Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

Unifesp · 2013 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Universidade Federal de São Paulo

Edição 2013 · Conhecimentos Específicos — resolução comentada.

Q11
Mecânica — Cinemática — Alcance e altura do lançamento de martelo

O atleta húngaro Krisztian Pars conquistou medalha de ouro na olimpíada de Londres no lançamento de martelo. Após girar sobre si próprio, o atleta lança a bola a 0,50 m acima do solo, com velocidade linear inicial que forma um ângulo de 45º com a horizontal. A bola toca o solo após percorrer a distância horizontal de 80 m.

Figura da questão 11 de Física — UNIFESP 2013 CE

Nas condições descritas do movimento parabólico da bola, considerando a aceleração da gravidade no local igual a 10 m/s2, \(\sqrt{2}\) igual a 1,4 e desprezando-se as perdas de energia mecânica durante o voo da bola, determine, aproximadamente:

a)

o módulo da velocidade de lançamento da bola, em m/s.

Resposta aproximadamente 28 m/s
b)

a altura máxima, em metros, atingida pela bola.

Resposta aproximadamente 20,4 m.
Resolução comentada

a) Usando $$x=v_0\cos45°t$$ e $$0=0{,}50+v_0\sin45°t-5t^2$$, com x=80 m, resulta $$t^2=16{,}1$$ s².

Assim $$v_0=80\sqrt2/\sqrt{16{,}1}\approx28\ m/s$$ com a aproximação indicada.

b) A componente vertical exata ao quadrado é $6400/16{,}1$.

Portanto $$h_{max}=0{,}50+v_{0y}^2/(2g)\approx20{,}4\ \text{m}$$; arredondando desde o começo, encontra-se valor próximo de 20 m.

Resposta: a) aproximadamente 28 m/s; b) aproximadamente 20,4 m.

Q12
Mecânica — Hidrostática — Flutuação de cilindro composto

Um objeto maciço cilíndrico, de diâmetro igual a 2,0 cm, é composto de duas partes cilíndricas distintas, unidas por uma cola de massa desprezível. A primeira parte, com 5,0 cm de altura, é composta por uma cortiça com densidade volumétrica 0,20 g/cm3. A segunda parte, de 0,5 cm de altura, é composta por uma liga metálica de densidade volumétrica 8,0 g/cm3. Conforme indica a figura, o objeto encontra-se em repouso, parcialmente submerso na água, cuja densidade volumétrica é 1,0 g/cm3.

Figura da questão 12 de Física — UNIFESP 2013 CE

Nas condições descritas relativas ao equilíbrio mecânico do objeto e considerando π aproximadamente igual a 3, determine:

a)

a massa total, em gramas, do objeto cilíndrico.

Resposta 15 g
b)

a altura, em centímetros, da parte do cilindro submersa na água.

Resposta 5,0 cm.
Resolução comentada

a) O raio é 1 cm e a área da base é 3 cm².

A cortiça tem massa $$0{,}20\cdot3\cdot5=3\ \text{g}$$, e a liga tem massa $$8\cdot3\cdot0{,}5=12\ \text{g}$$.

O total é 15 g.

b) O volume deslocado é m/ρ=15 cm³, logo a altura submersa é 15/3=5 cm.

Resposta: a) 15 g; b) 5,0 cm.

Q13
Termologia — Calorimetria — Leitura de curva Q × temperatura

O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100 g.

Figura da questão 13 de Física — UNIFESP 2013 CE

Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do corpo, em graus Celsius, determine:

a)

o calor específico do corpo, em cal/(g ºC), na fase sólida e na fase líquida.

Resposta 0,10 e 0,20 cal/(g·°C)
b)

a temperatura de fusão, em ºC, e o calor latente de fusão, em calorias, do corpo.

Resposta 40 °C e 400 cal.
Resolução comentada

a) No sólido, a amostra recebe 400 cal entre 0 e 40 °C, então $$c_s=400/(100\cdot40)=0{,}10$$.

No líquido, recebe 400 cal entre 40 e 60 °C, então $$c_l=400/(100\cdot20)=0{,}20$$.

b) O salto de Q a temperatura constante ocorre em 40 °C e corresponde a 400 cal para o corpo, ou 4 cal/g de calor latente específico.

Resposta: a) 0,10 e 0,20 cal/(g·°C); b) 40 °C e 400 cal.

Q14
Eletricidade — Eletrodinâmica — Aparelhos em tomada e custo mensal

Observe a charge.

Figura da questão 14 de Física — UNIFESP 2013 CE

Em uma única tomada de tensão nominal de 110 V, estão ligados, por meio de um adaptador, dois abajures (com lâmpadas incandescentes com indicações comerciais de 40 W – 110 V), um rádio-relógio (com potência nominal de 20 W em 110 V) e um computador, com consumo de 120 W em 110 V. Todos os aparelhos elétricos estão em pleno funcionamento.

a)

Utilizando a representação das resistências ôhmicas equivalentes de cada aparelho elétrico como RL para cada abajur, RR para o rádio-relógio e RC para o computador, esboce o circuito elétrico que esquematiza a ligação desses 4 aparelhos elétricos na tomada (adaptador) e, a partir dos dados da potência consumida por cada aparelho, calcule a corrente total no circuito, supondo que todos os cabos de ligação e o adaptador são ideais.

Resposta Associação em paralelo e 2,0 A
b)

Considerando que o valor aproximado a ser pago pelo consumo de 1,0 kWh é R$ 0,30 e que os aparelhos permaneçam ligados em média 4 horas por dia durante os 30 dias do mês, calcule o valor a ser pago, no final de um mês de consumo, devido a estes aparelhos elétricos.

Resposta R$7,92.
Resolução comentada

a) Os quatro aparelhos são ligados em paralelo à tensão de 110 V.

A potência total é 40+40+20+120=220 W, logo i=P/U=2 A.

b) Em 120 horas, E=0,220·120=26,4 kWh.

O custo é 26,4·0,30=R$7,92.

Resposta: a) Associação em paralelo e 2,0 A; b) R$7,92.

Q15
Óptica — Lentes — Inconsistência nos dados de telescópio refrator

Um telescópio refrator trabalha com a propriedade de refração da luz. Este instrumento possui uma lente objetiva, que capta a luz dos objetos e forma a imagem. Outra lente convergente, a ocular, funciona como uma lupa, aumentando o tamanho da imagem formada pela lente objetiva. O maior telescópio refrator do mundo em utilização, com 19,2 m de comprimento, é o telescópio Yerkes, que teve sua construção finalizada em 1897 e localiza-se na Universidade de Chicago, nos EUA.

Figura da questão 15 de Física — UNIFESP 2013 CE

O telescópio Yerkes possui uma objetiva com 102 cm de diâmetro e com razão focal (definida como a razão entre a distância focal e o diâmetro de abertura da lente) igual a 19,0.

a)

Qual a distância focal da objetiva do telescópio refrator descrito e quanto vale a soma das distâncias focais da objetiva e da ocular?

Resposta Com os dados originais, não há solução compatível com duas lentes convergentes no modelo afocal.
b)

Qual é o aumento visual (ampliação angular) do telescópio?

Resposta Com os dados originais, não há solução compatível com duas lentes convergentes no modelo afocal.
Resolução comentada

a) A razão focal fornece $$f_{obj}=19{,}0\cdot1{,}02=19{,}38\ \text{m}$$.

No modelo afocal, a separação das lentes é $$f_{obj}+f_{oc}=19{,}2\ \text{m}$$, o que exigiria $$f_{oc}=-0{,}18\ \text{m}$$.

Isso contradiz a ocular convergente especificada.

b) Não se pode fornecer uma ampliação coerente com todas essas premissas.

Como hipótese de correção, substituir 102 cm por 101 cm daria fobj=19,19 m, foc=0,01 m e ampliação angular 1919; essa hipótese não deve ser apresentada como resultado dos dados originais.

Resposta: Com os dados originais, não há solução compatível com duas lentes convergentes no modelo afocal.

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