2 e 3 estão em repouso. Depois do choque, as bolas passam a ter

Figura da questão 50 de Física — UNIFESP 2007 CG

A alternativa que representa uma situação possível para o movimento dessas bolas depois do choque é:

A)Diagrama da alternativa A da questão 50
B)Diagrama da alternativa B da questão 50
C)Diagrama da alternativa C da questão 50
D)Diagrama da alternativa D da questão 50
E)Diagrama da alternativa E da questão 50
Alternativa correta: C
Resolução comentada

É necessário conservar simultaneamente a quantidade de movimento vetorial e a energia cinética.

A configuração C permite que a bola 1 pare enquanto as outras duas têm componentes transversais opostas e componentes longitudinais que reproduzem o momento inicial.

Apenas impor a soma das velocidades sem verificar a energia não basta.

Resposta: C

Q51
Mecânica — Hidrostática — Sustentação por colchão de ar

A figura ilustra uma nova tecnologia de movimentação de cargas em terra: em vez de rodas, a plataforma se movimenta sobre uma espécie de colchão de ar aprisionado entre a base da plataforma (onde a carga se apóia) e o piso. Segundo uma das empresas que a comercializa, essa tecnologia “se baseia na eliminação do atrito entre a carga a ser manuseada e o piso, reduzindo quase que totalmente a força necessária [para manter o seu deslocamento]” (http://www.dandorikae.com.br/ m_tecnologia.htm). Essa “eliminação do atrito” se deve à força devida à pressão do ar aprisionado que atua para cima na face inferior da base da plataforma.

Figura da questão 51 de Física — UNIFESP 2007 CG

Suponha que você dispõe dos seguintes dados: – as faces superiores da plataforma e da carga (sobre as quais atua a pressão atmosférica) são horizontais e têm área total AS = 0,50 m2; – a face inferior (na qual atua a pressão do ar aprisionado) é horizontal e tem área AI = 0,25 m2; – a massa total da carga e da plataforma é M = 1000 kg; – a pressão atmosférica local é p0 = 1,0 ⋅ 105 Pa; – a aceleração da gravidade é g = 10 m/s2. Quando a plataforma está em movimento, pode-se afirmar que a pressão do ar aprisionado, em pascal, é de:

A)

1,2 ⋅ 105.

B)

2,4 ⋅ 105.

C)

3,2 ⋅ 105.

D)

4,4 ⋅ 105.

E)

5,2 ⋅ 105.

Alternativa correta: B
Resolução comentada

Na idealização apresentada, a força para cima é $pA_I$, e para baixo atuam $Mg+p_0A_S$.

Logo $$p=(1000\cdot10+10^5\cdot0{,}50)/0{,}25=2{,}4\times10^5\ \text{Pa}.$$

Resposta: B

Q52
Termologia — Dilatação térmica — Dimensionamento de tanque de expansão

O tanque de expansão térmica é uma tecnologia recente que tem por objetivo proteger caldeiras de aquecimento de água. Quando a temperatura da caldeira se eleva, a água se expande e pode romper a caldeira. Para que isso não ocorra, a água passa para o tanque de expansão térmica através de uma válvula; o tanque dispõe de um diafragma elástico que permite a volta da água para a caldeira.

Figura da questão 52 de Física — UNIFESP 2007 CG

Suponha que você queira proteger uma caldeira de volume 500 L, destinada a aquecer a água de 20 ºC a 80 ºC; que, entre essas temperaturas, pode-se adotar para o coeficiente de dilatação volumétrica da água o valor médio de 4,4 ⋅ 10–4 ºC–1 e considere desprezíveis a dilatação da caldeira e do tanque. Sabendo que o preço de um tanque de expansão térmica para essa finalidade é diretamente proporcional ao seu volume, assinale, das opções fornecidas, qual deve ser o volume do tanque que pode proporcionar a melhor relação custo-benefício.

A)

4,0 L.

B)

8,0 L.

C)

12 L.

D)

16 L.

E)

20 L.

Alternativa correta: D
Resolução comentada

O aumento de volume é $$\Delta V=V_0\gamma\Delta T=500\cdot4{,}4\times10^{-4}\cdot60=13{,}2\ \text{L}.$$

A menor capacidade oferecida que comporta essa expansão é 16 L.

Resposta: D

Q53
Termologia — Gases — Pressão em garrafa resfriada

Um estudante contou ao seu professor de Física que colocou uma garrafa PET vazia, fechada, no freezer de sua casa. Depois de algum tempo, abriu o freezer e verificou que a garrafa estava amassada. Na primeira versão do estudante, o volume teria se reduzido de apenas 10% do volume inicial; em uma segunda versão, a redução do volume teria sido bem maior, de 50%. Para avaliar a veracidade dessa história, o professor aplicou à situação descrita a Lei Geral dos Gases Perfeitos, fazendo as seguintes hipóteses, que admitiu verdadeiras: – a garrafa foi bem fechada, à temperatura ambiente de 27 ºC, e não houve vazamento de ar; – a temperatura do freezer era de –18 ºC; – houve tempo suficiente para o equilíbrio térmico; – a pressão interna do freezer tem de ser menor do que a pressão ambiente (pressão atmosférica). Assim, o professor pôde concluir que o estudante:

A)

falou a verdade na primeira versão, pois só essa redução do volume é compatível com a condição de que a pressão interna do freezer seja menor do que a pressão ambiente.

B)

falou a verdade na segunda versão, pois só essa redução do volume é compatível com a condição de que a pressão interna do freezer seja menor do que a pressão ambiente.

C)

mentiu nas duas versões, pois ambas implicariam em uma pressão interna do freezer maior do que a pressão ambiente.

D)

mentiu nas duas versões, pois é impossível a diminuição do volume da garrafa, qualquer que seja a relação entre a pressão interna do freezer e a pressão ambiente.

E)

mentiu nas duas versões, pois nessas condições a garrafa teria estufado ou até mesmo explodido, tendo em vista que a pressão interna do freezer é muito menor do que a pressão ambiente.

Alternativa correta: A
Resolução comentada

Pela lei geral, $$p_f/p_i=(255/300)(V_i/V_f).$$

Com redução de 10%, resulta $$0{,}85/0{,}90\approx0{,}944<1.$$

Com redução de 50%, resulta $$0{,}85/0{,}50=1{,}70>1.$$

Apenas a primeira versão satisfaz a hipótese de pressão final menor.

Resposta: A

Q54
Termologia — Termodinâmica — Aquecimento isobárico e isocórico

A figura representa uma amostra de um gás, suposto ideal, contida dentro de um cilindro. As paredes laterais e o êmbolo são adiabáticos; a base é diatérmica e está apoiada em uma fonte de calor.

Figura da questão 54 de Física — UNIFESP 2007 CG

I. o êmbolo pode mover-se livremente, permitindo que o gás se expanda à pressão constante; II. o êmbolo é fixo, mantendo o gás a volume constante. Suponha que nas duas situações a mesma quantidade de calor é fornecida a esse gás, por meio dessa fonte. Pode-se afirmar que a temperatura desse gás vai aumentar

A)

igualmente em ambas as situações.

B)

mais em I do que em II.

C)

mais em II do que em I.

D)

em I, mas se mantém constante em II.

E)

em II, mas se mantém constante em I.

Alternativa correta: C
Resolução comentada

Em volume constante, não há trabalho e todo o calor recebido eleva a energia interna.

Com êmbolo livre, parte do calor vira trabalho de expansão.

Para o mesmo calor e a mesma amostra, a temperatura aumenta mais em II.

Resposta: C

Q55
Óptica — Reflexão e espelhos — Orientação de imagens em espelhos planos

A figura representa um objeto e cinco espelhos planos, E1, E2, E3, E4 e E5.

Figura original da questão 55, UNIFESP 2007

Assinale a seqüência que representa corretamente as imagens do objeto conjugadas nesses espelhos.

A) E1: ↑, E2: →, E3: ↓, E4: ←, E5: ↑.
B) E1: ↑, E2: ↗, E3: ↓, E4: ↖, E5: ↑.
C) E1: ↑, E2: ↗, E3: ↑, E4: ↖, E5: ↑.
D) E1: ↑, E2: ↖, E3: ↓, E4: ↗, E5: ↑.
E) E1: ↓, E2: →, E3: ↑, E4: →, E5: ↓.
Alternativa correta: A
Resolução comentada

Reflita geometricamente a seta em relação à linha de cada espelho.

Nos verticais E1 e E5 ela continua para cima; no horizontal E3 fica para baixo.

Nos inclinados E2 e E4, fica respectivamente para a direita e para a esquerda.

Resposta: A

Q56
Óptica — Refração — Trajetória da luz no arco-íris

O arco-íris resulta da dispersão da luz do Sol quando incide nas gotas praticamente esféricas da água da chuva. Assinale a alternativa que melhor representa a trajetória de um raio de luz em uma gota de água na condição em que ocorre o arcoíris (I indica o raio incidente, vindo do Sol, o círculo representa a gota e O indica a posição do observador).

A)

Figura da questão 56 de Física — UNIFESP 2007 CG
B)

Figura da questão 56 de Física — UNIFESP 2007 CG
C)

Figura da questão 56 de Física — UNIFESP 2007 CG
D)

Figura da questão 56 de Física — UNIFESP 2007 CG
E)

Figura da questão 56 de Física — UNIFESP 2007 CG
Alternativa correta: E
Resolução comentada

No arco-íris primário, o raio refrata ao entrar na gota, sofre uma reflexão interna e refrata ao sair em direção ao observador.

A dispersão separa as cores.

A trajetória E reúne essas três etapas.

Resposta: E

Q57
Óptica — Óptica da visão — Correção de hipermetropia

Uma das lentes dos óculos de uma pessoa tem convergência +2,0 di. Sabendo que a distância mínima de visão distinta de um olho normal é 0,25 m, pode-se supor que o defeito de visão de um dos olhos dessa pessoa é

A)

hipermetropia, e a distância mínima de visão distinta desse olho é 40 cm.

B)

miopia, e a distância máxima de visão distinta desse olho é 20 cm.

C)

hipermetropia, e a distância mínima de visão distinta desse olho é 50 cm.

D)

miopia, e a distância máxima de visão distinta desse olho é 10 cm.

E)

hipermetropia, e a distância mínima de visão distinta desse olho é 80 cm.

Alternativa correta: C
Resolução comentada

A vergência positiva indica lente convergente.

Para permitir visão de objeto a 25 cm, a lente deve formar imagem virtual no ponto próximo do olho.

Como $$2=1/0{,}25+1/p',$$ resulta $$p'=-0{,}50\ \text{m}.$$

O ponto próximo é 50 cm.

Resposta: C

Q58
Eletricidade — Eletrodinâmica — Capacidade de bateria em ampere-hora

Uma das especificações mais importantes de uma bateria de automóvel é o ampere-hora (Ah), uma unidade prática que permite ao consumidor fazer uma avaliação prévia da durabilidade da bateria. Em condições ideais, uma bateria de 50 Ah funciona durante 1 h quando percorrida por uma corrente elétrica de intensidade 50 A, ou durante 25 h, se a intensidade da corrente for 2 A. Na prática, o ampere-hora nominal de uma bateria só é válido para correntes de baixa intensidade – para correntes de alta intensidade, o valor efetivo do ampere-hora chega a ser um quarto do valor nominal. Tendo em vista essas considerações, pode-se afirmar que o amperehora mede a

A)

potência útil fornecida pela bateria.

B)

potência total consumida pela bateria.

C)

força eletromotriz da bateria.

D)

energia potencial elétrica fornecida pela bateria.

E)

quantidade de carga elétrica fornecida pela bateria.

Alternativa correta: E
Resolução comentada

Pela definição de corrente, $$Q=i\Delta t.$$

Assim, ampere-hora é uma unidade de carga elétrica: $1$ Ah corresponde a 3600 C.

Não mede diretamente energia, pois seria necessário conhecer também a tensão.

Resposta: E

Q59
Eletricidade — Eletrodinâmica — Resistor em série com LED

Uma das mais promissoras novidades tecnológicas atuais em iluminação é um diodo emissor de luz (LED) de alto brilho, comercialmente conhecido como luxeon. Apesar de ter uma área de emissão de luz de 1 mm2 e consumir uma potência de apenas 1,0 W, aproximadamente, um desses diodos produz uma iluminação equivalente à de uma lâmpada incandescente comum de 25 W. Para que esse LED opere dentro de suas especificações, o circuito da figura é um dos sugeridos pelo fabricante: a bateria tem fem E = 6,0 V (resistência interna desprezível) e a intensidade da corrente elétrica deve ser de 330 mA.

Figura da questão 59 de Física — UNIFESP 2007 CG

Nessas condições, pode-se concluir que a resistência do resistor R deve ser, em ohms, aproximadamente de:

A)

2,0.

B)

4,5.

C)

9,0.

D)

12.

E)

20.

Alternativa correta: C
Resolução comentada

A tensão no LED é $$U_{LED}=P/i\approx1/0{,}330=3{,}03\ \text{V}.$$

Restam $$6-3{,}03=2{,}97\ \text{V}$$ no resistor.

Portanto $$R=2{,}97/0{,}330\approx9\ \Omega.$$

Resposta: C

Q60
Eletromagnetismo — Indução eletromagnética — Lanterna por indução

A foto mostra uma lanterna sem pilhas, recentemente lançada no mercado. Ela funciona transformando em energia elétrica a energia cinética que lhe é fornecida pelo usuário – para isso ele deve agitá-la fortemente na direção do seu comprimento. Como o interior dessa lanterna é visível, pode-se ver como funciona: ao agitá-la, o usuário faz um ímã cilíndrico atravessar uma bobina para frente e para trás. O movimento do ímã através da bobina faz aparecer nela uma corrente induzida que percorre e acende a lâmpada.

Figura da questão 60 de Física — UNIFESP 2007 CG

O princípio físico em que se baseia essa lanterna e a corrente induzida na bobina são, respectivamente:

A)

indução eletromagnética; corrente alternada.

B)

indução eletromagnética; corrente contínua.

C)

lei de Coulomb; corrente contínua.

D)

lei de Coulomb; corrente alternada.

E)

lei de Ampère; correntes alternada ou contínua podem ser induzidas.

Alternativa correta: A
Resolução comentada

O movimento do ímã altera o fluxo magnético através da bobina e induz uma corrente pela lei de Faraday.

Ao inverter o movimento, inverte-se o sinal da variação de fluxo e o sentido da corrente, que é alternada.

Resposta: A

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