PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA DO INSTITUTO DE FÍSICA DA UFRGS

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Marisa Barros
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1 PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA DO INSTITUTO DE FÍSICA DA UFRGS Prova de seleção para ingresso em 2011/1 no Mestrado Profissional em Ensino de Física Esta prova é constituída de cinco questões, sendo apresentada uma questão por página. O candidato terá de resolver três, e somente três, das cinco questões apresentadas. Cada questão deverá ser resolvida em uma ou mais folhas de papel ofício, rubricadas pelo responsável pela aplicação da prova. Ao final serão entregues apenas as folhas em que as questões foram resolvidas, não havendo mais de uma questão por folha, e todas as folhas devem ser assinadas. A prova se estenderá das 14 h às 17h do dia 4 de dezembro de A prova deverá ser realizada individualmente, sem consulta a qualquer pessoa ou material, exceto o que lhe está sendo fornecido. Pode ser utilizada calculadora. Lembre-se de que uma prova é uma demonstração de conhecimentos, e que esta é uma prova de ingresso em um curso de mestrado.

2 Questão 1) Um biólogo questionou em um blog seus interlocutores físicos sobre aquecimento global conforme abaixo: Tenho uma inquietação que dirijo aos físicos deste blog. É sabido que atualmente há mais microondas circulando na atmosfera do que no passado. Qual é a contribuição dessas microondas para o aquecimento global? A resposta que um físico deu foi a seguinte: TODA a demanda de energia requerida pela tecnologia atual no planeta perfaz menos do que uma parte em cem mil da energia que a Terra recebe do Sol na forma de radiação solar. Na verdade o aquecimento global se deve preponderantemente às mudanças nos mecanismos de reemissão de energia eletromagnética do planeta na faixa de radiação infravermelha - para o espaço interplanetário. Os gases lançados na atmosfera, como por exemplo o gás carbônico, afetam de forma importante tais mecanismos, aumentando o efeito estufa, o que vem a causar o aquecimento global. Assim sendo, mesmo que pudéssemos eliminar toda a nossa demanda energética, mas mantivéssemos a atmosfera poluída pelos gases que influenciam no efeito estufa, o aquecimento global continuaria. Desta forma, as microondas referidas na pergunta, não contribuem decisivamente para o aquecimento global. Sabe-se que a demanda global de energia requerida por toda a tecnologia na Terra é de cerca de PJ por ano (P peta; 1 PJ = J). Sabe-se também que a intensidade da radiação solar a uma distância do Sol igual a distância Terra-Sol (150 milhões km) é cerca de 1,36 kw/m 2 e que o raio da Terra é cerca de 6400 km. A) Avalie a correção da afirmação feita no primeiro parágrafo da resposta do físico. B) Está correta a resposta expressa no último parágrafo da resposta do físico? Justifique sua opinião. C) Estime a quantidade de energia irradiada pelo Sol em um ano.

3 Questão 2) O texto abaixo foi retirado do Yahoo-Respostas 1, onde um aluno expõe uma discussão que teve com o seu professor de Física. Debate c/ o professor - Elevador com velocidade constante. (CEFET-CE) Um elevador de bagagens sobe com velocidade constante de 5 m/s. Uma lâmpada se desprende do teto do elevador e cai livremente até o piso do mesmo. A aceleração local da gravidade é de 10m/s². O tempo de queda da lâmpada é de 0,5 s. Determine a altura aproximada do elevador. Pelos meus conhecimentos... como o elevador está com velocidade constante (portanto sua aceleração é nula), desconsiderei o movimento do elevador e fiz como se o mesmo estivesse parado. Meu raciocínio foi o seguinte: Calculei a velocidade final da lâmpada v = v 0 + g.t onde v 0 = 0 v = 10. 0,5 v = 5 m/s Depois apliquei Torricelli: v² = v 0 ² + 2. a. ΔH 5² = ΔH ΔH = 25/20 ΔH = 1,25 m [esta é a resposta]...mas meu professor fez de outra forma (fez a lâmpada subindo c/ o elevador e depois caindo) que somente quem tem boa afinidade c/ física conseguiu acompanhar e deu o mesmo resultado. Então falei minha resolução e ele disse que eu estava errado... daí iniciamos uma discussão (amigável claro!) sobre o seguinte ponto teórico: Minha opinião - Se a velocidade do elevador é constante (a=0) posso desconsiderar o movimento do elevador nessa questão. E complementei dizendo que só vai influenciar se a aceleração do elevador for diferente de zero. Opinião dele: Essa velocidade constante influencia na velocidade e no tempo de queda da lâmpada e se a aceleração do elevador for diferente de zero influencia ainda mais. * Como e com que embasamento teórico eu posso contra-argumentar e convencê-lo da minha opinião? (caso você ache que estou certo) A) Refaça o cálculo que o professor realizou e verifique se de fato dá o mesmo resultado que o aluno encontrou. B) Responda o questionamento final do aluno. 1 A1z2H3 - Acessado em 16/11/2010.

4 Questão 3) O texto abaixo foi retirado do Yahoo-Respostas 2 e expressa a dúvida de um aluno sobre as condições de flutuação de duas esferas. Onde está o erro deste raciocínio sobre empuxo? Imaginando um recipiente com água, onde estão flutuando completamente submersas e em repouso sem encostar no fundo, duas esferas de mesmo volume, uma de alumínio e a outra de ferro. Segundo a fórmula para se calcular o empuxo, E = μ. V Sub. g, onde E - empuxo. μ - massa específica do líquido do sistema. V Sub - volume submerso do corpo. g - aceleração gravitacional. Os empuxos exercidos nas duas esferas são iguais, levando em conta que estão submetidas a condições idênticas. Mas sabendo que as esferas se mantêm em repouso então F Resultante = 0, logo, P = E. Como o empuxo é o mesmo nos dois corpos, a força peso exercida na esfera de alumínio seria igual à exercida na esfera de ferro, o que não é possível pois elas têm mesmo volume e densidades diferentes. Alguém poderia me ajudar a encontrar o erro desse raciocínio, imaginei ser alguma coisa relacionada à pressão que atua na parte superior dos objetos, mas não tenho certeza. Sabe-se adicionalmente que a massa específica do ferro é maior do que a do alumínio e ambas são maiores do que a massa específica da água. A) Se as informações dadas no primeiro parágrafo do texto do aluno estiverem corretas, o que se pode apontar como problemático no terceiro parágrafo? Justifique sua resposta. B) O último parágrafo do texto do aluno poderia de alguma forma ser a explicação para a sua dúvida? Justifique sua resposta. C) Caso as duas esferas sejam maciças, poderiam ambas simultaneamente flutuar em algum líquido? Em caso positivo, o que se poderia afirmar sobre o volume submerso de ambas as esferas? Justifique sua resposta Yow - Acessado em 21/11/2010.

5 Questão 4) A pergunta abaixo foi postada na página de perguntas do Centro de Referência em Ensino de Física da UFRGS e expressa uma dúvida sobre a vaporização da água 3. Física térmica: vaporização da água Sabemos que à pressão atmosférica a água vaporiza na temperatura de 100 o C. Então por que a água da superfície de um lago vaporiza se está à temperatura ambiente? Grato! A) Qual é o nome do processo de vaporização descrito na primeira frase do questionador? O que caracteriza tal processo, isto é, como podemos reconhecê-lo mesmo que não possamos medir a temperatura? B) Como a pressão atmosférica afeta a temperatura do processo descrito no item A? Descreva essa influência dando inclusive algum exemplo da mesma. C) Qual é o nome do processo de vaporização constante da pergunta final? Qual é a diferença entre este segundo processo e o processo do item A? D) Formule uma resposta à pergunta admitindo que ela se destine a um aluno de ensino médio Acessado em 21/11/2010.

Questão 5) Um professor, com o objetivo de demonstrar experimentalmente algumas propriedades importantes dos circuitos elétricos, tomou três pequenas lâmpadas (as três de mesma marca e nominalmente

6 Questão 5) Um professor, com o objetivo de demonstrar experimentalmente algumas propriedades importantes dos circuitos elétricos, tomou três pequenas lâmpadas (as três de mesma marca e nominalmente equivalentes) em série e mais quatro pilhas com fem de 1,5 V e montou o circuito abaixo (Circuito 1). Circuito 1 Ao fechar o circuito observou-se que a lâmpada 3 brilhava um pouco menos do que a lâmpada 2 ou a lâmpada 1 (assuma que o brilho de uma lâmpada depende da potência elétrica dissipada em seu filamento, aumentando conforme aumenta a potência). De imediato dois alunos assim se manifestaram em sequência: Aluno 1 : A lâmpada 3 tem mesmo que brilhar menos pois os elétrons saem da fonte pelo pólo negativo e, portanto, devem chegar menos elétrons na lâmpada 3 do que nas outras duas, influenciando então no brilho. Aluno 2: É, acho que ele tem razão! Mas também poderia ser devido a que a pilha mais próxima da lâmpada 3 esteja gasta e, portanto, puxa com menos força os elétrons para ela. A) Como se poderia testar experimentalmente o argumento do aluno 1? Descreva o método de testagem, o resultado que se esperaria obter então caso o argumento esteja correto e, finalmente, o que você espera que aconteça de fato em tal teste. B) Como se poderia testar experimentalmente o argumento do aluno 2? Descreva o método de testagem, o resultado que se esperaria obter então caso o argumento esteja correto e, finalmente, o que você espera que aconteça de fato em tal teste. C) Qual é a explicação teórica para o efeito observado? Detalhe esta explicação da melhor maneira possível, inclusive dando um exemplo numérico a partir da informação de que a tensão nominal de operação de cada lâmpada é 2 V e a potência nominal é 0,5 W.

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