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Unifesp · 2008 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal de São Paulo

Edição 2008 · Conhecimentos Gerais e Específicos — resolução comentada.

Q46
Mecânica — Cinemática — Sinal da velocidade

A função da velocidade em relação ao tempo de um ponto material em trajetória retilínea, no SI, é v = 5,0 – 2,0t. Por meio dela pode-se afirmar que, no instante t = 4,0 s, a velocidade desse ponto material tem módulo

A)

13 m/s e o mesmo sentido da velocidade inicial.

B)

3,0 m/s e o mesmo sentido da velocidade inicial.

C)

zero, pois o ponto material já parou e não se movimenta mais.

D)

3,0 m/s e sentido oposto ao da velocidade inicial.

E)

13 m/s e sentido oposto ao da velocidade inicial.

Alternativa correta: D
Resolução

Substituindo t=4 s, $v=5-2\cdot4=-3$ m/s. O módulo é 3 m/s, e o sinal negativo indica sentido oposto ao da velocidade inicial positiva.

Resposta: D

Q47
Mecânica — Dinâmica — Identificação de ação e reação

Na figura está representado um lustre pendurado no teto de uma sala.

Figura da questão 47 de Física — UNIFESP 2008 CG

Nessa situação, considere as seguintes forças: I. O peso do lustre, exercido pela Terra, aplicado no centro de gravidade do lustre. II. A tração que sustenta o lustre, aplicada no ponto em que o lustre se prende ao fio. III. A tração exercida pelo fio no teto da sala, aplicada no ponto em que o fio se prende ao teto. IV. A força que o teto exerce no fio, aplicada no ponto em que o fio se prende ao teto. Dessas forças, quais configuram um par ação-reação, de acordo com a Terceira Lei de Newton?

A)

I e II.

B)

II e III.

C)

III e IV.

D)

I e III.

E)

II e IV.

Alternativa correta: C
Resolução

Um par ação–reação descreve a mesma interação em corpos distintos. A força do fio no teto (III) e a força do teto no fio (IV) formam esse par. Peso e tração no lustre atuam no mesmo corpo e não são ação e reação entre si.

Resposta: C

Q48
Mecânica — Gravitação — Centro de massa do sistema Terra–Lua

A massa da Terra é aproximadamente oitenta vezes a massa da Lua e a distância entre os centros de massa desses astros é aproximadamente sessenta vezes o raio da Terra. A respeito do sistema Terra-Lua, pode-se afirmar que

A)

a Lua gira em torno da Terra com órbita elíptica e em um dos focos dessa órbita está o centro de massa da Terra.

B)

a Lua gira em torno da Terra com órbita circular e o centro de massa da Terra está no centro dessa órbita.

C)

a Terra e a Lua giram em torno de um ponto comum, o centro de massa do sistema Terra-Lua, localizado no interior da Terra.

D)

a Terra e a Lua giram em torno de um ponto comum, o centro de massa do sistema Terra-Lua, localizado no meio da distância entre os centros de massa da Terra e da Lua.

E)

a Terra e a Lua giram em torno de um ponto comum, o centro de massa do sistema Terra-Lua, localizado no interior da Lua.

Alternativa correta: C
Resolução

Medido a partir do centro da Terra, $r_{CM}=m_Ld/(m_T+m_L)=60R_T/81\approx0{,}741R_T$. Esse ponto fica no interior terrestre e é o centro em torno do qual ambos os astros orbitam.

Resposta: C

Q49
Mecânica — Quantidade de Movimento — Impulso para deter uma esfera

Uma menina deixa cair uma bolinha de massa de modelar que se choca verticalmente com o chão e pára; a bolinha tem massa 10 g e atinge o chão com velocidade de 3,0 m/s. Pode-se afirmar que o impulso exercido pelo chão sobre essa bolinha é vertical, tem sentido para

A)

cima e módulo 3,0·10–2 N·s.

B)

baixo e módulo 3,0·10–2 N·s.

C)

cima e módulo 6,0·10–2 N·s.

D)

baixo e módulo 6,0·10–2 N·s.

E)

cima e módulo igual a zero.

Alternativa correta: A
Resolução

Tomando para cima como positivo, $v_i=-3$ m/s e $v_f=0$. Na aproximação de impacto rápido, $I=m\Delta v=0{,}010\cdot3=0{,}030$ N·s, para cima. Despreza-se o impulso do peso durante o curto choque.

Resposta: A

Q50
Mecânica — Trabalho e Energia — Forças conservativas e dissipativas

Na figura estão representadas duas situações físicas cujo objetivo é ilustrar o conceito de trabalho de forças conservativas e dissipativas.

Figura da questão 50 de Física — UNIFESP 2008 CG
Figura da questão 50 de Física — UNIFESP 2008 CG

Em I, o bloco é arrastado pela força sobre o plano horizontal; por causa do atrito, quando a força cessa o bloco pára. Em II, o bloco, preso à mola e em repouso no ponto O, é puxado pela força sobre o plano horizontal, sem que sobre ele atue nenhuma força de resistência; depois de um pequeno deslocamento, a força cessa e o bloco volta, puxado pela mola, e passa a oscilar em torno do ponto O. Essas figuras ilustram:

A)

I: exemplo de trabalho de força dissipativa (força de atrito), para o qual a energia mecânica não se conserva; II: exemplo de trabalho de força conservativa (força elástica), para o qual a energia mecânica se conserva.

B)

I: exemplo de trabalho de força dissipativa (força de atrito), para o qual a energia mecânica se conserva; II: exemplo de trabalho de força conservativa (força elástica), para o qual a energia mecânica não se conserva.

C)

I: exemplo de trabalho de força conservativa (força de atrito), para o qual a energia mecânica não se conserva; II: exemplo de trabalho de força dissipativa (força elástica), para o qual a energia mecânica se conserva.

D)

I: exemplo de trabalho de força conservativa (força de atrito), para o qual a energia mecânica se conserva; II: exemplo de trabalho de força dissipativa (força elástica), para o qual a energia mecânica não se conserva.

E)

I: exemplo de trabalho de força dissipativa (força de atrito); II: exemplo de trabalho de força conservativa (força elástica), mas em ambos a energia mecânica se conserva.

Alternativa correta: A
Resolução

O atrito transforma energia mecânica em outras formas de energia e é dissipativo. A força elástica armazena e devolve energia potencial $kx^2/2$. Depois que cessa a força aplicada em II, a energia mecânica do sistema sem resistência se conserva.

Resposta: A

Q51
Mecânica — Hidrostática — Pressão em tubo com gás confinado

A figura representa um tubo em U contendo um líquido L e fechado em uma das extremidades, onde está confinado um gás G; A e B são dois pontos no mesmo nível.

Figura da questão 51 de Física — UNIFESP 2008 CG

Sendo p0 a pressão atmosférica local, pG a pressão do gás confinado, pA e pB a pressão total nos pontos A e B (pressão devida à coluna líquida somada à pressão que atua na sua superfície), pode-se afirmar que:

A)

p0 = pG = pA = pB.

B)

p0 > pG e pA = pB.

C)

p0 < pG e pA = pB.

D)

p0 > pG > pA > pB.

E)

p0 < pG < pA < pB.

Alternativa correta: C
Resolução

Pontos no mesmo nível do mesmo líquido em repouso têm pressões iguais: $p_A=p_B$. A coluna aberta é mais alta que a interface com o gás; isso exige $p_G>p_0$ para equilibrar a pressão hidrostática.

Resposta: C

Q52
Termologia — Calorimetria — Interferência do termômetro na medida

Em uma experiência de laboratório, um aluno mede a temperatura de uma pequena quantidade de água contida em um tubo de ensaio (a água e o tubo foram previamente aquecidos e estão em equilíbrio térmico). Para isso, imerge nessa água um termômetro de mercúrio em vidro que, antes da imersão, marcava a temperatura ambiente: 20 ºC. Assim que todo o bulbo do termômetro é imerso na água, a coluna de mercúrio sobe durante alguns segundos até atingir 60 ºC e logo começa a baixar. Pode-se afirmar que a temperatura da água no instante em que o termômetro nela foi imerso era

A)

de 60 ºC, pois o termômetro nunca interfere na medida da temperatura e o calor perdido para o ambiente, nesse caso, é desprezível.

B)

de 60 ºC porque, nesse caso, embora possa haver perda de calor para o termômetro e para o ambiente, essas perdas não se manifestam, pois a medida da temperatura é instantânea.

C)

maior do que 60 ºC; a indicação é menor exclusivamente por causa da perda de calor para o ambiente, pois o termômetro não pode interferir na medida da temperatura.

D)

maior do que 60 ºC e a indicação é menor principalmente por causa da perda de calor para o termômetro.

E)

menor do que 60 ºC porque, nesse caso, a água absorve calor do ambiente e do termômetro.

Alternativa correta: D
Resolução

O termômetro inicialmente frio absorve calor da pequena amostra. Portanto a água já esfriou quando ele chega a 60 °C, além das perdas ao ambiente. A temperatura inicial da água era maior que 60 °C.

Resposta: D

Q53
Termologia — Calorimetria — Energia desperdiçada na vaporização

A enfermeira de um posto de saúde resolveu ferver 1,0 litro de água para ter uma pequena reserva de água esterilizada. Atarefada, ela esqueceu a água a ferver e quando a guardou verificou que restaram 950 mL. Sabe-se que a densidade da água é 1,0·103 kg/m3, o calor latente de vaporização da água é 2,3·106 J/kg e supõe-se desprezível a massa de água que evaporou ou possa ter saltado para fora do recipiente durante a fervura. Pode-se afirmar que a energia desperdiçada na transformação da água em vapor foi aproximadamente de:

A)

25 000 J.

B)

115 000 J.

C)

230 000 J.

D)

330 000 J.

E)

460 000 J.

Alternativa correta: B
Resolução

A diferença de volumes é 50 mL, equivalente a 0,050 kg de água. A energia latente é $Q=mL=0{,}050\cdot2{,}3\times10^6=115000$ J.

Resposta: B

Q54
Óptica — Refração — Profundidade aparente de um peixe

Na figura, P representa um peixinho no interior de um aquário a 13 cm de profundidade em relação à superfície da água. Um garoto vê esse peixinho através da superfície livre do aquário, olhando de duas posições: O1 e O2.

Figura original da questão 54 — UNIFESP 2008 CG

Sendo nágua = 1,3 o índice de refração da água, pode-se afirmar que o garoto vê o peixinho a uma profundidade de

A)

10 cm, de ambas as posições.

B)

17 cm, de ambas as posições.

C)

10 cm em O1 e 17 cm em O2.

D)

10 cm em O1 e a uma profundidade maior que 10 cm em O2.

E)

10 cm em O1 e a uma profundidade menor que 10 cm em O2.

Alternativa correta: E
Resolução

Próximo da incidência normal, $h'=h/n=13/1{,}3=10$ cm. Na observação mais oblíqua, a refração afasta mais a direção emergente da normal e o prolongamento dos raios coloca a imagem a profundidade menor que 10 cm.

Resposta: E

Q55
Óptica — Reflexão e Espelhos — Imagens reais e virtuais

Considere as situações seguintes. I. Você vê a imagem ampliada do seu rosto, conjugada por um espelho esférico. II. Um motorista vê a imagem reduzida de um carro atrás do seu, conjugada pelo espelho retrovisor direito. III. Uma aluna projeta, por meio de uma lente, a imagem do lustre do teto da sala de aula sobre o tampo da sua carteira. A respeito dessas imagens, em relação aos dispositivos ópticos referidos, pode-se afirmar que

A)

as três são virtuais.

B)

I e II são virtuais; III é real.

C)

I é virtual; II e III são reais.

D)

I é real; II e III são virtuais.

E)

as três são reais.

Alternativa correta: B
Resolução

O espelho de aumento e o retrovisor produzem imagens virtuais, vistas por prolongamento dos raios. A imagem do lustre projetada no tampo é real, pois os raios efetivamente convergem sobre a superfície.

Resposta: B

Q56
Ondulatória — Conceitos Básicos — Reflexão em extremidades de corda

A figura representa um pulso se propagando em uma corda.

Figura da questão 56 de Física — UNIFESP 2008 CG

Pode-se afirmar que, ao atingir a extremidade dessa corda, o pulso se reflete

A)

se a extremidade for fixa e se extingue se a extremidade for livre.

B)

se a extremidade for livre e se extingue se a extremidade for fixa.

C)

com inversão de fase se a extremidade for livre e com a mesma fase se a extremidade for fixa.

D)

com inversão de fase se a extremidade for fixa e com a mesma fase se a extremidade for livre.

E)

com mesma fase, seja a extremidade livre ou fixa.

Alternativa correta: D
Resolução

Na extremidade fixa, o pulso refletido tem inversão de fase. Na extremidade livre, reflete sem inversão. As duas condições permitem reflexão, mas impõem comportamentos distintos ao deslocamento da extremidade.

Resposta: D

Q57
Eletricidade — Eletrostática — Linhas de campo e equipotenciais

A figura representa a configuração de um campo elétrico gerado por duas partículas carregadas, A e B.

Figura da questão 57 de Física — UNIFESP 2008 CG

Assinale a linha da tabela que apresenta as indicações corretas para as convenções gráficas que ainda não estão apresentadas nessa figura (círculos A e B) e para explicar as que já estão apresentadas (linhas cheias e tracejadas).

A)A: +; B: +; linhas cheias com setas: linhas de força; linhas tracejadas: superfícies equipotenciais.
B)A: +; B: −; linhas cheias com setas: superfícies equipotenciais; linhas tracejadas: linhas de força.
C)A: −; B: −; linhas cheias com setas: linhas de força; linhas tracejadas: superfícies equipotenciais.
D)A: −; B: +; linhas cheias com setas: superfícies equipotenciais; linhas tracejadas: linhas de força.
E)A: +; B: −; linhas cheias com setas: linhas de força; linhas tracejadas: superfícies equipotenciais.
Alternativa correta: E
Resolução

As linhas cheias com setas saem de A e chegam a B, indicando A positiva e B negativa. As linhas tracejadas, perpendiculares às linhas de campo, representam superfícies equipotenciais.

Resposta: E

Q58
Eletricidade — Eletrodinâmica — Resistividade e seção transversal

Você constrói três resistências elétricas, RA, RB e RC, com fios de mesmo comprimento e com as seguintes características: I. O fio de RA tem resistividade 1,0·10–6 Ω·m e diâmetro de 0,50 mm. II. O fio de RB tem resistividade 1,2·10–6 Ω·m e diâmetro de 0,50 mm. III. O fio de RC tem resistividade 1,5·10–6 Ω·m e diâmetro de 0,40 mm. Pode-se afirmar que:

A)

RA > RB > RC.

B)

RB > RA > RC.

C)

RB > RC > RA.

D)

RC > RA > RB.

E)

RC > RB > RA.

Alternativa correta: E
Resolução

Para mesmo comprimento, $R\propto\rho/d^2$. Os fatores comparativos são $1/0{,}50^2=4$, $1{,}2/0{,}50^2=4{,}8$ e $1{,}5/0{,}40^2=9{,}375$. Portanto $R_C>R_B>R_A$.

Resposta: E

Q59
Eletricidade — Eletrodinâmica — Aumento do consumo mensal

Um consumidor troca a sua televisão de 29 polegadas e 70 W de potência por uma de plasma de 42 polegadas e 220 W de potência. Se em sua casa se assiste televisão durante 6,0 horas por dia, em média, pode-se afirmar que o aumento de consumo mensal de energia elétrica que essa troca vai acarretar é, aproximadamente, de

A)

13 kWh.

B)

27 kWh.

C)

40 kWh.

D)

70 kWh.

E)

220 kWh.

Alternativa correta: B
Resolução

A diferença de potência é 150 W, ou 0,150 kW. Em 30 dias e 6 horas diárias, $\Delta E=0{,}150\cdot180=27$ kWh.

Resposta: B

Q60
Eletricidade — Magnetismo — Inclinação do campo terrestre

A figura mostra uma bússola que, além de indicar a direção dos pólos magnéticos da Terra, indica também a inclinação α das linhas de campo no local onde ela está.

Figura da questão 60 de Física — UNIFESP 2008 CG

Bússolas como essa se inclinam αE em regiões próximas ao equador, αT em regiões próximas aos trópicos e αP em regiões próximas aos círculos polares. Conhecendo a configuração do campo magnético terrestre (veja a figura)

Figura da questão 60 de Física — UNIFESP 2008 CG

pode-se afirmar que:

A)

αP > αT > αE.

B)

αT > αP > αE.

C)

αP > αE > αT.

D)

αT > αE > αP.

E)

αE > αT > αP.

Alternativa correta: A
Resolução

Próximo ao equador magnético, as linhas são aproximadamente horizontais. A inclinação aumenta com a latitude magnética e se aproxima de 90° perto dos polos. Assim $\alpha_P>\alpha_T>\alpha_E$ na configuração apresentada.

Resposta: A

Q11
Ondulatória — MHS — Período e gráfico de um pêndulo

Um estudante faz o estudo experimental de um movimento harmônico simples (MHS) com um cronômetro e um pêndulo simples como o da figura, adotando o referencial nela representado.

Figura da questão 11 de Física — UNIFESP 2008 CE

Ele desloca o pêndulo para a posição +A e o abandona quando cronometra o instante t = 0. Na vigésima passagem do pêndulo por essa posição, o cronômetro marca t = 30 s.

a)

Determine o período (T) e a freqüência (f) do movimento desse pêndulo.

Resposta T = 1,5 s e f ≈ 0,667 Hz
b)

Esboce no caderno de respostas o gráfico x (posição) × t (tempo) desse movimento, dos instantes t = 0 a t = 3,0 s; considere desprezível a influência de forças resistivas.

Resposta x(t) = A cos(4πt/3).
Resolução

a) A contagem considera vinte retornos à posição de abandono após t=0, totalizando vinte ciclos em 30 s. Assim T=30/20=1,5 s e f=2/3 Hz.

b) O gráfico começa em +A, passa por zero em 0,375 s, chega a −A em 0,75 s e volta a +A em 1,5 s, repetindo o ciclo até 3 s. Se a expressão “vigésima passagem” incluísse a posição inicial na contagem, seriam 19 ciclos; a resposta adotada usa a contagem usual dos retornos.

Resposta: a) T = 1,5 s e f ≈ 0,667 Hz; b) x(t) = A cos(4πt/3).

Q12
Mecânica — Quantidade de Movimento — Pêndulo balístico

A figura representa um pêndulo balístico usado em laboratórios didáticos.

Figura da questão 12 de Física — UNIFESP 2008 CE

A esfera disparada pelo lançador se encaixa em uma cavidade do bloco preso à haste − em conseqüência ambos sobem até ficarem presos por atrito em uma pequena rampa, o que permite medir o desnível vertical h do centro de massa do pêndulo (conjunto bloco-esfera) em relação ao seu nível inicial. Um aluno trabalha com um equipamento como esse, em que a massa da esfera é mE = 10 g, a massa do bloco é mB = 190 g e a massa da haste pode ser considerada desprezível. Em um ensaio experimental, o centro de massa do conjunto bloco-esfera sobe h = 10 cm.

a)

Qual a energia potencial gravitacional adquirida pelo conjunto bloco-esfera em relação ao nível inicial?

Resposta 0,20 J
b)

Qual a velocidade da esfera ao atingir o bloco? Suponha que a energia mecânica do conjunto blocoesfera se conserve durante o seu movimento e adote g = 10 m/s2.

Resposta 20√2 m/s ≈ 28,3 m/s.
Resolução

a) A massa conjunta é 0,200 kg. Portanto $E_p=Mgh=0{,}200\cdot10\cdot0{,}10=0{,}20$ J.

b) Após a colisão, $V=\sqrt{2gh}=\sqrt2$ m/s. Conservando o momento durante o impacto, $0{,}010v=0{,}200V$, logo $v=20\sqrt2$ m/s. A energia mecânica não se conserva durante a colisão inelástica.

Resposta: a) 0,20 J; b) 20√2 m/s ≈ 28,3 m/s.

Q13
Mecânica — Hidrostática — Empuxo medido por dinamômetro

Em uma atividade experimental, um estudante pendura um pequeno bloco metálico em um dinamômetro. Em seguida, ele imerge inteiramente o bloco pendurado em um determinado líquido contido em uma proveta; o bloco não encosta nem no fundo nem nas paredes da proveta. Por causa dessa imersão, o nível do líquido na proveta sobe 10 cm3 e a marcação do dinamômetro se reduz em 0,075 N.

a)

Represente no caderno de respostas o bloco imerso no líquido e as forças exercidas sobre ele, nomeando-as.

Resposta Peso para baixo, tração e empuxo para cima
b)

Determine a densidade do líquido. Adote g = 10 m/s2.

Resposta 750 kg/m³.
Resolução

a) No equilíbrio, T+E=P.

b) A queda da leitura corresponde ao empuxo, E=0,075 N. O volume deslocado é 10 cm³, ou 10⁻⁵ m³. Assim $\rho=E/(gV)=0{,}075/(10\cdot10^{-5})=750$ kg/m³.

Resposta: a) Peso para baixo, tração e empuxo para cima; b) 750 kg/m³.

Q14
Óptica — Lentes — Banco óptico e distância focal

A figura representa um banco óptico didático: coloca-se uma lente no suporte e varia-se a sua posição até que se forme no anteparo uma imagem nítida da fonte (em geral uma seta luminosa vertical). As abscissas do anteparo, da lente e do objeto são medidas na escala, que tem uma origem única.

Figura da questão 14 de Física — UNIFESP 2008 CE
a)

Represente graficamente no caderno de respostas (sem valores numéricos) a situação correspondente ao esquema da figura, em que apareçam: o objeto (seta luminosa da fonte); a lente e seus dois focos; a imagem e pelo menos dois raios de luz que emergem do objeto, atravessem a lente e formem a imagem no anteparo.

Resposta Imagem real e invertida
b)

Nessa condição, determine a distância focal da lente, sendo dadas as posições dos seguintes componentes, medidas na escala do banco óptico: anteparo, na abscissa 15 cm; suporte da lente, na abscissa 35 cm; fonte, na abscissa 95 cm.

Resposta 15 cm.
Resolução

a) Trace um raio paralelo ao eixo que emerge pelo foco imagem e outro pelo centro óptico que não sofre desvio. A interseção no anteparo forma a imagem invertida.

b) As distâncias são p=95−35=60 cm e p'=35−15=20 cm. Assim $f=pp'/(p+p')=60\cdot20/80=15$ cm.

Resposta: a) Imagem real e invertida; b) 15 cm.

Q15
Eletricidade — Eletrodinâmica — Associação em série e instrumentos ideais

A montagem experimental representada na figura se destina ao estudo de um circuito elétrico simples.

Figura da questão 15 de Física — UNIFESP 2008 CE
a)

Usando símbolos convencionais para cada componente, represente esquematicamente esse circuito no caderno de respostas.

Resposta Amperímetro em série e voltímetro em paralelo com R₂
b)

Sabendo que R1 = 100 Ω e R2 = 200 Ω e que no suporte de pilhas são colocadas duas pilhas em série, de força eletromotriz 1,5 V cada, determine as leituras no amperímetro e no voltímetro quando a chave é fechada. (Admita que as resistências internas das pilhas, dos fios de ligação e dos medidores não interferem nessas leituras.)

Resposta 10 mA e 2,0 V.
Resolução

a) As duas pilhas, a chave, o amperímetro e os resistores formam o ramo em série. O voltímetro é ligado aos terminais de R2.

b) A fem total é 3 V e a resistência total é 300 Ω. Logo i=3/300=0,010 A e $U_2=iR_2=2$ V.

Resposta: a) Amperímetro em série e voltímetro em paralelo com R₂; b) 10 mA e 2,0 V.

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