FÍSICA. Dados: Aceleração da gravidade: 10 m/s 2 Densidade da água: 10 3 kg/m 3. Resposta: 29. Justificativa:

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1 FÍSICA Dados: Aceleração da gravidade: 10 m/s 2 Densidade da água: 10 3 kg/m Considere a massa de uma molécula de água igual a kg. Seja 10 N, a ordem de grandeza do número de moléculas de água em 6 m 3 de água. Qual o valor de N? Resposta: 29 Em 1 m 3 de água existem 10 3 kg/ kg moléculas. Em 6 m 3 de água existem 6 (10 3 kg/ kg) moléculas = moléculas. Assim, N = Um barco passa sob uma ponte no momento em que um carro atravessa a ponte, como mostrado na figura a seguir. O barco e o carro se movem com velocidades constantes, de módulos v B = 30 km/h e v C = 40 km/h, respectivamente, ambas medidas em relação ao solo. Calcule a distância entre eles, em km, decorridos 6,0 minutos após o cruzamento. Suponha que ambos continuaram nas mesmas trajetórias depois do cruzamento. Resposta: 05 O módulo da velocidade relativa é A distância entre os móveis serád x= vrt= 5, 0 km. 03. Uma partícula executa um movimento ao longo do eixo x. O gráfico a seguir apresenta a sua velocidade em função do tempo. Quando t = 0, a posição da partícula é x = 57 m. Calcule a posição da partícula, em metros, no instante t = 15 s.

2 v (m/s) + 5,0 0 5, t (s) -5,0 Resposta: 32 No intervalo de tempo de t = 0 até t = 10 s, a partícula sai da posição inicial e retorna à posição inicial. Assim, o deslocamento da partícula até t = 15 s, é D x=-5 5= -25 m. Logo a posição final da partícula é x = = 32 m. 04. Um bloco homogêneo de densidade kg/m 3 encontra-se completamente submerso em água (ver figura). Nessa situação, a força de tensão no fio vale 6 N. Qual o volume total do bloco em litros? g fio água Resposta: 01 Com o bloco em equilíbrio, tem-se P + T = E, onde P, T e E denotam as forças peso do bloco, de tensão no fio e de empuxo. Temos que P = Mg = rvg = V, onde r e V denotam a densidade e o volume do bloco. Temos ainda que E = r av subg = 10 4 V, onde r a e V sub = V denotam a densidade da água e o volume submerso do bloco. Substituindo T = 6 N, obtemos V = 10-3 m 3 = 1 L. 05. Uma bombinha de São João encontra-se em repouso sobre uma superfície horizontal sem atrito. A bombinha explode, partindo-se em dois pedaços que se deslocam horizontalmente na mesma direção e em sentidos opostos. Considere a bombinha como uma partícula material. Se, o módulo da velocidade do pedaço de 4 gramas imediatamente após a explosão é de 9 m/s, qual o módulo da velocidade, em m/s, do pedaço de 6 gramas neste instante?

3 Resposta: 06 Nesse problema, há a conservação da quantidade de movimento (momento linear) total das partículas. Escrevemos, então, que P i = P f e, portanto, 0 = v, de modo que v = 6 m/s. 06. Um projétil com massa m = 0,10 kg é lançado com velocidade inicial de módulo v 1 = 20 m/s, como mostra a figura. Quando ele alcança a altura máxima de h = 8,0 m, a sua velocidade tem módulo v 2 = 10 m/s. Calcule o módulo do trabalho, em Joules, realizado pela força de atrito entre o projétil e o ar, desde o momento do lançamento até quando ele alcança a altura máxima. v 1 Resposta: 07 A energia inicial é E 0 = 1 mv = 20 J. A energia final é E f = mv 2 + mgh 2 13 J. O módulo do trabalho realizado pela força de atrito é dado pela diferença E 0 E f = 7 J. = 07. Um cientista descobre que um planeta localizado fora do Sistema Solar é orbitado por dois satélites, Alfa e Beta. O cientista mede os raios das órbitas circulares dos dois satélites e o período de Alfa ao redor do planeta, construindo a tabela a seguir. Desconsidere as forças gravitacionais entre os satélites. O cientista conclui que o período de Beta, em horas, vale: Raio da órbita Período Alfa 10 5 km 6 h Beta km? Resposta: 48 A terceira lei de Kepler indica que R 3 /T 2 é constante, onde R e T denotam o raio da órbita e o período de um satélite ao redor de um planeta. Usando os dados da tabela do enunciado, obtemos (10 5 km) 3 /(6 h) 2 = ( km) 3 /T 2, donde T = 48 h. 08. Um estudante gostaria de medir a massa de um objeto, mas não dispõe de nenhum tipo de balança. Ele então improvisa um sistema de medição. Pendura em um extremo de uma haste rígida e fina o objeto de massa desconhecida, m D, e, no outro extremo, um objeto de massa conhecida, m C = 1,0 kg. O estudante equilibra a haste na posição horizontal em um ponto de apoio e mede as distâncias, d C = 40 cm e d D = 8,0 cm, entre o ponto de apoio e as extremidades respectivas, como mostra a figura. Desprezando a massa da haste e dos fios, calcule a massa desconhecida m D, em kg.

4 d D d C m C m D Resposta: 05 A soma dos torques das forças peso em relação ao ponto de apoio deve ser nula. Ou seja, P Cd C P Dd D = 0. Logo, P D = P Cd C/d D = 50 N e portanto m D = 5 kg. 09. Um estudante quer aquecer um litro de água, inicialmente a 20 o C. Considere que uma fonte de calor transmite calor para a água a uma taxa T x constante, e despreze as perdas de calor pela água nesse processo. Considere, ainda, que o calor específico da água é igual a 4200 J/(kg K). Se após 21 segundos a água atinge a temperatura de 30 o C, qual o valor de T x, em kw? Resposta: 02 Em 21 segundos, a fonte transmite para a água, a uma taxa constante, uma quantidade de calor igual a (1 kg)[4200 J/(kg K)](10 K) = 42 kj. A taxa T x é igual, então, a 42 kj/ (21 s) = 2 kw. 10. Um gás passa por um processo termodinâmico cíclico, constituído por dois subprocessos, A e B. No subprocesso A, 3,0 J de calor são cedidos pelo gás ao ambiente, e 5,0 J de trabalho são realizados pelo gás. O diagrama pressão versus volume a seguir representa apenas o subprocesso B. Determine o módulo do calor trocado pelo gás com o ambiente, em J, no subprocesso B. p (Pa) 1,5 Subprocesso B 0,5 0 2,0 4,0 V (m 3 )

5 Resposta: 06 Como o processo é cíclico, então, a variação de energia interna do gás é nula: DE = DE A + DE B = 0. Pela 1ª lei da Termodinâmica, escrevemos DE = (Q A - W A) + (Q B - W B). O gráfico nos mostra que W B = -(1,5 + 0,5)2/2 = -2 J. Assim, inserindo as informações do enunciado, obtemos DE = (-3-5) + (Q B + 2) = 0, donde Q B = 6 J. 11. Uma pequena pedra atinge a superfície de um lago, de águas paradas, provocando a geração de ondas circulares e concêntricas. Uma crista da onda leva Dt = 2,0 s para chegar à lateral de um barco ancorado a uma distância de 30 m do ponto onde a pedra atingiu o lago (ver figura). Sabendo-se que a distância entre duas cristas consecutivas é d = 20 cm, calcule a frequência das ondas, em Hertz. barco 30 m Resposta: 75 l = v / f. Logo, f = v / l. A velocidade de propagação é v = 30/ 2= 15m/ s. Portanto, f = 75 Hz. 12. A figura a seguir mostra um trecho de um circuito. Calcule a corrente elétrica i no ramo indicado na figura, em Ampères. 20 A 30 A 10 A i 3,0 A 30 A 10 A

6 Resposta: 37 Utilizando a conservação da carga tem-se que a soma das correntes que chegam numa região deve ser igual à soma das correntes que saem. Ou seja, = i E, portanto, i = 37 A. 13. A figura a seguir mostra um circuito elétrico com uma bateria e várias resistências. Calcule a diferença de potencial (em módulo), entre os pontos a e b indicados na figura, em Volts. R 1 = 6,0 W a R 2 = 3,0 W + _ e = 24 V R 3 = 6,0 W R 4 = 4,0 W b R 5 = 2,0 W Resposta: 12 A corrente fornecida pela bateria é i = 24/12 = 2 A. Logo, o módulo da ddp entre a e b é V ab = e - R 1i = 12 V. 14. Um feixe é constituído por dois tipos de partículas, A e B, se movendo em linha reta com a mesma velocidade de módulo 1000 km/s. As partículas possuem massas e cargas dadas por M A = kg, Q A = C, M B = kg e Q B = C. O feixe ingressa numa região (parte cinzenta da figura) em que há um campo magnético uniforme, de módulo 5 T e direção perpendicular à velocidade inicial do feixe. O feixe, então, se divide em duas partes, cada uma contendo apenas um tipo de partícula. Despreze a interação entre as partículas, as forças dissipativas e os efeitos gravitacionais. Determine a distância L, em milímetros, mostrada na figura. feixe L

7 Resposta: 04 Se o campo magnético é perpendicular à velocidade inicial, então, para cada tipo de partícula, a 2ª lei de Newton leva a Mv 2 /R = QvB, ou seja, R = Mv/(QB). A distância L é dada por L = 2(R A R B). Logo, L = (2v/B)(M A/Q A M B/Q B). Substituindo os valores numéricos, obtemos L = 0,004 m = 4 mm. 15. Um raio de luz monocromática, com comprimento de onda l, se propagando no meio 1, incide em uma interface plana entre o meio 1 e o meio 2, ambos transparentes e lineares. Os índices de refração dos meios 1 e 2 são n 1 e n 2, respectivamente, com n 1 > n 2. Considerando estas informações, podemos afirmar que: 0-0) a parte da luz refletida tem a mesma frequência da luz do raio original. 1-1) a parte da luz que passa ao meio 2 tem uma frequência diferente da luz do raio original. 2-2) a parte da luz refletida tem o mesmo comprimento de onda l. 3-3) a parte da luz que passa ao meio 2 tem o mesmo comprimento de onda l. 4-4) dependendo do ângulo de incidência do raio, pode acontecer que não haja passagem de luz para o meio 2. Resposta: VFVFV Como os meios são lineares, não há mudança da frequência da luz. Assim, (1-1) é verdadeira e (2-2) é falsa. O comprimento de onda é l = v / f. Então, (2-2) é verdadeira e (3-3) é falsa. A (4-4) é verdadeira, pois pode haver reflexão interna total no meio Sobre o efeito fotoelétrico, podemos afirmar que: 0-0) segundo a Física Clássica, fotoelétrons poderiam ser emitidos a partir do cátodo metálico iluminado por fontes luminosas incidentes de qualquer frequência. 1-1) segundo a Física Clássica, quanto menor a potência da fonte luminosa incidindo sobre o cátodo metálico, maior o intervalo de tempo para a ejeção do primeiro fotoelétron. 2-2) segundo a Física Quântica, existe uma frequência da luz incidente abaixo da qual nenhum fotoelétron pode ser ejetado. 3-3) segundo a Física Quântica, a energia cinética do fotoelétron depende da intensidade mas não da frequência da luz incidente. 4-4) Albert Einstein explicou o efeito fotoelétrico postulando que elétrons oscilando em superfícies metálicas têm energia total múltipla de uma quantidade mínima ( quantum de energia).

8 Resposta: VVVFF A alternativa 0-0 é verdadeira, pois a Física Clássica não prevê a existência de uma frequência de corte, abaixo da qual o efeito fotoelétrico deixaria de ocorrer. A alternativa 1-1 é verdadeira, pois, segundo a Física Clássica, deve existir um intervalo de tempo para o elétron acumular energia da fonte luminosa até ser ejetado. Quanto mais potente a fonte, menor este intervalo de tempo. A alternativa 2-2 é verdadeira, pois define a chamada frequência de corte do material, segundo a Física Quântica. A alternativa 3-3 é falsa, pois, segundo a Física Quântica, a energia cinética do fotoelétron depende da frequência da fonte luminosa. A alternativa 4-4 é falsa, pois o seu enunciado diz respeito ao postulado elaborado por Max Planck para explicar o espectro de radiação do corpo negro. O postulado que Albert Einstein aplicou para explicar o efeito fotoelétrico enuncia que a radiação eletromagnética é constituída por pacotes ( quanta ) de energia proporcionais às suas frequências.