Prova UNIFESP 2019 — Física com Gabarito e Resolução

Q11

Mecânica — Cinemática — Queda de tijolo e aviso sonoro

Do alto de um edifício em construção, um operário deixa um tijolo cair acidentalmente, a partir do repouso, em uma trajetória vertical que passa pela posição em que outro operário se encontra parado, no solo. Um segundo depois do início da queda do tijolo, o operário no alto grita um alerta para o operário no solo.

Figura da questão 11 de Física — UNIFESP 2019 CE

Considerando o dado da figura, a resistência do ar desprezível, g = 10 m/s², a velocidade do som no ar igual a 350 m/s e $\sqrt{14}=3{,}7$, calcule:

a distância percorrida pelo tijolo entre os instantes t = 1 s e t = 3 s após o início de sua queda.

Resposta 40 m

o intervalo de tempo, em segundos, que o operário no solo terá para reagir e se movimentar, depois de ter ouvido o grito de alerta emitido pelo operário no alto, e não ser atingido pelo tijolo.

Resposta aproximadamente 2,5 s.

Resolução

a) A posição de queda é s=5t². Entre 1 e 3 s, percorre 45−5=40 m.

b) De 70 m, o tempo de queda é √14≈3,7 s. O grito começa em 1 s e chega ao solo 70/350=0,20 s depois, em t=1,20 s. Restam aproximadamente 3,7−1,2=2,5 s para reagir.

Resposta: a) 40 m; b) aproximadamente 2,5 s.

Q12

Mecânica — Quantidade de Movimento — Tração circular e choque inelástico

Uma esfera A desliza em movimento circular sobre uma mesa horizontal, sem atrito, presa a um pino fixo no centro da mesa por um fio ideal de comprimento L = 1 m. A energia cinética dessa esfera é constante e tem intensidade igual a 4 J. Em um ponto P é colocada, em repouso, uma segunda esfera B, idêntica à primeira, de modo que ocorra uma colisão perfeitamente inelástica entre elas, conforme indica a figura.

Figura da questão 12 de Física — UNIFESP 2019 CE

Calcule a intensidade da tração, em N, no fio antes da colisão entre as esferas.

Resposta 8,0 N

Determine a energia cinética, em J, do sistema formado pelas duas esferas juntas, imediatamente após a colisão entre elas.

Resposta 2,0 J.

Resolução

a) Como $E_c=mv^2/2=4$ J, a tração é $T=mv^2/L=2E_c/L=8$ N.

b) As esferas têm massas iguais, e a colisão inelástica reduz a velocidade à metade. A massa dobra; portanto a energia final é metade da inicial: 2 J.

Resposta: a) 8,0 N; b) 2,0 J.

Q13

Termologia — Calorimetria — Calorímetro de fluxo

A figura representa um calorímetro de fluxo, cuja função é medir o calor específico de determinado líquido de densidade 800 kg/m³. Esse líquido flui pelo aparelho com uma vazão constante de 3 L/min, entra à temperatura θ₁ = 25 ºC e sai à temperatura θ₂ = 30 ºC, depois de ter sido aquecido por um aquecedor de potência constante de 320 W.

Figura da questão 13 de Física — UNIFESP 2019 CE

Considere que todo calor fornecido pelo aquecedor seja absorvido pelo líquido.

Calcule a energia térmica, em J, dissipada pelo aquecedor, necessária para aquecer 6 L do líquido.

Resposta 38400 J

Determine o calor específico do líquido, em $\mathrm{J/(kg\cdot{}^\circ C)}$.

Resposta 1600 J/(kg·°C).

Resolução

a) Seis litros passam em dois minutos. Logo Q=320·120=38400 J.

b) A massa é $\rho V=800\cdot0{,}006=4{,}8$ kg. Com ΔT=5 °C, $c=38400/(4{,}8\cdot5)=1600$ J/(kg·°C).

Resposta: a) 38400 J; b) 1600 J/(kg·°C).

Q14

Óptica — Lentes — Imagem longitudinal de um caminhão

Um caminhão de 2 m de altura e 6 m de comprimento está parado a 15 m de uma lente esférica delgada de distância focal igual a 3 m. Na figura, fora de escala, estão representados o caminhão, a lente e a imagem do caminhão conjugada pela lente.

Figura da questão 14 de Física — UNIFESP 2019 CE

Considerando válidas as condições de nitidez de Gauss, calcule, em m:

a altura (y) da imagem da frente do caminhão.

Resposta 0,50 m

o comprimento (x) da imagem do caminhão.

Resposta 0,25 m.

Resolução

a) A frente está a p=15 m, logo $p'_f=fp/(p-f)=3\cdot15/12=3{,}75$ m. Seu aumento em módulo é 3,75/15=0,25, dando altura y=0,50 m.

b) A traseira está a 21 m e sua imagem a $p'_t=3\cdot21/18=3{,}50$ m. O comprimento longitudinal é x=3,75−3,50=0,25 m. Não se aplica o aumento transversal ao comprimento ao longo do eixo.

Resposta: a) 0,50 m; b) 0,25 m.

Q15

Eletricidade — Eletrodinâmica — Fios de teia e variação de seção

Algumas espécies de aranha tecem teias com fios de seda seca revestidos com uma solução que os deixa higroscópicos, ou seja, capazes de absorver a umidade do ar, tornando-os bons condutores elétricos. Para estudar as propriedades elétricas desses fios, um pesquisador tinha disponíveis dois deles (fio A e fio B), idênticos, e ambos originalmente com 5 mm de comprimento. Um desses fios (fio A) foi lentamente esticado até que dobrasse de comprimento, tendo sua espessura diminuída. A resistência elétrica desses dois fios, em função de seu comprimento, está registrada na tabela.

Figura da questão 15 de Física — UNIFESP 2019 CE

Considerando que a condutividade desses fios se deva apenas ao revestimento aquoso de espessura uniforme ao longo de seus comprimentos e que a resistividade desses revestimentos seja constante, qual o valor da relação $S_1/S_2$, sendo S₁ e S₂ as áreas das secções transversais desse revestimento quando o fio A mede 5 mm e 10 mm, respectivamente?

Resposta S₁/S₂ = 3,5

Em seguida, o fio A esticado e com 10 mm de comprimento foi associado em série com o fio B, com seu comprimento original de 5 mm. Essa associação foi submetida a uma diferença de potencial constante de 9 V, conforme a figura.

Calcule a potência dissipada, em watts, por essa associação.

Resposta 1,125 × 10⁻⁹ W.

Resolução

a) Pela relação $R=\rho L/S$, $R_2/R_1=(L_2/L_1)(S_1/S_2)$. Como 63/9=7 e L2/L1=2, S1/S2=3,5.

b) Em série, R=63·10⁹+9·10⁹=72·10⁹ Ω. A potência é $P=9^2/(72\times10^9)=1{,}125\times10^{-9}$ W.

Resposta: a) S₁/S₂ = 3,5; b) 1,125 × 10⁻⁹ W.