UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA CFM TESTE DE SELEÇÃO PARA MESTRADO E DOUTORADO 10/02/2004

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA CFM TESTE DE SELEÇÃO PARA MESTRADO E DOUTORADO 10/02/2004 Nome do Candidato: ATENÇÃO: Escolha apenas 10 questões, sendo que necessariamente uma de cada folha. 1A) O piso de um elevador exerce uma força normal, de baixo para cima, igual a 620N sobre um passageiro que pesa 650N. Quais são as reações dessas duas forças? O passageiro está sendo acelerado? Em caso afirmativo, qual o módulo, a direção e o sentido desta aceleração?

2 1) O múon é uma partícula instável que possui uma meia-vida de 2,2 x10 6 s quando medida em seu sistema próprio de referência (sistema fixo no corpo). Supondo que esta partícula se desloca com velocidade igual a 0,9c em relação à superfície da Terra, qual deve ser sua meia-vida medida em um laboratório fixo na Terra? Obs.: c = velocidade da luz no vácuo.

3 2) Quando olhamos a superfície de um lago numa tarde de Sol vemos muita luz refletida vinda da água. a a luz solar refletida na água é polarizada? Porquê? Qual a porcentagem máxima de polarização da luz refletida? b calcule o ângulo que o Sol faz com o horizonte quando a polarização (se é que ela existe) é máxima. c um barco vem passando bem na direção do reflexo da luz solar e queremos tirar uma foto dele. Porém com tanta luz refletida o barco quase desaparece. Como fazer para que o barco apareça realçado na foto? Faça um diagrama explicando sua solução.

4 2B) A trajetória de uma partícula carregada em um campo eletrostático coincide com as linhas de força? Explicar sua resposta.

5 3A) Um chuveiro elétrico típico tem uma potência de 5000W. Assumindo eficiência de 100% (isto é, toda energia elétrica consumida é convertida em calor) calcule: a quantos litros de água por minuto podemos aquecer com esse chuveiro de uma temperatura inicial 20 C para 40 C. b usando uma placa solar de 1m² de área (outra vez assuma 100% de eficiência), calcule quantos litros de água por minuto podemos esquentar com esse chuveiro de uma temperatura inicial de 20 C para 40 C. Dados: potência total do Sol: 4 x10 33 ergs/s=4 x10 26 J/s distância Terra-Sol: 1,5 x10 11 m 1 caloria aquece de 1 C, 1g de água 1 caloria = 4,16 Joules

6 3B) Em uma rede de difração com 500 fendas/mm incide luz monocromática com comprimento de onda igual a 5x10 5 cm. Determine a maior ordem de difração (m) que poderá ser observada. Considere incidência normal dos raios na rede.

7 4A) Um violão tem cordas de comprimento aproximadamente igual a 1m. O violão tem seis cordas : mi, lá, ré, sol, si, mi a faça um desenho mostrando como a corda vibra quando puxada, isto é, desenhe a onde que se produz ao puxar a corda. b o lá de um violão tem 440Hz como o lá de qualquer outro instrumento, porém podemos facilmente distinguir o lá do violino do lá do violão. Explique (faça desenhos se necessário). c o modo fundamental de vibração de todas as cordas (ítem a) é igual em forma. Dê o nome da quantidade física que descreve essa forma. d para que um violão não se deforme todas as cordas devem estar submetidas à mesma tensão (de outra forma o braço curvaria para cima ou para baixo). Se a tensão for a mesma em todas as cordas, o que deve então variar de uma corda para a outra para que elas some diferentes? e calcule a quantidade do item d para a corda lá (440Hz).

8 4B) Um avião a jato, cujas asas medem 20m, voa na direção norte com velocidade de 1000Km/h e está a uma altura tal que a componente vertical da indução do campo magnético da terra é 6 x10 5 T (Tesla). Qual é a diferença de potencial entre os extremos das asas? Em qual asa o potencial é maior?

9 5A) Resolva a equação de Schrodinger para uma partícula livre movendo-se em uma dimensão entre duas paredes colocadas a uma distância L uma da outra. Obtenha a expressão para a função de onda dependente do tempo e mostre que esta corresponde a um estado estacionário.

10 5B) Uma estação de rádio transmite ondas com freqüência de 89,3MHz (MegaHertz) com potência total itual a 43,0KW. Quanto valem a energia e o módulo do momento linear de cada fóton emitido? Quantos fótons ela emite por segundo? Os efeitos quânticos são perceptíveis na energia irradiada?

11 6A) É possível existir uma distribuição de cargas for a de uma região vazia de tal maneira que dentro desta região o campo elétrico seja constante, isto é: E=E 0 =constante? É possível um campo magnético variável no tempo existir sem o campo elétrico?

12 6B) Você dispõe de duas barras de ferro retangulares idênticas A e B, de comprimento L e largura e espessura L/6, porém, uma é magnetizada e a outra não. Usando somente as barras, explique como você procederia para a correta identificação das mesmas (desenhe).

13 7A) Explique como a asa de um avião dá sustentação ao mesmo durante o vôo. Faça desenhos indicando forças e velocidades envolvidas.

14 7B) Explique fisicamente porque um ciclista sobre uma bicicleta em movimento, que deseja fazer uma curva à esquerda, pode fazê-lo simplesmente inclinando a bicicleta para o lado esquerdo.

15 8A) A Teoria da Relatividade Especial estabelece um limite superior para a velocidade de qualquer partícula material. Existe também o mesmo tipo de limitação para o momento linear e para a energia da partícula? Explique e faça um esboço gráfico do comportamento do momento como função da velocidade.

16 8B) Uma partícula é descrita por uma função de onda dada por x =A exp x 2, onde e A são constantes positivas e reais. Quando o valor de aumenta, que efeito isto tem na incerteza na posição da partícula? E na incerteza no momento da mesma? Explique suas respostas.

17 9A) Gases perfeitos idênticos estão confinados em dois recipientes, de volumes V 1 e V 2, estão na mesma pressão P e têm o mesmo número de partículas N mas a diferentes temperaturas T 1 e T 2. Os recipientes são então conectados. Ache a mudança de entropia após o sistema atingir o equilíbrio.

18 9B) Dois fios finos paralelos e infinitos (não-condutores) separados por uma distância d, carregados com idêntica densidade de carga por unidade de comprimento no referencial próprio, moven-se com velocidade v, próxima de c. Calcule a força por unidade de comprimento entre os condutores em um sistema de referência em repouso e em um sistema de referência movendo-se com os fios. Compare os resultados.

19 10A) Um recipiente contendo água (ver figura abaixo) é colocado em equilíbrio sobre uma balança de braços. Colocamos então um objeto metálico em um pequeno barco que flutua no centro. Descreva o que ocorre quando o barco for deslocado para uma das extremidades do recipiente. Considere apenas as situações em que o barco se encontra no centro e em uma das extremidades.

20 10) Ao projetar uma estrutura em uma região sujeita a terremotos, qual deve ser a relação entre a freqüência típica de um terremoto e a freqüência da estrutura? A estrutura deve possuir um amortecimento grande ou pequeno? Explique suas respostas.