IFPB CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS CÓDIGO 03 UCs de Física

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1 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS CÓDIGO 03 UCs de Física Quando necessário use: g = 10 m/s 2 (aceleração da gravidade) 1g = 1 cm 3 d água = 10 3 kg/m 3 (densidade da água) 1 HP = 746 W (Horse Power) m e = 9,1x10-31 kg (massa do elétron) k = 9x10 9 N.m 2 /C 2 (constante eletrostática) 1 ev = 1,6x10-19 J m p = 1,6x10-27 kg e =1,6x10-19 C (carga elementar) 26. Uma maneira prática de analisar uma equação que rege determinado fenômeno físico é verificar as dimensões de ambos os lados que devem ser idênticos em uma forma final. Para algumas grandezas fundamentais, adotamos: comprimento (L), massa (M), tempo (T) e carga elétrica (C), em que a expressão de uma grandeza [G] em função das grandezas fundamentais é dada por [G] = M a L b T d C e, sendo a, b, d e e números chamados de dimensão de G. Analise cada uma das afirmações abaixo: I. A energia E associada a um fóton de luz de frequência (ν) é dada pela expressão E = hν; h = constante de Planck, em que [h] = M 1 L 2 T -1 C 0 II. A Lei de Hooke, que fundamenta as deformações elásticas em molas, pode ser expressa na forma F = - K x, em que: F=força restauradora linear; K=constante elástica da mola; x=distensão ou compressão elástica da mola, em que [k] = M 1 L 0 T -2 C 0. III. A Lei de Biot-Savart, do Eletromagnetismo, estabelece que o módulo do vetor indução magnética B, que tem como fonte um fio (condutor) retilíneo percorrido por uma corrente elétrica i, em um ponto P separado por uma distância d, perpendicular ao mesmo, é dado por: B = µ 0 i/2πd, sendo µ 0 uma constante física denominada permeabilidade magnética do meio em que [µ] = M 1 L 1 T 0 C -2. Sobre as alternativas acima, é CORRETO afirmar que: a) Apenas I é verdadeira. b) Apenas II é verdadeira. c) Apenas III é verdadeira. d) Apenas I e II são verdadeiras. e) Todas são verdadeiras. Conhecimentos específicos Código 03 15

2 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 27. As leis da Mecânica Clássica nos permitem descrever com precisão notável, grande parte dos fenômenos físicos do mundo atual. O uso dos vetores permite a concisão de determinadas expressões e é facilitador para a discussão razoável de determinadas leis da Física e suas consequências, tanto do ponto de vista qualitativo quanto quantitativo. Entretanto, a sua fundamentação obedece a uma linguagem com conceitos específicos. Analise algumas definições e classifique-as em verdadeiras ou falsas. A. Um vetor no espaço é uma combinação de seu módulo (número real positivo), uma direção (linha de ação) que expressa sua localização no espaço e um sentido que possibilita sua orientação. B. Adição de vetores pode ser interpretada em termos de suas propriedades, destacandose que: i. a + b = b + a (comutativa) ii. a + (b+c) = (a+b) + c (associativa) iii. a a = 0; a + 0 = a, que define um vetor nulo indicado por 0, podendo ser representado por um ponto cujo comprimento é 0 (zero) e seus sentidos e direção são completamente indeterminados. C. Se h é um número (também chamado de escalar) e a um vetor, define-se uma operação produto de um escalar por um vetor como ha, para o que é válido definir: i. 1a = a ii. (h 1 h 2 ) a = h 1 (h 2 a) = h 2 (h 1 a) iii. h 1 (a+b) = h 1 a+h 1 b D. Se r é um vetor qualquer do espaço e considerando OP = r e sejam x, y, z as coordenadas de P, em um sistema de coordenadas cartesianas tri- ortogonais e r = xi + yj + zk, onde i,j,k são vetores unitários nos eixos x,y e z respectivamente; r é o módulo do vetor r, θ é o ângulo entre r e o eixo z; ϕ é ângulo entre r e o eixo x, sabendo-se que r é a projeção de r no plano xy. Logo, i. r = x 2 +y 2 +z 2 ii. r = r cosθ iii. x = r cos ϕ y = r sen ϕ z = r cos θ Sobre as alternativas acima, é CORRETO afirmar que: a) Todas são verdadeiras. b) São verdadeiras apenas A, B e C. c) São verdadeiras apenas B e D. d) São verdadeiras apenas A e C. e) São todas falsas. 16 Conhecimentos específicos Código 03

3 28. Para a solução de problemas da Física, utilizam-se gráficos que envolvem os parâmetros físicos a serem manipulados em um dado fenômeno. Leva-se em conta, também, as propriedades desses gráficos, associadas, em termos de funcionalidades, ao registro de dados e possibilidades de interpolação, extrapolação e aproximação. Considere duas situações distintas: uma inerente à Cinemática da partícula e outra à Dinâmica. Os dados estão representados em gráficos. O gráfico I representa a velocidade como função do tempo do movimento de duas partículas 1 e 2, de massa, respectivamente, m 1 e m 2 (sendo m 1 =2,5m 2 ), percorrendo o mesmo trecho retilíneo de uma pista e considerando que a partícula 2 seja lançada 4s após a partícula 1 no mesmo ponto. Os gráficos A, B, C, D e E são representações das forças atuantes nas partículas 1 e 2, em função do tempo. Analisando os gráficos, verifica-se, entretanto, que entre os da Dinâmica, apenas um deles corresponde à situação 1. Assinale a alternativa cuja representação atende à situação descrita de forma CORRETA. a) Gráfico A b) Gráfico B c) Gráfico C d) Gráfico D e) Gráfico E Conhecimentos específicos Código 03 17

4 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 29. Um automóvel, movendo-se a 108 km/h, reduz uniformemente sua velocidade para 36 km/h, em um tempo de 5 s. A distância percorrida, em m, durante o terceiro segundo, vale: a) 20 m b) 35 m c) 40 m d) 50 m e) 60 m 30. Considere um caminhão em um plano horizontal trazendo, em sua carroceria, uma caixa também disposta horizontalmente. O coeficiente de atrito estático entre a caixa e a carroceria do caminhão é de 0,60. A maior aceleração que o caminhão pode ter para que a caixa não deslize é de: a) 3,5 m/s 2 b) 4,2 m/s 2 c) 5,4 m/s 2 d) 6,0 m/s 2 e) 6,3 m/s Um carro, de massa 1200 kg, é objeto de propaganda que diz ser este capaz de acelerar do repouso a uma velocidade de 180 km/h em um tempo de 10s. Para fazer jus ao que se divulga em relação à sua capacidade de aceleração, é necessário que a potência média desenvolvida pelo motor desse carro seja de a) 140 HP b) 155 HP c) 160 HP d) 174 HP e) 201 HP 18 Conhecimentos específicos Código 03

5 32. Um automóvel descreve uma curva de raio R, situada num plano horizontal. Sendo µ o coeficiente de atrito entre as rodas e o solo e g a aceleração da gravidade no local, a máxima velocidade com que o carro pode fazer a curva, sem derrapar, vale: a) 2µgR b) µgr c) µ gr d) µgr/2 e) 2µ gr 33. Considere um avião, em vôo horizontal, com velocidade constante de 800 km/h, e um helicóptero parado no ar. Ambos estão a uma altura de 1125m do solo, considerado plano e horizontal. Simultaneamente abandonam uma bomba. Sobre os tempos gastos pelas bombas abandonadas pelos dois aparelhos até atingirem o solo, podemos afirmar: a) Os tempos são iguais e valem 25s. b) O tempo gasto pela bomba abandonado pelo avião é o dobro do tempo gasto pela bomba abandonada pelo helicóptero. c) O tempo gasto pela bomba abandonada pelo avião é metade do tempo gasto pela bomba abandonada pelo helicóptero. d) Os tempos são iguais e valem 15s. e) O tempo gasto pela bomba abandonada pelo avião é o triplo do tempo gasto pela bomba abandonada pelo helicóptero. Conhecimentos específicos Código 03 19

6 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 34. O computador, conectado a um estroboscópio, tem sido um instrumento utilizado nas atividades práticas para estudo de lançamento vertical de partículas nas proximidades da Terra e no vácuo. Esse mecanismo possibilitou a obtenção de fotografia de múltipla exposição de ascensão e queda livre de uma bolinha de massa m, no interior de uma câmara de vácuo. A partir dessa fotografia, é possível plotar um gráfico da altura como função do tempo, no fenômeno descrito. Veja a figura: Considere: t 1 é o tempo gasto no trajeto entre dois pontos de mesma altura na parte superior da câmara. t 2 é o tempo gasto no trajeto entre dois pontos de mesma altura na parte inferior da câmara. H é a diferença entre as alturas H 2 e H 1, tomadas a partir de um plano horizontal na superfície da Terra. Na posse destes dados, dentre as expressões a seguir, marque aquela que pode ser utilizada para obtermos o valor da gravidade no local do experimento. a) 8 H / [( t 2 ) 2 - ( t 1 ) 2 ] b) H / [( t 2 ) 2 - ( t 1 ) 2 ] c) 4 H / [( t 2 ) - ( t1)] 2 d) H / [( t 2 ) - ( t1)] 2 e) 8 H / [( t 2 ) - ( t1)] Dois corpos X e Y têm massas m X e m Y, energias cinéticas E CX e E CY e velocidades v X e v Y, respectivamente. Sendo a massa de X nove vezes a massa de Y, obtemos: a) E CX = E CY quando v Y = v X b) E CX = E CY quando v Y = 2v X c) E CX = E CY quando v Y = 3v X d) E CX = 2E CY quando v Y = 6v X e) E CX = 2E CY quando v Y = v X /2 20 Conhecimentos específicos Código 03

7 36. Considere uma surfista de massa m, parada em uma das extremidades de uma prancha de massa M e comprimento L. O conjunto surfista-prancha flutua em repouso sobre uma superfície de águas paradas em uma lagoa. A surfista pula em direção à outra extremidade da prancha, iniciando o movimento com uma velocidade v que forma um ângulo θ com a superfície horizontal da prancha. Considere o salto ideal, isto é, que a prancha move-se apenas na horizontal, os atritos são desprezíveis e que a surfista possa ser considerada um ponto material. O módulo da velocidade v, inicial da surfista, para que ela atinja exatamente a outra extremidade da prancha deve ser: a) mvcosθ / M b) (L/t) sen 2θ, onde t = 2vsen 2θ / g c) gl m 1 + sen2 θ M d) 2gL cosθ 2 M 2 m e) (L/t) senθ - gt/2 Conhecimentos específicos Código 03 21

8 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 37. Observa-se a situação em um referencial de laboratório: uma bola A, de massa 1 kg, movendo-se a 12 m/s, colide frontalmente com outra bola, B, com o dobro de sua massa e o dobro de sua velocidade, movendo-se em sentido oposto. Se a colisão for perfeitamente elástica, a velocidade de cada uma das bolas, após o impacto, será de: a) v A = 30 m/s e v B = 15 m/s b) v A = -36 m/s e v B = 0 m/s c) v A = 0 m/s e v B = -16 m/s d) v A = -16 m/s e v B = 8 m/s e) v A = 20 m/s e v B = 10 m/s 22 Conhecimentos específicos Código 03

9 38. Uma barra é composta por três pedaços de barras justapostas linearmente, de mesmos diâmetros, mas de materiais e comprimentos diferentes. São conhecidos os coeficientes de dilatação linear α 1, α 2, α 3, do material de que é feito cada pedaço da barra e os respectivos comprimentos L 1, L 2, L 3, onde L = L 1 + L 2 + L 3. Com esses dados podemos encontrar um coeficiente de dilatação linear efetivo, α, para esta barra. Esse coeficiente vale: a) α = (α 1 L 1 +α 2 L 2 +α 3 L 3 )/L b) α = (2α 1 L 1 +α 2 L 2 +3α 3 L 3 )/L c) α = (α 1 L 1 +α 2 L 2 +α 3 L 3 )/2L d) α = (α 1 L 1 +4α 2 L 2 +α 3 L 3 )/L e) α = (α 1 L 1 +2α 2 L 2 +4α 3 L 3 )/3L Conhecimentos específicos Código 03 23

10 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 39. Suponha que você tenha, completamente cheio de um líquido, um recipiente que, quando aquecido, faz com que o líquido transborde um pouco (não há mudança de estado físico). O volume do líquido transbordado corresponde à a) dilatação absoluta do líquido mais a do recipiente. b) dilatação absoluta do líquido. c) dilatação aparente do recipiente. d) dilatação absoluta do recipiente. e) dilatação aparente do líquido. 40. O calor pode ser transmitido de uma região para outra de três modos diferentes: condução, convecção e irradiação. Quando há diferença de temperatura entre dois pontos, o calor flui espontaneamente do ponto de temperatura mais alta para o de temperatura mais baixa. A transmissão de calor se dá juntamente com o transporte de matéria necessariamente no(s) processo(s): a) Condução e irradiação. b) Convecção. c) Irradiação. d) Convecção e irradiação. e) Condução. 24 Conhecimentos específicos Código 03

11 41. Dois moles de um gás ideal são aquecidos a volume constante (processo isovolumétrico) de T 1 =50 F até T 2 =230 F. Sabendo que a pressão inicial do gás vale p, a pressão do gás, ao final do processo será: a) 50p/230 b) 230p/50 c) 283p/383 d) 383p/283 e) 101p/ Um grama de água se transforma em aproximadamente 1671 cm 3 de vapor de água quando ocorre o processo de ebulição a uma pressão constante de 10 5 N/m 2. O calor latente de vaporização da água, para esta pressão, é de 2,3x10 6 J/kg. Ignore qualquer mistura de vapor ao ar ao redor, isto é, adote o modelo simplificado em que o vapor simplesmente empurra o ar ao redor. O trabalho realizado pela água e a variação da sua energia interna, quando ela se transforma em vapor, valem, respectivamente: a) 110 J e 630 J b) 115 J e 1240 J c) 122 J e 1485 J d) 133 J e 1769 J e) 167 J e 2133 J Conhecimentos específicos Código 03 25

12 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 43. O gráfico abaixo ilustra quatro processos termodinâmicos diferentes para uma quantidade constante de gás ideal, todos inicialmente no estado A, e terminando nos estados 1, 2, 3, ou 4 cada processo seguindo uma das trajetórias ilustradas. Leia as declarações que seguem e, a partir do gráfico anterior com base na teoria cinética dos gases, marque a alternativa INCORRETA. a) Apenas no trajeto de A para 4, a temperatura final do sistema é maior que a inicial. b) Os processos termodinâmicos de A para 1, A para 2, A para 3 e A para 4, são respectivamente isocórico, adiabático, isotérmico e isobárico. c) No processo de A para 2, não é transferida energia (para fora ou para dentro do sistema) por meio de calor; aconteceu, entretanto, uma realização de trabalho, de modo que a energia interna do sistema variou assim como a temperatura. d) No processo de A para 3, a temperatura do gás ideal foi mantida constante, de modo que é impossível a entrada de calor para o interior do sistema. e) Quando um sistema se expande adiabaticamente não ocorre transferência de calor, nem para dentro nem para fora do sistema. 26 Conhecimentos específicos Código 03

13 44. Considere o circuito da figura onde foram combinados três resistores de resistências R 1 = 6Ω, R 2 = 9Ω e R 3 = 4Ω, um capacitor de placas planas e paralelas de capacitância 2µF e três fontes de energia elétrica E 1 = 20 V, E 2 = 40 V e E 3 = 30 V cujas resistências internas são desprezíveis. Considerando estes dados, a carga elétrica em cada armadura do capacitor e a energia elétrica armazenada no capacitor valem, respectivamente: a) 60µC e 900µJ b) 10µC e 2,5µJ c) 30µC e 225µJ d) 20µC e 100µJ e) Zero e zero Conhecimentos específicos Código 03 27

14 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 45. Considere as afirmações abaixo. I. Dois corpos X e Y, condutores de eletricidade, de materiais diferentes, inicialmente neutros, são atritados entre si, isolados de outros corpos. Após o atrito, um fica eletrizado positivamente e o outro continua neutro. II. Duas esferas metálicas idênticas, condutoras de eletricidade, A e B, têm cargas elétricas, respectivamente, +8Q e -10Q. A carga elétrica de cada uma das esferas, após o contato, será Q. III. Um bastão de vidro carregado positivamente atrai um objeto suspenso. Podemos concluir, então, que o objeto está carregado negativamente. Sobre as afirmações anteriores, podemos dizer que a) todas estão corretas. b) somente I e II estão corretas. c) somente II e III estão erradas. d) somente II está correta. e) todas estão erradas. 28 Conhecimentos específicos Código 03

15 46. Em 1913, Nils Bohr, estudando o átomo de hidrogênio, conseguiu formular um novo modelo atômico. Bohr concluiu que o elétron do átomo não emitia radiações enquanto permanecesse na mesma órbita, emitindo-as apenas quando se deslocava de um nível de maior energia para outro de menor energia. No modelo de Bohr, um elétron circunda um próton em uma órbita com o chamado raio de Bohr (o raio de Bohr é o raio da camada eletrônica mais próxima do núcleo atômico e vale a 0 = 5,3x10-11 m). A atração do elétron pelo próton fornece a força centrípeta necessária para manter o elétron em órbita. A velocidade escalar do elétron em torno do próton vale: a) 1,5x10 5 m/s b) 2,2x10 6 m/s c) 3,5x10 6 m/s d) 1,5x10 8 m/s e) 4,2x10 8 m/s 47. Quatro cargas pontuais são colocadas nos quatro vértices de um quadrado, de 20 cm de lado, imerso no vácuo. Se duas das cargas são de +6µC e duas são de -6µC, o potencial no centro do quadrado vale: a) 0 (zero) b) 6 V c) 4 V d) 2 V e) -6 V Conhecimentos específicos Código 03 29

16 CONCURSO PÚBLICO DOCENTE (Edital 02/2009) IFPB 48. Dois capacitores são conectados e carregados em duas baterias diferentes. O capacitor 1, de capacitância C 1 = 10F é conectado a uma bateria de 12 V e o capacitor 2, de capacitância C 2 = 15 F, é conectado a uma bateria de 24 V. Em seguida são ligados conforme mostra a figura. A diferença de potencial entre os pontos A e B vale: a) 13,4 V b) 14,8 V c) 18,1 V d) 19,2 V e) 22,0 V 49. Considere uma espira circular de raio R sendo percorrida por uma corrente de intensidade i, no vácuo. O vetor indução magnética em seu centro tem uma intensidade B. Suponha agora que a espira tenha seu raio reduzido à terça parte e a intensidade da corrente elétrica tenha quadruplicado e se mantido no mesmo meio. Nesse caso, o novo módulo do vetor indução magnética no centro da espira será: a) 2B b) 4B c) 7B d) 10B e) 12B 30 Conhecimentos específicos Código 03

17 50. Um próton de massa (m) e carga (q) se move no interior de um acelerador de partículas de comprimento 10m, fazendo o trajeto total em 10-3 s. Aproxime seu movimento supondo dois trechos consecutivos (região 1 e região 2), onde foram desprezados os efeitos gravitacionais e dissipativos e descritos abaixo: Região 1- A partícula se move sob a ação exclusiva do campo elétrico uniforme E = Ej em um percurso L 1 = 4m. Região 2- A partícula se move sob as ações de um campo elétrico uniforme E = -Ek e um campo magnético uniforme B = -Bi em que E / B = v em um percurso L 2 = 6m. Considerando as coordenadas (espaço-temporal) do próton (x, y, z, t), nos limites de cada região, respectivamente, entrada da região 1 (0, 0, 0, 0), limite entre as regiões 1 e 2 (x 1, y 1, z 1, t 1 ), final da região 2 (x 2, y 2, z 2, t 2 ), e que no instante t = 0, v 0x = v 0y = v 0z = 0. A partir destas informações, podemos afirmar que o próton atinge o final da região 2 com energia cinética igual a: a) 98 ev b) 56 ev c) 0,98 ev d) 0,50 ev e) 1,90 ev Conhecimentos específicos Código 03 31