Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

Unifesp · 2009 · CE — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal de São Paulo

Edição 2009 · Prova de Conhecimentos Específicos, 5 questões discursivas de Física (Q11-Q15) — resolução comentada.

Q11
Mecânica — Quantidade de movimento — Colisão inelástica e mola lançadora

Uma pequena esfera A, com massa de 90 g, encontra-se em repouso e em contato com a mola comprimida de um dispositivo lançador, sobre uma mesa plana e horizontal. Quando o gatilho é acionado, a mola se descomprime e a esfera é atirada horizontalmente, com velocidade de 2,0 m/s, em direção frontal a uma outra esfera B, com massa de 180 g, em repouso sobre a mesma mesa. No momento da colisão, as esferas se conectam e passam a se deslocar juntas. O gráfico mostra a intensidade da força elástica da mola em função de sua elongação.

Figura da questão 11 de Física — UNIFESP 2009 CE

Considerando que as esferas não adquirem movimento de rotação, que houve conservação da quantidade de movimento na colisão e que não há atrito entre as esferas e a mesa, calcule:

a)

a energia cinética da composição de esferas AB após a colisão.

Resposta 0,060 J
b)

quanto a mola estava comprimida no instante em que o gatilho do dispositivo lançador é acionado.

Resposta 3,0 cm.
Resolução comentada

a) Pela conservação do momento, $$V=0{,}090\cdot2/0{,}270=2/3\ m/s.$$

A energia conjunta é $$E_c=0{,}270V^2/2=0{,}060\ \text{J}.$$

b) O gráfico fornece k=24/0,060=400 N/m.

A esfera A sai com energia 0,18 J, igual à energia elástica: $$kx^2/2=0{,}18,$$ de onde x=0,030 m.

Resposta: a) 0,060 J; b) 3,0 cm.

Q12
Mecânica — Hidrostática — Pressão e peso aparente de pessoa imersa

Uma pessoa com massa de 80 kg, suspensa por um cabo de massa e volume desprezíveis, atado a um dinamômetro, é colocada em um tanque com água de tal forma que fique ereta, na posição vertical e completamente imersa. Considerando que a massa específica da água é de 103 kg/m3, que a pressão atmosférica local é de 1,0 × 105 N/m2 e a aceleração da gravidade g = 10 m/s2 e que a água e a pessoa estão em repouso em relação ao tanque, calcule:

a)

a pressão externa nos pés dessa pessoa, que se encontram 2,0 m abaixo do nível da água.

Resposta 1,2 × 10⁵ Pa
b)

o volume da pessoa, se o peso aparente registrado pelo dinamômetro é de 40 N.

Resposta 0,076 m³.
Resolução comentada

a) A pressão absoluta é $$p=p_0+\rho gh=10^5+1000\cdot10\cdot2=1{,}2\times10^5\ \text{Pa}.$$

b) O peso é 800 N e a tração indicada é 40 N; o empuxo vale 760 N.

Portanto $$V=E/(\rho g)=760/10000=0{,}076\ m^3.$$

Resposta: a) 1,2 × 10⁵ Pa; b) 0,076 m³.

Q13
Eletricidade — Eletrodinâmica — Lâmpadas em paralelo e perdas nos fios

Em um enfeite de Natal alimentado com tensão de 110 V, há 5 lâmpadas idênticas ligadas em paralelo, todas acesas, e os fios de ligação apresentam resistência elétrica de 1,0 Ω. O circuito elétrico correspondente a esta situação está esquematizado na figura, na qual as lâmpadas estão representadas pela sua resistência equivalente R . e

Figura da questão 13 de Física — UNIFESP 2009 CE

Considerando que o amperímetro ideal registra uma corrente de 2,2 A, calcule:

a)

o valor da resistência elétrica de cada lâmpada.

Resposta 245 Ω por lâmpada
b)

a energia dissipada em 30 dias pelos fios de ligação, em Wh, se as lâmpadas ficarem acesas por 5 horas diárias.

Resposta 726 Wh.
Resolução comentada

a) A resistência total é 110/2,2=50 Ω.

Retirando 1 Ω dos fios, Req das lâmpadas=49 Ω.

Cinco lâmpadas iguais em paralelo têm R=5·49=245 Ω.

b) Os fios dissipam $$P=i^2r=2{,}2^2=4{,}84\ \text{W}.$$

Em 150 horas, E=4,84·150=726 Wh.

Resposta: a) 245 Ω por lâmpada; b) 726 Wh.

Q14
Termologia — Calorimetria — Solidificação e calor específico do sólido

0,50 kg de uma substância a temperatura T0 = 40 ºC, na fase líquida, é colocado no interior de um refrigerador, até que a sua temperatura atinja T1 = –10 ºC. A quantidade de calor transferida em função da temperatura é apresentada no gráfico da figura.

Figura da questão 14 de Física — UNIFESP 2009 CE

A parte do gráfico correspondente ao intervalo de –10 ºC a 2,0 ºC foi ampliada e inserida na figura, à direita do gráfico completo. Calcule:

a)

o calor latente específico de solidificação.

Resposta L = −3,0 × 10⁴ J/kg
b)

o calor específico na fase sólida.

Resposta 200 J/(kg·°C).
Resolução comentada

a) O patamar da mudança de fase corresponde a cerca de 15000 J.

Para 0,50 kg, o módulo é 30000 J/kg; na solidificação, o calor cedido tem sinal negativo.

b) No trecho sólido, a variação de 8 °C corresponde a 800 J.

Logo $$c=Q/(m\Delta T)=800/(0{,}50\cdot8)=200\ \text{J/(kg·°C)}.$$

Resposta: a) L = −3,0 × 10⁴ J/kg; b) 200 J/(kg·°C).

Q15
Óptica — Lentes — Lente em ar e água

Dentro de um aquário sem água são colocados uma lente delgada convergente e um parafuso, posicionado frontalmente à lente, ambos presos a suportes, conforme a figura.

Figura da questão 15 de Física — UNIFESP 2009 CE

Nessas condições, a imagem conjugada pela lente é direita e tem o dobro do tamanho do objeto.

a)

Calcule a razão f/p, entre a distância focal da lente e a distância do objeto ao centro óptico da lente.

Resposta f/p = 2
b)

Preenchido totalmente o aquário com água, a distância focal da lente aumenta para 2,5 vezes a distância focal na situação anterior, e a lente mantém o comportamento óptico convergente. Para as mesmas posições da lente e do objeto, calcule o aumento linear transversal para a nova imagem conjugada pela lente.

Resposta A = 1,25.
Resolução comentada

a) Com imagem direita e A=2, p'=−2p.

Substituindo em Gauss, $$1/f=1/p-1/(2p)=1/(2p),$$ logo f=2p.

b) Na água, fn=2,5f=5p.

Assim $$1/(5p)=1/p+1/p_n',$$ de onde $$p_n'=-5p/4$$ e A=1,25.

Resposta: a) f/p = 2; b) A = 1,25.

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