2ª Etapa do triênio 2020–2022 · Física (Q41–45) — resolução comentada Método TEF.
Dados utilizados
Valores fornecidos nos enunciados das questões de Física:
faixa audível humana: $20\text{ Hz}$ a $20.000\text{ Hz}$
velocidade do som no ar: $342\text{ m/s}$
ciclo de Carnot: $\eta=1-\dfrac{T_{fria}}{T_{quente}}$
temperaturas absolutas em Kelvin: $T(K)=T(°C)+273$
Q41
Óptica da Visão — Diagnóstico de Anomalias Oculares
Em uma campanha de saúde ocular infantil, duas técnicas simples são usadas para triagem: a análise de fotografias tiradas com flash, observando a cor do reflexo na pupila da criança, e um teste de análise da percepção das cores, no qual a criança deve identificar números formados por pontos coloridos em um fundo de cores diferentes.
A primeira técnica (reflexo do flash) permite detectar precocemente opacidades no cristalino ou na córnea, enquanto a segunda identifica dificuldades na distinção de determinadas cores.
As anomalias rastreadas por essas duas técnicas são, respectivamente:
O chamado "teste do olhinho" (teste do reflexo vermelho) consiste em fotografar ou iluminar o olho com um facho de luz e observar a cor do reflexo na pupila. Em um olho saudável, o reflexo é avermelhado (reflexo do fundo do olho); quando há uma opacidade no trajeto da luz — como uma mancha esbranquiçada na córnea —, o reflexo aparece esbranquiçado. Essa opacidade da córnea é chamada de leucoma.
Já o teste com figuras formadas por pontos coloridos (placas pseudoisocromáticas) é o método clássico para rastrear o daltonismo, anomalia na percepção de cores causada por deficiência ou ausência de um ou mais tipos de cones na retina.
Miopia, hipermetropia, astigmatismo e presbiopia são anomalias de refração relacionadas ao formato do globo ocular ou à perda de elasticidade do cristalino, não diagnosticadas por essas duas técnicas.
Alternativa correta: C
Q42
Termologia — Condensação na Superfície de uma Garrafa Gelada
Ao retirar uma garrafa de vidro fechada e gelada de uma geladeira e deixá-la sobre a mesa em um dia quente, observa-se rapidamente a formação de gotículas de água na superfície externa da garrafa — fenômeno popularmente descrito como a garrafa "suando".
A origem física dessas gotículas de água é:
a)a água líquida que estava dentro da garrafa, que atravessa o vidro por capilaridade.
b)o vapor de água presente no ar ambiente, que se condensa ao entrar em contato com a superfície fria da garrafa.
c)a evaporação do próprio vidro da garrafa, que se transforma parcialmente em água.
d)a água gelada armazenada dentro da garrafa, que sofre expansão térmica e vaza pela tampa.
e)reação química entre o dióxido de carbono do ar e o vidro da garrafa.
O ar atmosférico sempre contém vapor de água em quantidade variável (umidade do ar). Ao entrar em contato com a superfície da garrafa, que está a uma temperatura bem inferior à do ambiente, o ar próximo a essa superfície é resfriado abaixo do seu ponto de orvalho.
Quando isso ocorre, o vapor de água do ar não consegue mais permanecer no estado gasoso naquela concentração e condensa-se, passando ao estado líquido na forma de pequenas gotas sobre a superfície fria — exatamente o fenômeno observado.
A garrafa está fechada, de modo que a água do seu interior não tem como atravessar o vidro; o processo é puramente de condensação do vapor de água externo.
Alternativa correta: B
Q43
Ondulatória — Faixa de Frequências Audíveis em Humanos e Cães
É comum observar cães reagindo a apitos ou sons que não são percebidos pelos seus tutores, evidenciando que a faixa de frequências sonoras audíveis varia entre espécies.
A alternativa que apresenta corretamente, em ordem, a faixa aproximada de frequências audíveis para cães e para seres humanos é:
a)cães: $20\text{ Hz}$ a $40.000\text{ Hz}$; humanos: $10\text{ Hz}$ a $15.000\text{ Hz}$.
b)cães: $15\text{ Hz}$ a $50.000\text{ Hz}$; humanos: $20\text{ Hz}$ a $20.000\text{ Hz}$.
c)cães: $30\text{ Hz}$ a $60.000\text{ Hz}$; humanos: $10\text{ Hz}$ a $20.000\text{ Hz}$.
d)cães: $15\text{ Hz}$ a $30.000\text{ Hz}$; humanos: $20\text{ Hz}$ a $10.000\text{ Hz}$.
e)cães: $20\text{ Hz}$ a $60.000\text{ Hz}$; humanos: $30\text{ Hz}$ a $40.000\text{ Hz}$.
A faixa audível padrão para o ouvido humano, amplamente estabelecida na literatura, vai de $20\text{ Hz}$ (infrassom) até aproximadamente $20.000\text{ Hz}$ (ultrassom) — o famoso intervalo "20 Hz a 20 kHz".
Já os cães possuem audição mais sensível a frequências altas, com faixa aproximada de $15\text{ Hz}$ a $50.000\text{ Hz}$, o que explica sua capacidade de perceber apitos ultrassônicos inaudíveis para humanos.
Apenas a alternativa B apresenta a faixa humana correta ($20$ Hz a $20.000$ Hz) associada a uma faixa canina compatível com os valores usualmente citados.
Alternativa correta: B
Q44
Ondulatória — Efeito Doppler com Fonte e Observador em Movimento
Durante um evento de MotoGP, uma motocicleta emite um som característico de frequência $862\text{ Hz}$ enquanto acelera na reta dos boxes, aproximando-se de um espectador parado na arquibancada. A motocicleta se desloca a $216\text{ km/h}$.
Nesse instante, o espectador caminha com velocidade constante de $2{,}0\text{ m/s}$ em sentido contrário ao movimento da motocicleta, afastando-se ligeiramente da trajetória de aproximação do som. Considere a velocidade do som no ar $342\text{ m/s}$ e utilize, no máximo, duas casas decimais nos cálculos.
A frequência do som percebida pelo espectador nesse instante é de aproximadamente:
A motocicleta (fonte) se aproxima do espectador a $v_F=216\text{ km/h}=60\text{ m/s}$, e o espectador (observador) se afasta da fonte a $v_O=2{,}0\text{ m/s}$. Para fonte que se aproxima e observador que se afasta, a equação geral do efeito Doppler é:
Como esperado, a frequência percebida aumenta em relação à frequência emitida, já que a fonte se aproxima mais rapidamente do que o observador se afasta.
Alternativa correta: C
Q45
Termodinâmica — Rendimento de uma Máquina de Carnot
Uma máquina térmica ideal opera segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente à temperatura de $227°C$ e uma fonte fria à temperatura de $-23°C$.
O rendimento máximo teórico dessa máquina térmica é de: