Univesp 2020 — Questões de Física comentadas — Método TEF

A partir de testes cognitivos se obtém que o tempo de reação dos seres humanos em média é de cerca de 0,2 s = 200 ms (milissegundos). Trata-se do tempo entre a percepção de um movimento e a realização de uma resposta motora. Considere que uma pessoa, cuja resposta motora/mecânica siga a média populacional descrita e esteja submetida às circunstâncias listadas.

1. Medir com um cronômetro o tempo de queda de um objeto, a partir do repouso e bem descrito pelo modelo de queda livre, de uma altura de 20 cm (considere $g = 10\ \mathrm{m/s^2}$).
2. Frear um carro que se desloca a 54 km/h (20 m/s) após surgimento repentino de um obstáculo 2 m à frente evitando a colisão (considere que o movimento do carro modelado por movimento desacelerado em taxa constante).
3. Desviar de uma bola que se desloca horizontalmente a 20 m/s com velocidade constante que partiu de uma distância de 5 m.

Considerando que resposta mecânica em tempos menores ou iguais a 200 ms é considerada “improvável”, e em tempos maiores que 200 ms é considerada “possível”. Assinale a alternativa que classifica corretamente as situações de I a III.

“Cabo de guerra” além de ser expressão popular que identifica tanto a disputa entre entidades antagônicas, também caracteriza um antigo esporte que já participou das olimpíadas entre 1900 e 1920. Sua origem não é precisa mas há documentação de ter sido praticada desde o século 8 a.C na China Imperial para treinamento militar. Considere que duas pessoas A e B irão disputar cabo de guerra. A tem massa 80 kg e consegue com o movimento de recolhimento dos braços fazer força de 1000 N; B tem massa 100 kg que consegue fazer força de 800 N. Ambos os competidores devem manter os corpos posicionados de maneira vertical durante a disputa, e podem, então, serem modelados como pontos materiais. Perde a disputa aquele que cruzar primeiro uma linha posta a alguns metros adiante de cada competidor.

Considere que ambos competidores dispõem do coeficiente de atrito de 1,0 entre a sola do sapato o chão, e, se necessário, admita que a aceleração da gravidade é de 10 m/s². Assinale a alternativa correta que apresenta um fato verdadeiro.

“A temperatura dos oceanos está aumentando em ritmo mais rápido do que anteriormente estimado, ameaçando uma grande quantidade de espécies marinhas e podendo resultar na elevação do nível do mar, revelou um estudo de cientistas americanos e chineses divulgado nesta quinta-feira [10/01/2019]. As conclusões, divulgadas na revista Science, contrariam pesquisas anteriores que apontavam uma estagnação do aquecimento global nos últimos anos. (...) “O aquecimento dos oceanos é um indicador importante das mudanças climáticas, e temos provas robustas de que ocorre de modo mais rápido do que pensávamos (...) Em torno de 93% do excesso de calor – preso na atmosfera pelos gases causadores do efeito estufa provenientes de combustíveis fósseis – se acumula nos oceanos. (...) O aquecimento global existe e já tem grandes consequências.”, enfatizaram em comunicado os autores do estudo, acrescentando que, se nada for feito para reduzir as emissões de gases causadores do efeito estufa, a temperatura nos primeiros 2 mil metros de profundidade nos oceanos aumentará 0,78 ºC até o fim do século.” (Fonte: Deutsche Welle.)

Um aumento de 1 ºC na temperatura dos oceanos levaria à um grande aumento da quantidade da energia térmica na biosfera. Considere o volume total de água nos oceanos como sendo $1{,}5\times10^{9}\ \mathrm{km^3}$, e que a densidade da água é de $1\times10^{12}\ \mathrm{kg/km^3}$ com calor específico de $4\ \mathrm{kJ/(kg\cdot{}^{\circ}C)}$.

Como comparação: a bomba atômica Little Boy foi lançada na cidade japonesa de Hiroshima em 6 de agosto de 1945 que matou diretamente 70 mil pessoas em uma explosão de cerca de 15 ktons = $60\times10^{9}\ \mathrm{kJ}$.

Caso o aumento de 1 ºC de temperatura ocorra durante o período de transição de 100 anos, teremos uma acréscimos anual expressivo de energia térmica no planeta. Para dimensionar essa quantidade é interessante comparar com a energia emitida pela explosão de bombas atômicas.

Assinale a alternativa que corretamente apresenta o número de bombas atômicas como a Little Boy que corresponderiam à energia extra a cada ano acumulada na terra durante esse período de transição de 100 anos.

A astronomia observacional, além de fornecer dados para análise científica da evolução do universo, também permitiu o desenvolvimento de tecnologia. Observar o céu permitiu o desenvolvimento de sistemas de navegação em terra, orientados pelas estrelas no céu e a observação de estrelas e planetas que levou ao desenvolvimento de bens tecnológicos modernos como a Câmera Digital (câmera CCD), muito presente no cotidiano na atualidade. Invenção esta de 1969, de Willard S. Boyle e George E. Smith e laureada com o prêmio Nobel há 10 anos. Neste ano de 2019, o prêmio Nobel foi dado aos cientistas suíços Michel Mayor e Didier Queloz, que em 1995 obtiveram a primeira descoberta conclusiva de um planeta fora do sistema solar. O exoplaneta tem massa de cerca da metade da massa de Júpiter e orbita a estrela 51 Pegasi da constelação de Pégaso - que tem aproximadamente a mesma massa que o Sol. A observação foi realizada a partir das “variações periódicas na velocidade radial da estrela”. Os cientistas determinaram que a órbita desse planeta, em torno da 51 Pegasi, tem pouca excentricidade e pode ser considerada circular, com apenas 8 milhões de quilômetros de raio.

Massa de Júpiter = 320 Massa da Terra
1 Massa do Sol = 330 000 Massa da Terra
Distância (média) Sol - Terra = $150\times10^{6}$ km

Assinale a alternativa que corretamente identifica, a partir dos valores obtidos pelos cientistas, a magnitude da força gravitacional entre 51 Pegasi e o planeta, em relação à força existente entre o Sol e a Terra.

Base de lançamento de foguetes de Alcântara no Brasil é mais próxima do equador que existe no mundo, o que a torna estratégica para o lançamento de satélites geoestacionários. Lançado da estação de Alcântara, um satélite precisa de menor consumo de combustível para correção em sua órbita, estando já muito próximo do plano da órbita que desenvolverá. Os satélites posicionados na órbita geoestacionária mantêm movimento estacionário (fixo) com respeito à superfície da Terra, acompanhando-a em seu giro, e são fundamentais para o sistema de telecomunicações, para calibração e orientação do Sistema de Posicionamento Global (GPS) e para o mapeamento atmosférico, climático e ambiental. A igualdade entre a força centrípeta e a força gravitacional entre o satélite e a Terra leva ao raio da órbita geoestacionária de cerca de $4\times10^{4}$ km. Considere que o raio terrestre no equador é de cerca de $6\times10^{3}$ km, e lembre-se que o período de rotação da terra em relação a seu eixo é de 24h. Considerando um referencial fixo no centro da Terra, assinale a alternativa que indica corretamente os valores respectivos da velocidade do satélite, ainda na base, antes de ser lançado e o módulo da diferença entre essa velocidade e de quando ele for posto em órbita geoestacionária. Considere $\pi = 3$.

O Brasil está desenvolvendo um dos laboratórios mais avançados de ótica no mundo, o laboratório Sirius - em Campinas/SP, com tecnologia nacional que é produto dos esforços dos cientistas e engenheiros brasileiros envolvidos no projeto. “As seis primeiras estações experimentais de pesquisa do Sirius – nanoscopia de raios X, espalhamento coerente de raios X, micro e nano cristalografia macromolecular, por exemplo –, acessíveis a partir do próximo ano [2019], foram selecionadas para atender tanto à demanda “da nova ciência e da tecnologia avançada” e às tecnologias mais utilizadas pelo usuário, como para permitir o avanço de investigações em áreas estratégicas como óleo e gás, saúde, entre outras, ressalta Antônio José Roque da Silva [diretor-geral do CNPEM e responsável pelo projeto Sirius desde 2009].” (Fonte: O Estado de São Paulo.)

A luz, ou radiação, síncrotron é um tipo de radiação eletromagnética de alto fluxo e alto brilho que se estende por uma faixa ampla do espectro eletromagnético desde a luz infravermelha, passando pela radiação ultravioleta e chegando aos raios X. A luz síncrotron é capaz de penetrar a matéria e revelar características da estrutura molecular e atômica. O amplo espectro dessa radiação permite aos pesquisadores utilizar os comprimentos de onda mais adequados para o experimento que desejam executar (Fonte: Revista Fapesp / 2018).

Tabela: Espectro eletromagnético.

Considere que se deseja estudar as propriedades dos materiais por meio da radiação síncrotron cujos comprimentos de onda envolvidos estão na escala molecular (nanômetro), $1\ \mathrm{nm} = 10^{-9}\ \mathrm{m}$.

Assinale a alternativa que apresenta corretamente, a frequência em Hz da radiação que tem comprimento de onda nesta escala e o tipo de radiação a que corresponde. Adote para a velocidade da luz o valor de $3\times10^{8}\ \mathrm{m/s}$.

Em linhas gerais todo dispositivo constitui uma cadeia de transformação de energia. O desempenho de dispositivos em geral é dado por parâmetros de operação como potência e eficiência. A eficiência é dada pela proporção entre potência útil (que contabiliza a energia presente após a realização da cadeia de transformação do dispositivo) e potência retirada da fonte de energia que alimenta o dispositivo (no caso de dispositivos elétricos, a energia retirada da rede elétrica comercial que consta das “contas de luz”).

Em um carregador de celular temos a conversão da energia elétrica disponibilizada na rede elétrica para uma tensão constante mais baixa (também energia elétrica). Esta tensão na saída atua para recarregar a bateria do celular (revertendo as reações químicas que armazenam energia para uso pelo celular), o valor de corrente é determinado pelo celular a que se destina o seu emprego. Em um determinado carregador se vê as inscrições abaixo.

Entrada (AC): 120 V - 0,5 A
Saída (DC): 5 V - 2 A

*Considere que o valor AC é um valor efetivo escolhido de modo a não influenciar o cálculo da potência em relação ao que se faz com valores fixos de tensão e corrente.

Quanto às afirmações verdadeiras sobre este dispositivo, assinale a alternativa correta.