USCS 2017.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF
Universidade Municipal de São Caetano do Sul · Medicina
Vestibular de Medicina USCS 2017.2 · Prova II — questões de Física Q51 a Q60 com gabarito e resolução comentada Método TEF.
Q51
Mecânica — Cinemática — Velocidade escalar média em duas voltas
Em suas aulas de preparação para obter a carteira nacional de habilitação, Augusto dá duas voltas em um mesmo circuito com o veículo da autoescola. Na primeira, desenvolve velocidade escalar média de 20 km/h e na segunda, de 12 km/h. Dessa forma, Augusto desenvolveu, nas duas voltas, uma velocidade escalar média de
A)14 km/h.
B)17 km/h.
C)15 km/h.
D)13 km/h.
E)16 km/h.
Gabarito oficial
C
Resolução
Seja $d$ o comprimento do circuito. A velocidade escalar média é a distância total dividida pelo tempo total:
A média aritmética não vale aqui, porque os tempos nas duas voltas são diferentes.
Q52
Mecânica — Dinâmica — Gravitação e movimento circular
Em 07 de julho de 2016, três astronautas partiram do Cazaquistão rumo à Estação Espacial Internacional (ISS, na sigla em inglês) para uma missão que durou quatro meses. Nesse intervalo de tempo, a ISS e seus três tripulantes giraram em torno da Terra em movimento circular e uniforme, com altitude constante.
(http://eexponews.com)
Durante os quatro meses da missão, considerando as forças de atração gravitacional exercidas pela Terra sobre a nave ($F_N$) e sobre um dos astronautas ($F_A$), e as acelerações às quais ficaram submetidos a nave ($a_N$) e um dos astronautas ($a_A$), é correto afirmar que
A)$F_A\lt F_N$ e $a_A\lt a_N$
B)$F_A\gt F_N$ e $a_A\lt a_N$
C)$F_A\lt F_N$ e $a_A=a_N$
D)$F_A=F_N$ e $a_A=a_N$
E)$F_A\lt F_N$ e $a_A\gt a_N$
Gabarito oficial
C
Resolução
A força de atração gravitacional é $F=\dfrac{G\,M\,m}{r^2}$, proporcional à massa do corpo atraído. Como a massa de um astronauta é muito menor que a da nave, $F_A\lt F_N$.
Na mesma órbita, a força gravitacional é a resultante centrípeta, e a aceleração vale
$$a=\frac{F}{m}=\frac{G\,M}{r^2},$$
que não depende da massa do corpo. Logo nave e astronauta têm a mesma aceleração, $a_A=a_N$. É por isso que o astronauta flutua dentro da nave.
Q53
Mecânica — Dinâmica — Impulso e quantidade de movimento
Um garoto está brincando com seu skate em uma superfície plana e horizontal. Para movimentar o skate a partir do repouso, ele apoia seu pé esquerdo sobre o brinquedo e, com seu pé direito, exerce uma força horizontal no solo, para trás.
(http://pt.wikihow.com)
As intensidades da força que o garoto exerce no solo e da respectiva força de reação estão representadas no gráfico.
Sabendo que a massa do garoto mais seu skate é de 50 kg e desprezando todas as forças dissipativas, ao final de três segundos, depois de ter recebido dois impulsos, a velocidade do garoto e de seu skate será de
A)2,0 m/s.
B)3,5 m/s.
C)3,0 m/s.
D)4,0 m/s.
E)2,5 m/s.
Gabarito oficial
A
Resolução
A força do solo sobre o garoto (reação) é a força resultante horizontal, já que as forças dissipativas são desprezadas. O impulso é a área sob o gráfico $F\times t$:
Mecânica — Trabalho e energia — Energia no lançamento oblíquo
Em um arremesso certeiro, após abandonar a mão do jogador, no caminho para a cesta, a bola passa pelos pontos A, B, C e D.
Desprezando a resistência do ar sobre a bola, é correto afirmar que:
A)no ponto A, a bola apresenta sua mínima energia cinética.
B)nos pontos B e D, de mesma altura, a bola apresenta a mesma energia cinética.
C)entre os pontos A e D, a energia potencial gravitacional da bola aumenta o tempo todo.
D)entre os pontos A e C, a energia mecânica da bola varia.
E)no ponto C, a bola apresenta sua máxima energia mecânica.
Gabarito oficial
B
Resolução
Sem resistência do ar, a energia mecânica $E_m=E_c+E_p$ é constante em toda a trajetória, o que descarta as afirmações sobre variação ou máximo da energia mecânica.
Em B e D a altura é a mesma, então a energia potencial é a mesma. Como $E_m$ é constante, a energia cinética também é a mesma nesses pontos.
A energia cinética é mínima no ponto mais alto, C, e não em A. Além disso, a energia potencial aumenta de A até C e diminui de C até D.
Q55
Mecânica — Hidrostática — Pressão de coluna líquida
Determinado instrumento de medida utilizado em pesquisas submarinas não pode, por razões de segurança, ser submetido a variações de pressão maiores do que $4\cdot10^3\ \text{Pa}$ a cada segundo. Admita que esse instrumento será utilizado em uma região do oceano onde a densidade da água do mar pode ser considerada $10^3\ \text{kg/m}^3$. Adotando $g=10\ \text{m/s}^2$ e a pressão atmosférica $=10^5\ \text{Pa}$, a maior velocidade vertical com que esse instrumento pode ser submergido, sem que haja risco de danos ao aparelho, é
A)0,4 m/s.
B)0,6 m/s.
C)1,0 m/s.
D)0,8 m/s.
E)0,2 m/s.
Gabarito oficial
A
Resolução
A pressão na profundidade $h$ é $p=p_{\text{atm}}+\rho\,g\,h$. A pressão atmosférica é constante, então a variação de pressão vem só da variação de profundidade:
$$\Delta p=\rho\,g\,\Delta h.$$
O limite é $\Delta p=4\cdot10^3\ \text{Pa}$ a cada segundo, de modo que
Termologia — Calorimetria — Equilíbrio térmico com gráfico de aquecimento
A temperatura (T) de uma esfera metálica maciça e homogênea varia em função da quantidade de calor (Q) absorvida por ela. O gráfico representa, parcialmente, a curva de aquecimento dessa esfera.
Em um experimento, essa esfera é aquecida a 340 ºC e então totalmente imersa em uma porção de 400 g de água, a 25 ºC, contida em um calorímetro ideal. Sabendo que o calor específico da água líquida é $1\ \text{cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$ e considerando que tenha havido troca de calor apenas entre a esfera e a água, é correto afirmar que após atingido o equilíbrio térmico, o sistema estará a uma temperatura igual a
A)50 ºC.
B)30 ºC.
C)20 ºC.
D)60 ºC.
E)40 ºC.
Gabarito oficial
E
Resolução
Do gráfico, a esfera absorve $\Delta Q=1500-1000=500\ \text{cal}$ para uma variação $\Delta T=50-25=25\ ^\circ\text{C}$. A capacidade térmica da esfera é
Óptica e Ondulatória — Óptica geométrica — Refração e velocidade da luz em lâminas
Um sistema óptico é constituído por três lâminas de faces paralelas, A, B e C, feitas de materiais homogêneos e transparentes, justapostas como representado na figura. Um raio de luz monocromático, propagando-se pelo ar, incide normalmente na face da lâmina A, atravessa as três lâminas e volta a propagar-se pelo ar, emergindo do sistema pela lâmina C.
Sabendo que os índices de refração absolutos das lâminas guardam entre si a relação $n_B\gt n_A\gt n_C\gt n_{\text{Ar}}$, o gráfico que representa corretamente a velocidade ($v$) de propagação do raio através das lâminas, em função da distância percorrida por ele dentro das lâminas ($x$), está melhor representado em
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito oficial
C
Resolução
Em um meio de índice de refração $n$, a luz se propaga com velocidade $v=\dfrac{c}{n}$. Quanto maior o índice, menor a velocidade.
De $n_B\gt n_A\gt n_C$ resulta $v_B\lt v_A\lt v_C$.
O raio atravessa primeiro a lâmina A (de $x=0$ a $x=d$), depois a B (de $d$ a $2d$) e por fim a C (de $2d$ a $3d$). A velocidade então é $v_A$, depois o menor valor, $v_B$, e depois o maior, $v_C$. O gráfico com essa sequência de patamares é o da alternativa indicada.
Q58
Óptica e Ondulatória — Ondas — Ondas eletromagnéticas
Leia o texto para responder às questões 58 e 59.
A poluição eletromagnética é um problema que, há tempos, preocupa os pesquisadores. Mesmo algumas sendo invisíveis aos seres humanos, as ondas eletromagnéticas podem influenciar o comportamento de organismos vivos ou afetar o funcionamento de aparelhos elétricos e eletrônicos. Espalhada por toda a parte, esse tipo de poluição pode atravessar qualquer tipo de matéria viva ou inorgânica.
Algumas aves, como os pombos-correios, sofrem com esse problema. Uma das teorias sobre como eles se orientam afirma que essas aves possuem pequenos ramos de nervos contendo ferro na parte superior do bico, os quais funcionam como a agulha de uma bússola e permitem que elas se orientem utilizando o campo magnético terrestre.
Em regiões com grande concentração de antenas para emissão de ondas de rádio, televisão, celulares e para a recepção de sinais de satélites artificiais, pombos-correios podem apresentar dificuldades para se orientar.
Com base no texto, é correto afirmar que
A)ondas de rádio, televisão e celulares se propagam por qualquer meio, sempre com a mesma velocidade.
B)ondas eletromagnéticas são aquelas que podem se propagar apenas na matéria viva ou na inorgânica.
C)pombos-correios podem interferir na recepção de sinais emitidos por antenas de emissoras de rádio.
D)ondas eletromagnéticas podem interferir na comunicação entre o piloto de um avião e a torre de controle do aeroporto.
E)as frequências das ondas de rádio, televisão e celulares são menores em regiões com grandes concentrações de antenas emissoras.
Gabarito oficial
D
Resolução
O texto afirma que as ondas eletromagnéticas podem "afetar o funcionamento de aparelhos elétricos e eletrônicos". O rádio usado na comunicação entre piloto e torre de controle é um desses aparelhos, então pode sofrer interferência.
As demais afirmações não têm base no texto ou na Física: a velocidade de uma onda eletromagnética depende do meio, elas se propagam também no vácuo, são os pombos que sofrem interferência (e não o contrário), e a frequência é característica da fonte, não da concentração de antenas.
Q59
Eletricidade — Magnetismo — Soma de campos magnéticos
Em São Paulo, a Avenida Paulista é uma região de grande concentração de antenas emissoras de ondas eletromagnéticas. Considere que um pombo-correio, ao voar horizontalmente sobre essa região, fique sujeito a um campo magnético ($\vec B_{\text{antenas}}$) criado pelas antenas, além do campo magnético terrestre. A seta amarela indicada representa a bússola que essa ave tem na parte superior de seu bico, cuja inclinação em relação à direção norte-sul geográficos mostrada pela rosa dos ventos da figura, acusa a presença do campo $\vec B_{\text{antenas}}$.
(www.google.com.br/maps. Adaptado.)
Se a seta amarela está orientada na direção e no sentido do campo magnético que resulta da adição do campo $\vec B_{\text{antenas}}$ com o campo magnético terrestre, o vetor $\vec B_{\text{antenas}}$ está corretamente representado em
O campo terrestre aponta para o norte e a seta amarela, que dá $\vec B_{\text{res}}$, aponta para o noroeste, isto é, tem uma componente para o norte e outra para o oeste.
Testando cada alternativa como $\vec B_{\text{antenas}}$ e somando com o campo terrestre (para o norte):
para o sul: a resultante fica na direção norte-sul, sem componente para o oeste;
para o leste: a resultante tem componente para o leste, e não para o oeste;
para o norte: a resultante aponta para o norte;
para o nordeste: a resultante aponta para o nordeste;
para o oeste: a resultante tem componentes para o norte e para o oeste, ou seja, aponta para o noroeste, como a seta amarela.
Portanto $\vec B_{\text{antenas}}$ é horizontal, apontando para a esquerda, para o oeste.
Q60
Eletricidade — Potência e energia elétrica — Pilhas em série e em paralelo
Com uma mesma lâmpada e com duas pilhas idênticas, foram montados dois circuitos, 1 e 2, conforme a figura.
Considerando-se desprezíveis as resistências elétricas dos fios e das conexões utilizados e admitindo que nos dois circuitos a lâmpada esteja acesa, é correto afirmar que:
A)nos dois circuitos, a lâmpada dissipa potências iguais.
B)nos dois circuitos, a lâmpada é percorrida por correntes elétricas de intensidades iguais.
C)no circuito 2, a lâmpada é percorrida por uma corrente elétrica de intensidade quatro vezes maior do que no circuito 1.
D)no circuito 2, a lâmpada dissipa uma potência duas vezes maior do que no circuito 1.
E)no circuito 2, a lâmpada dissipa uma potência quatro vezes maior do que no circuito 1.
Gabarito oficial
E
Resolução
Seja $\varepsilon$ a força eletromotriz de cada pilha e $R$ a resistência da lâmpada, considerada constante.
No circuito 1, as pilhas estão em paralelo e a tensão sobre a lâmpada é $V_1=\varepsilon$. No circuito 2, estão em série e $V_2=2\varepsilon$.
A corrente é $i=\dfrac{V}{R}$, então a corrente no circuito 2 é o dobro da do circuito 1. A potência é $P=\dfrac{V^2}{R}$, então
