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Albert Einstein 2025

Faculdade Israelita de Ciências da Saúde Albert Einstein

Vestibular 2025 · Prova I (Conhecimentos Gerais), questões de Física (Q36-40), mais 1 questão discursiva — resolução comentada Método TEF.

Q36
Termologia — Força de Atrito e Coeficiente de Atrito (Gráfico)

O fenômeno da fadiga térmica pode ocorrer no sistema de freios de um veículo pesado, se o condutor utilizar os freios para controlar continuamente a velocidade desse veículo, em um longo trecho de declive. Ao final desse trecho, o atrito entre as pastilhas e os discos de freio pode não ser suficiente para frear o veículo porque o grande aquecimento provocado por esse atrito diminui o coeficiente de atrito entre os materiais do freio. O gráfico mostra como varia o coeficiente de atrito entre o aço do disco de freio e o material que recobre as pastilhas do freio de um caminhão, em função da temperatura.

Gráfico do coeficiente de atrito entre disco e pastilha de freio em função da temperatura, caindo de 0,375 a 200°C para 0,225 a 350°C

Considere que, em uma frenagem contínua em um longo trecho de declive de uma rodovia, as forças de compressão entre as pastilhas e os discos de freio das rodas desse caminhão se mantenham constantes. Se, nessa frenagem, a temperatura do freio aumentar de 200 ºC para 350 ºC, as intensidades das forças de atrito entre as pastilhas e os discos de freio sofrerão uma redução de

A)10%.
B)25%.
C)20%.
D)50%.
E)40%.

Gabarito oficial FEAE2405

E
Resolução

Do gráfico, a $200°C$ o coeficiente de atrito é $\mu_1=0{,}375$ e a $350°C$ é $\mu_2=0{,}225$. Como a força normal (força de compressão entre pastilha e disco) permanece constante, a força de atrito é diretamente proporcional ao coeficiente de atrito ($F_{at}=\mu N$). A redução percentual é $\dfrac{\mu_1-\mu_2}{\mu_1}=\dfrac{0{,}375-0{,}225}{0{,}375}=\dfrac{0{,}150}{0{,}375}=0{,}40=40\%$.

Q37
Termodinâmica — Ciclo Termodinâmico (Diagrama Pressão x Volume)

O diagrama pressão x volume representa um ciclo termodinâmico efetuado por um gás refrigerante de um sistema de ar condicionado utilizado no processo de resfriamento do interior de um veículo. Nesse processo, o gás absorve calor do interior do veículo ($Q_{int}$) e libera calor para o meio exterior ($Q_{ext}$).

Diagrama pressão x volume com ciclo ABCD: AB compressão adiabática, BC compressão isobárica com liberação de calor Qext, CD expansão adiabática, DA expansão isobárica com absorção de calor Qint

Sabe-se que, nesse ciclo: AB representa uma compressão adiabática; BC representa uma compressão isobárica; CD representa uma expansão adiabática; DA representa uma expansão isobárica.

Considerando o gás ideal e a primeira lei da termodinâmica, o gás do sistema de ar condicionado sofreu aquecimento nas transformações

A)AB e DA.
B)AB e CD.
C)BC e DA.
D)BC e CD.
E)CD e DA.

Gabarito oficial FEAE2405

A
Resolução

"Sofrer aquecimento" aqui significa ter a temperatura aumentada, o que pode ocorrer com ou sem troca de calor. Na isobárica DA (expansão a pressão constante): pela lei de Gay-Lussac/Charles, a $P$ constante, $V\propto T$; como o volume aumenta de D para A, a temperatura também aumenta — condizente com o enunciado, que já identifica essa etapa como a de absorção de calor $Q_{int}$. Na isobárica BC (compressão a pressão constante): o volume diminui de B para C, logo a temperatura diminui — essa é a etapa de liberação de calor $Q_{ext}$, portanto um resfriamento. Nas adiabáticas (sem troca de calor, $Q=0$), a temperatura muda apenas por trabalho: na compressão adiabática AB, o trabalho realizado sobre o gás aumenta sua energia interna e, portanto, sua temperatura — um aquecimento, mesmo sem troca de calor. Na expansão adiabática CD, o gás realiza trabalho às custas de sua energia interna, esfriando. Logo, as transformações em que a temperatura do gás aumentou (sofreu aquecimento) são AB e DA.

Q38
Óptica Geométrica — Reflexão Total e Ângulo Limite (Diamante)

O brilho de um diamante deve-se ao seu alto índice de refração em relação ao ar e à sua lapidação, ou seja, à forma como a pedra é cortada, com muitas faces em ângulos variados. O índice de refração de um diamante em relação ao ar é tal que o ângulo limite para refração dentro do diamante é de 24º. A figura 1 mostra a imagem de um diamante e a figura 2 mostra uma secção transversal desse diamante e três raios de luz monocromática, a, b e c, e suas trajetórias, após incidirem sobre faces desse diamante.

Figura 1: imagem de um diamante lapidado

Figura 1

Figura 2: secção transversal do diamante com três raios a, b e c e os ângulos alfa, beta e delta formados com as normais das faces internas

Figura 2

Considerando as informações apresentadas, tem-se que:

A)$\alpha > 24°$, $\beta > 24°$ e $\delta = 24°$
B)$\alpha < 24°$, $\beta > 24°$ e $\delta = 24°$
C)$\alpha = 24°$, $\beta < 24°$ e $\delta > 24°$
D)$\alpha > 24°$, $\beta < 24°$ e $\delta = 24°$
E)$\alpha > 24°$, $\beta < 24°$ e $\delta > 24°$

Gabarito oficial FEAE2405

D
Resolução

O ângulo limite (crítico) de 24° é o valor a partir do qual, de dentro do diamante para o ar, ocorre reflexão total (o raio não consegue mais emergir, refletindo internamente). Observando a trajetória de cada raio na figura 2: o raio associado ao ângulo $\alpha$, ao incidir na face inferior, não emerge — reflete internamente e continua sua trajetória dentro do diamante —, o que só ocorre se $\alpha > 24°$ (ângulo maior que o limite, reflexão total). O raio associado a $\beta$ emerge do diamante com um desvio nítido em relação à face (refração comum, não rasante), o que ocorre para ângulos menores que o limite: $\beta < 24°$. Já o raio associado a $\delta$ emerge rasante à própria face (na direção-limite entre refratar e refletir), exatamente a condição do ângulo crítico: $\delta = 24°$.

Q39
Ondulatória — Onda Transversal (Direção de Oscilação e Transporte de Energia)

A figura mostra uma corda na qual se propaga uma onda transversal. As cristas e os vales dessa onda estão todos contidos no plano xy e a velocidade de propagação da onda tem a mesma direção e o mesmo sentido do eixo x.

Onda transversal senoidal se propagando ao longo do eixo x, com cristas e vales no plano xy

Com relação à direção de oscilação dos pontos dessa corda e à matéria transportada pela onda, tem-se que todos os pontos da corda, atingidos pela onda, oscilam

A)apenas na direção y e, enquanto se propaga, a onda transporta matéria.
B)apenas na direção y e, enquanto se propaga, a onda não transporta matéria.
C)nas direções x e y e, enquanto se propaga, a onda não transporta matéria.
D)nas direções x e y e, enquanto se propaga, a onda transporta matéria.
E)apenas na direção x e, enquanto se propaga, a onda não transporta matéria.

Gabarito oficial FEAE2405

B
Resolução

Em uma onda transversal, os pontos do meio oscilam perpendicularmente à direção de propagação: como a onda se propaga ao longo de x, cada ponto da corda oscila apenas na direção y (para cima e para baixo), nunca se deslocando ao longo de x. Além disso, como em qualquer onda mecânica, o que se propaga é energia (e o padrão de perturbação), não matéria: cada ponto da corda oscila em torno de sua própria posição de equilíbrio, sem se deslocar ao longo da corda. Logo, os pontos oscilam apenas na direção y, e a onda não transporta matéria.

Q40
Eletrodinâmica — Resistência de Fios e Associação em Paralelo

Um circuito elétrico simples é formado por um gerador e um amperímetro ideais e um fio de cobre de resistência R. Nesse circuito, a indicação no amperímetro é $i_1$, conforme a figura 1. Os demais fios de ligação têm resistência desprezível.

Figura 1: circuito simples com gerador, amperímetro e um fio de resistência R, indicação i1

Para montar um segundo circuito, esse mesmo fio é cortado em três pedaços de mesmo comprimento e esses pedaços são ligados ao mesmo gerador, conforme a figura 2. Nessa situação, a indicação no amperímetro é $i_2$.

Figura 2: o mesmo fio cortado em três pedaços iguais, ligados em paralelo ao mesmo gerador, indicação i2

Comparando os valores de $i_1$ e de $i_2$, tem-se que:

A)$i_2 = 9i_1$
B)$i_2 = \dfrac{i_1}{3}$
C)$i_2 = i_1$
D)$i_2 = \dfrac{i_1}{9}$
E)$i_2 = 3i_1$

Gabarito oficial FEAE2405

A
Resolução

Na figura 1, o fio inteiro tem resistência R e o gerador (ideal, tensão V fixa) estabelece $i_1=\dfrac{V}{R}$. Ao cortar o fio em 3 pedaços de mesmo comprimento, cada pedaço tem resistência $R/3$ (a resistência é proporcional ao comprimento, para um fio de mesmo material e mesma seção). Na figura 2, os três pedaços são ligados em paralelo ao mesmo gerador: a resistência equivalente é $R_{eq}=\dfrac{R/3}{3}=\dfrac{R}{9}$. Logo, $i_2=\dfrac{V}{R_{eq}}=\dfrac{9V}{R}=9\,i_1$.

Q03
Dinâmica e Oscilações — Pêndulo (Período, MCU no Ponto Mais Baixo)
Questão discursiva

O "pêndulo humano" é atração radical na Serra Catarinense. O salto de pêndulo desafia o turista aventureiro a se jogar de corpo e alma em uma queda de dezenas de metros, a uma velocidade que pode atingir mais de 100 km/h, junto às paredes rochosas que circundam a cachoeira Cascata do Avencal. São segundos de queda seguidos por um balanço gigante.

A figura mostra uma pessoa de 60 kg na atração do pêndulo humano. A pessoa deixa seu corpo cair a partir do repouso, do ponto A, de uma altura h, presa a uma corda de massa desprezível de 64 m de comprimento.

Pessoa presa a uma corda de 64 m caindo do ponto A (repouso) e oscilando até o ponto B, o ponto mais baixo da trajetória circular, a uma altura h abaixo de A

Nessa situação, considere que a resistência do ar possa ser desprezada e que o período de oscilação desse pêndulo (T), em segundos, possa ser calculado por $T=2{,}04\sqrt{L}$, em que L é o comprimento da corda, em metros. Sabendo que, quando a pessoa atinge o ponto B, ponto mais baixo de sua trajetória circular, a intensidade da tração na corda é de 840 N e adotando $g=10$ m/s², calcule:

a)o intervalo de tempo, em segundos, para que essa pessoa, partindo do ponto A, atinja o ponto B pela primeira vez.

Resposta$t = 4{,}08$ s.

b)o valor da altura h, em metros.

Resposta$h = 12{,}8$ m.
Resolução

a) O período completo do pêndulo é $T=2{,}04\sqrt{L}=2{,}04\sqrt{64}=2{,}04\times8=16{,}32$ s. A pessoa parte do repouso no ponto A, que é o ponto de amplitude máxima do movimento (extremo da oscilação), e o ponto B é a posição de equilíbrio (ponto mais baixo). Em qualquer oscilador harmônico, o trajeto do extremo até a posição de equilíbrio corresponde a um quarto do período: $t=\dfrac{T}{4}=\dfrac{16{,}32}{4}=4{,}08$ s.

b) No ponto B, a pessoa descreve um movimento circular; a resultante entre a tração e o peso é a força centrípeta: $T_{corda}-mg=\dfrac{mv_B^2}{L}$. Substituindo: $840-60\times10=\dfrac{60\,v_B^2}{64}\Rightarrow 240=\dfrac{60\,v_B^2}{64}\Rightarrow v_B^2=\dfrac{240\times64}{60}=256\Rightarrow v_B=16$ m/s. Como a queda de A até B ocorre apenas sob ação do peso e da tração (que não realiza trabalho, por ser sempre perpendicular à velocidade), vale a conservação de energia mecânica: $mgh=\dfrac12mv_B^2\Rightarrow h=\dfrac{v_B^2}{2g}=\dfrac{256}{20}=12{,}8$ m.

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