FÍSICA. Prova: 28/07/13. Questão 49

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1 Prova: 8/7/ FÍSIC Questão 49 Um motociclista, pilotando sua motocicleta, move-se com velocidade constante duranate a realização do looping da figura abaixo. R Quando está passando pelo ponto mais alto dessa trajetória circular, o motociclista lança para trás, um objeto de massa desprezível, comparada à massa de todo o conjunto motocicleta-motociclista. Dessa forma, objeto cai, em relação à superficie da terra, como se tivesse sido abandonado em, percorrendo uma trajetória retilínea até. o passar, após esse lançamento, em o motociclista consegue recuperar o ojeto imediatamente antes dele tocar o solo. Desprezando a resistência do ar e as dimensões do conjunto motocicleta-motociclista, e considerando π =, a razão entre a normal (N), que age sobre a motocicleta no instante em que passa no ponto, e o peso (P) do conjunto motocicleta-motociclista, (N/P), será igual a: (),5. (),. (C),5. (D),5. Gabarito: Letra C. s forças que atuam no motociclista no ponto são: o seu peso (P) e a normal (N). P N P mv força centrípeta (F CP ) é: F CP = R mv N + P = R Dividindo todos os membros por P: N P mv N mv + = + = () P P PR P PR

2 Gabarito F velocidade média para o motociclista vale: s R R V = D = π V = π () Dt t t O objeto para o referencial solo desce em queda livre: gt gt 4R h = R = t = () g () em () V π Rg =. g = (4) 4 R 4 π R (4) em () N + m. π R g = P 4 R P N + π = P 4 N + = P 4 N =,5 P Questão 5 Um bloco, de massa kg, desliza sobre um plano inclinado, conforme a figura seguinte. O gráfico v x t abaixo representa a velocidade desse bloco em função do tempo, durante a subida, desde o ponto até o ponto.

3 Prova: 8/7/ Considere a existência de atrito entre o bloco e o plano inclinado e despreze quaisquer outras formas de resistência ao movimento. Sabendo que o bloco retorna ao potno, a velocidade com que ele passa por esse ponto, na descida, em m/s, vale: () 4 () (C) (D) Gabarito: Letra. Na subida temos que Fat + Psen7º = ma (i) e N = Pcos7º (ii) µ. N + mgsen 7º = ma µ. mgcos7º + mgsen7º = ma a = g (µ. cos7º + sen 7º) ao coeficiente angular da reta: 4 a = = 8 m/s, 5 Então: Pelo gráfico temos que o módulo da aceleração é numericamente igual ( ) 8 = µ., 8 +, 6 8 = 8µ + 6 µ = =, 5 8

4 Gabarito F Na descida: Psen7º F at = ma (iii) e N = Pcos7º (iv) mgsen7º µ mgcos 7º = ma.,6,5..,8 = a 6 = a a = 4 m/s asta descobrirmos a distância de até. Vamos voltar para a subida. No gráfico v x t, a área é numericamente igual ao deslocamento: S 4., 5 = = m Então, na descida: v = v + a v =. 4. v = m/s Questão 5 figura abaixo mostra um sistema em equilíbrio estático formado por uma barra homogênea e uma mola ideal que estão ligadas através de uma de suas extremidades e livremente articuladas às paredes. barra possui massa m e comprimento L, a mola possui comprimento natural L e a distância entre as articulações é de L. Esse sistema (barra-mola) está sujeito à ação da gravidade, cujo módulo da aceleração é g e, nessas condições, a constante elástica da mola vale: () m g L ( ) 4 - () m g L 4 - (C) m g L m g (D) 6

5 Prova: 8/7/ Gabarito: Letra. Calculando o comprimento total da mola (L): Pela figura: distensão da mola (x) vale: x = L L = L L = L ( ) () L = ( L ) + L L = L Considerando nulo o somatório dos torques no ponto da articulação com a parede: L mg = = () 4 4 P FEL L FEL Porém, F EL = K x () () e () em () mg = K L ( ) 4 mg K = 4 L ( ) Questão 5 Dispôe-se de dua máquinas térmicas de Carnot. máquina trabalha entre as temperaturas de 7 C e 57 C, enquanto a máquina opera entre 7 K e 57 K. nalise as afirmativas a seguir e responda ao que se pede. I. máquina tem maior rendimento que a máquina. II. Se a máquina realizar um trabalho de J terá retirado 6 J de calor da fonte quente. III. Se a máquina retirar 4 J de calor da fonte quente irá liberar aproximadamente 7 J de calor para a fonte fria. 5

6 Gabarito F IV. Para uma mesma quantidade de calor retirada da fonte quente pelas duas máquinas, a máquina rejeita mais calor para a fonte fria. São corretas apenas. () I e II. () I e III. (C) II e IV. (D) III. e IV. Gabarito: Letra. Máquina : T F = = 5 K T Q = = 8 K Para uma máquina de Carnot, o rendimento é calculado por: η = 5 TF = T 8 = 8 =, 75 6 Q Máquina : T F = 7 k T Q = 57 k η = 7 TF = T 57, 57 Q Como η > η, afirmativa I é verdadeira. W II. η = = QQ 5 J QQ 8 QQ Como 6 5, afirmativa II é falsa. III. η = W 57 = W, Q 4 W = 8 J Q Mas Q Q = W + Q F 4 = 8 + Q F Q F = 7 J afirmativa III é verdadeira. IV. O rendimento de uma máquina é QF η = QQ Para a mesma quantidade de calor retirada da fonte quente (Q Q ), o rendimento (η) e o calor rejeitado para a fonte fria (Q F ) são inversamente proporcionais. Como η > η, Q F < Q F, portanto a afirmativa IV é falsa.

7 Prova: 8/7/ Questão 5 Um corpo homogêneo e maciço de massa M e coeficiente de dilatação volumétrica constante γ é imerso inicialmente em um líquido também homogêneo à temperatura de ºC, e é equilibrado por uma massa m através de uma balança hidrostática, como mostra a figura abaixo. m M ºC Levando o sistema formado pelo corpo imerso e o líquido até uma nova temperatura de equilíbrio térmico x, a nova condição de equilíbrio da balança hidrostática é atingida com uma massa igual a m, na ausência de quaisquer resistências. Nessas condições, o coeficiente de dilatação volumétrica real do líquido pode ser determinado por: () () (C) (D) m m M m + γ. M m x M m m m m m + γ. M m x M m M m m m + γ. M m x M m M m m m + γ. M m x M m Gabarito: Letra. I. P = P E mg = Mg µ V g II. P = P E m g = Mg µ. V. g x Como: V=V (+γdt) µ = µ ( + γ. T) µ V +M m + γx + γx M m µ V = = M m ( + γx) = ( + γx) M m 7

8 Gabarito F M m M m yx M m = +. + γx ( + γx) M m ( M m ) yx = ( + γx ) M m M m + Mγx m γx M + m y = Mx m x ( ) = + m m + Mγx mγx y = ( M m ) x m m M m = + ( M m). x M m.γ yx Questão 54 Um estudante, ao repetir a experiência de James P. Joule para a determinação do equivalente mecânico do calor, fez a montagem da figura abaixo: M,5 m M, m Para conseguir o seu objetivo, ele deixou os corpos de massas M =6, kg e M =4, kg caírem 4 vezes com velocidade constante de uma altura de, m, girando as pás e aquecendo, kg de água contida no recipiente adiabático. dmitindo que toda a variação de energia mecânica ocorrida durante as quedas dos corpos produza aquecimento da água, que os fios e as polias sejam ideais e que o calor específico da água seja igual a 4, J/gºC, o aumento de temperatura dela, em C, foi de: (), (C) 6, () 4, (D) 8, Gabarito: Letra. E = Q 4( E ) = Q MEC TOTL ÁGU MEC ÁGU 4(DE C +DE P )=Q ÁGU Mas DE C = (velocidade constante) 4. (M TOTL gh)=mcdq 4. (6+4).. =.. 4. Dq Dq = C 8

9 Prova: 8/7/ Questão 55 Considere um gás ideal que pode ser submetido a duas transformações cíclicas reversíveis e não simultâneas, e, como mostrado no diagrama PV abaixo. Na transformação o gás recebe uma quantidade de calor Q de uma fonte quente à temperatura T e cede a quantidade de calor Q para a fonte fria à temperatura T. Enquanto que, na transformação, as quantidades de calor recebida, Q, e cedida, Q, são trocadas resectivamente com duas fontes às temperaturas T e T 4. Nessas condições, é correto afirmar que: () a variação da entropia nas transformações C,D, FG e HE é não nula. () nas transformações e EF, a variação da entropia é negativa, enquanto que, nas tranformações CD e GH, é positiva. 5 (C) na transformação, a variação da entropia é não nula e Q = Q. 4 (D) na transformação, a variação da entropia é nula e Q = Q = Q. Gabarito: Letra D. variação de entropia s é dada por: ds = dq T () Como nos trechos C, D, FG, HE são adiabáticas (Q=), S =, portanto é falsa. () Como nos trechos e EF, Q e Q EF >, S e S EF > e nos trechos CD e GH, Q CD e Q GH <, S CD e S GH <, portanto é falsa. (C) Em uma transformação reversível, S =, portanto é falsa. (D) Trasformação reversível S =. Como são adiabáticas e isotérmicas, vale a relação Q Q TQ = Q QF TF ' = Q' = Q ', portando é verdadeira. Q ' 9

10 Gabarito F Questão 56 figura abaixo apresenta os gráficos da posição (x) em função do tempo (t) para dois sistemas e de mesma massa m que oscilam em MHS, de igual amplitude. x(m) t t t(s) Sendo E C e E C as energias cinéticas dos sistemas e respectivamente no tempo t ; E P e E P as energias potenciais do sistema e respectivamente no tempo t, é correto afirmar que () E C = E C () E P > E P (C) E C > E C (D) E P > E P Gabarito: Letra D. Sendo f = f k k Como f = : = π m π m π k m k = 4k E TOTL K K K K = Logo E = e E = = E TOTL = E C + E POT E = E C + E POT K K x K ETOTL = = EC + EC = ( x ) K 4K EC = ( x ) = ( + x ) Então temos: E C = 4 E C E P = 4 E P

11 Prova: 8/7/ Questão 57 Um pequeno objeto plano e luminoso pode ser utilizado em três arranjos ópticos distintos (I, II e III), imersos em ar, como apresentado na figura abaixo. No arranjo I, o objeto é colocado sobre um plano onde se apoiam dois espelhos planos ortogonais entre si. Nos arranjos II e III, respectivamente, o objeto é disposto de forma perpendicular ao eixo óptico de um espelho esférico côncavo gaussiano e de uma lente convergente delgada. Dessa maneira, o plano do objeto se encontra paralelo aos planos focais desses dois dispositivos. Considere que as distâncias do objeto ao vértice do espelho esférico e ao centro óptico da lente sejam maiores do que as distâncias focais do espelho côncavo e da lente. Nessas condições, das imagens abaixo, a que não se pode ser conjugada por nenhum dos três arranjos ópticos é: () (C) () (D) Gabarito: Letra D. Espelhos Planos Espelho côncavo: forma imagem Lente convergente: forma imagem Portanto, a única imagem que não é formada é a da opção D.

12 Gabarito F Questão 58 Um estudante montou um experimento com uma rede de difração de. linhas por milímetro, um laser que emite um feixe cilíndrico de luz monocromática de comprimento de onda igual a 4. 7 m e um anteparo, conforme figura abaixo. O espectro de difração, observado no anteparo pelo estudante, foi registrado por uma câmera digital e os picos de intensidade apareceram como pequenos pontos brilhantes na imagem. Nessas condições, a opção que melhor representa a imagem do espectro de difração obtida pelo estudantes é: () () (C) (D) Gabarito: Letra C. Numa rede de difração: a sen θ = Nλ. l mm = l a mm a mm Para θ = 9º. sen 9º = N N = =, 5. =, Portanto o N MÁXIMO é N = N = N = N = N = N = Total 5 pontos brilhantes

13 Prova: 8/7/ Questão 59 Três cargas elétricas puniformes q, q e q C estão fixas, respectivamente, nos vértices, e C de um triângulo isósceles, conforme indica a figura abaixo. α α C Considerando F o módulo da força elétrica de interação entre as cargas q e q C ; F o módulo da força elétrica de interação entre as cargas q e q C e sabendo-se que a força resultante sobre a carga q C é perpendicular ao lado e aponta para dentro do triângulo, pode-se afirmar, certamente, que a relação entre os valores das cargas elétricas é: q + qc q F () < (C) < < 4 q q F q + q C q F () > (D) < < q q F Gabarito: θ H 9 θ θ/ F F C Como a altura relativa ao vértice C é interior ao C, sabemos que este é acutângulo. Uma vez que os vértices e estão em lados opostos em relação a altura as cargas em e devem ter mesmo sinal sendo este oposto ao sinal da carga em C.

14 Gabarito F q Logo:. q > Uma vez que a resultante está na direção da altura, têm-se: F cosq F sen(9 q ) = F senq / = F senq / cos q K q qc C cosq q HC / sen q cosq = = C K q qc senq / q HC / sen ( q ) senq / 4 sen q = = q sen ( q ) q q ( q ) cosq sen q 4F 4 cos cos < F q q < senq ( q ) ( q ) cos cosq = sen 4 cosq senq cos q < 4 cos cos q q senq que sempre é verdade. Para ver que as letras a, b e d não são necessariamente verdadeiras, basta tomar um triângulo equilátero. Nesse caso: q C = q q + q C = lém disso q F = = q F Questão 6 Uma partícula, de massa m e carga elétrica q, está em repouso no momento e mque uma segunda partícula, de massa e carga elétrica iguais às de, é lançada com velocidade de módulo igual a V, na direção x, conforme ilustra a figura abaixo. V X partícula foi lançada de um ponto a muito distante de, de tal forma que, no instante do lançamento, as forças elétricas coulombianas entre elas possam ser desprezadas. Sendo K constante eletrostática do meio e considerando apenas interações eletrostáticas entre essas partículas, a distância mínima entre e será igual a. () 8 mv Kq. (C) Kq mv. () Kv 4 mq. (D) 4 Kq mv. 4

15 Prova: 8/7/ Gabarito: Letra D. Inicialmente a única energia é a cinética. Quando a partícula se aproxima de as duas passam a se v movimentar até que ambas tenham a mesma velocidade (v = ). plicando conservação de energia temos E cin = E pot + E cin mv kq m v = +. d mv kq mv = + d 4 mv kq kq = d = 4 4 d mv Questão 6 Dispõe-se de duas pilhas idênticas de f.e.m. ε e resistência interna r constante e de um reostato, cuja resistência elétrica R vazia de zero até 6 r. Essas pilhas podem ser associadas em série ou em paralelo, conforme ilustram as figuras I e II, respectivamente. (I) R O gráfico que melhor representa a potência P dissipada pelo reostato, para cada uma das associações, em função da resistência R é: (II) R () P Série Paralelo r r r 4r 5r 6r R 5

16 Gabarito F () P Paralelo Série r r r 4r 5r 6r R (C) P Série Paralelo r r r 4r 5r 6r R (D) P Paralelo Série r r r 4r 5r 6r R Gabarito: Letra C. O gráfico da potência lançada no circuito é máximo quando a resistência interna é igual a resistência do circuito. Caso (I): r eq = r = R Caso (II): r eq = r = R 6

17 Prova: 8/7/ Questão 6 Na figura abaixo, estão representados dois longos fios paralelos, dispostos a uma distância l um do outro, que conduzem a mesma corrente elétrica i em sentidos opostos. z i i d d y x p v Num ponto P do plano xy, situado a uma distância d de cada um dos fios, lança-se uma partícula, com carga elétrica positiva q na direção do eixo y, cuja velocidade tem módulo igual a v. Sendo m a permeabilidade abosluta do meio e considerando desprezível a força de interação entre as correntes elétricas nos fios, a força magnética que atua sobre essa partícula, imediatamente após o lançamento, tem módulo igua a: () zero () (C) µ ilqv πd µ iqv πd (D) µ ilqv πd Gabarito: Letra C. z produz um campo magnético v. Logo, para esse condutor, f m=. x d p d v y f mag =q. v.. senq = q. i v. µ. π.d sen θ 7

18 Gabarito F mas senθ = l (observe o D destacado) d q v i Então f =.. µ. l qv i mag. πd d = µ l πd Questão 6 Uma garota de nome Julieta se encontra em uma nave espacial brincando em um balanço que oscila com período constate igual a T, medindo no interior da nave, como mostra a figura abaixo. nave de Julieta passa paralelamente com velocidade,5 c, em que c é a velocidade da luz, por uma plataforma espacial, em relação à qual, o astronauta Romeu se encontra parado. Durante essa passagem, Romeu mede o período de oscilação do balanço como sendo T e o comprimento da nave, na direção do movimento, como sendo L. Nessas condições, o período T, medido por Romeu, e o comprimento da nave, medido por Julieta, são respectivamente () T () T (C) T (D) T e L e L e L L e Gabarito: Letra. Calculando o fator de LORENTZ (γ) γ = = = = v (, 5c) c c Período oscilação para Romeu (T): T = γt = T 8

19 Prova: 8/7/ Comprimento da nave para Julieta (L ) L' = γl = L Questão 64 Para a construção de uma célula fotoelétrica, que será utilizada na abertura e fechamento automático de uma porta, um pesquisador dispõe de quatro metais, cujas funções trabalho (w) estão listadas na tabela abaixo. Metal w (ev) Platina 6,4 Prata 4,7 Chumbo 4, Sódio, Sendo que essa célula deverá ser projetada para funcionar com luz visível, poderão ser usado(s) somente o(s) metal(is). Dados: h = 4, 5 ev s Diagrama do espectro visível f( 4 Hz) Violeta nil zul Verde marelo Laranja Vermelho 7,5 7,6 6,74 6, 5, 5, 4,8 4, () platina () sódio (C) chumbo e prata (D) chumbo e sódio Gabarito: Letra. equação de conservação de energia que rege o efeito fotoelétrico é: E FÓTON = E C + w energia mínima que o fóton deve ter para arrancar o elétron é: E FÓTON MÍNIM = w w = hf Pelo gráfico, os valores mínimo e máximo para as frequências no espectro visível são: f VIOLET = 7,5 4 Hz f VERMELHO = 4, 4 Hz 9

20 Gabarito F w VIOLET = 4, 5 7,5 4 =,75 ev w VERMELHO = 4, 5 4, 4 =,64 ev Pela tabela:,75 > w SÓDIO >,64 PROFESSORES: runo Fernandes Carlos Graterol Jorge Fernando Valentim Ricardo Fagundes