CONCURSO DE ADMISSÃO AO CURSO DE FORMAÇÃO E GRADUAÇÃO FÍSICA CADERNO DE QUESTÕES

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1 CONCUSO DE DMISSÃO O CUSO DE FOMÇÃO E GDUÇÃO FÍSIC CDENO DE QUESTÕES a QUESTÃO Valor: 1,0 Consiere o sistema mostrao abaixo one um recipiente cilínrico com gás ieal é mantio a uma temperatura T por ação e uma placa quente. tampa o recipiente, com massa m, é equilibraa pela ação o gás. Esta tampa está conectaa, por meio e uma haste não eformável, ao êmbolo e um tubo e ar, aberto na extremiae inferior. Sabeno-se que existe um iapasão vibrano a uma freqüência f na extremiae aberta, etermine o menor número e mols o gás necessário para que seja observao o moo funamental e ressonância o tubo e ar. Dao: velociae e propagação o som no ar: v Observação: o conjunto haste-êmbolo possui massa esprezível. ÊMBOLO m GÁS PLC QUENTE FOGO DIPSÃO

2 2 a QUESTÃO Valor: 1,0 Um bloco B, e material isolante elétrico, sustenta uma fina placa metálica P 1, e massa esprezível, istante 8 cm e outra placa iêntica, P 2, estano ambas com uma carga Q = 0,12 µc. Presa à paree e ao bloco está uma mola e constante k = 80 N/m, inicialmente não eformaa. posição e equilíbrio o bloco epene a força exercia pelo vento. Esta força é uma função quarática a velociae o vento, conforme apresenta o gráfico abaixo. Na ausência e vento, a leitura o meior e tensão ieal é e 16 mv. Calcule a velociae o vento quano o bloco estiver estacionário e a leitura o meior for e 12 mv. Despreze o atrito. V 2,5 2,0 P 2 P 1 B VENTO Força: N 1,5 1,0 0, Velociae o Vento: km/h 3 a QUESTÃO Valor: 1,0 Dois corpos e B encontram-se sobre um plano horizontal sem atrito. Um observaor inercial O está na origem o eixo x. Os corpos e B sofrem colisão frontal perfeitamente elástica, seno que o corpo tem velociae v = 2 m/s (na ireção x com sentio positivo) e o corpo B está parao na posição x = 2 m. Consiere um outro observaor inercial O, que no instante a colisão tem a sua posição coinciente com a o observaor O. Se a velociae relativa e O em relação a O é v O = 2 m/s (na ireção x com sentio positivo), etermine em relação a O : a) as velociaes os corpos e B após a colisão; b) a posição o corpo ois segunos após a colisão. Daos: massa e = 100 g massa e B = 200 g 2

3 4 a QUESTÃO Valor: 1,0 Um ispositivo fotovoltaico circular e raio α prouz uma tensão proporcional à intensiae e luz inciente. Na experiência a figura 1, um feixe largo e luz, bem maior que a área o ispositivo fotovoltaico, incie ortogonalmente sobre o mesmo, provocano a tensão V 1 entre os terminais o resistor. Na experiência a figura 2, manteno-se as mesmas conições e iluminação a primeira experiência, uma lente convergente e istância focal f é colocaa a uma istância p o ispositivo fotovoltaico, provocano um aumento a tensão sobre o resistor. Calcule a corrente que circulará pelo resistor urante a seguna experiência nos seguintes casos: a) p < f; b) f < p < 2f. Observações: o feixe e luz incie paralelamente ao eixo óptico a lente a seguna experiência; o feixe e luz tem intensiae uniformemente istribuía no plano inciente. Dispositivo Fotovoltaico p Dispositivo Fotovoltaico 2α Lente Convergente figura 1 figura 2 3

4 5 a QUESTÃO Valor: 1,0 Os pontos e B a malha e resistores a figura 2 são conectaos aos pontos x e y o circuito a figura 1. Nesta situação, observa-se uma issipação e P watts na malha. Em seguia, conecta-se o ponto C ao ponto F e o ponto E ao ponto H, o que prouz um incremento e 12,5% na potência issipaa na malha. Calcule a resistência os resistores a malha. 10,5V - - 8V x H C 2,5Ω 10Ω G D y F E figura 1 B figura 2 6 a QUESTÃO Valor: 1,0 figura mostra uma estrutura em equilíbrio, formaa por uma barra BD, ois cabos D e DE, e uma viga horizontal CF. barra é fixaa em B. Os cabos, e seção transversal circular e 5 mm e iâmetro, são inextensíveis e fixaos nos pontos, D e E. viga e material uniforme e homogêneo é apoiaa em C e sustentaa pelo cabo DE. o ser colocao um bloco e 100 kg e massa na extremiae F a viga, etermine: a) a força no trecho ED o cabo; b) as reações horizontal e vertical no apoio C a viga; c) as reações horizontal e vertical no apoio B a barra. Daos: aceleração a graviae: 10 m/s 2 ; ensiaes lineares e massa: µ 1 = 30 kg/m, µ 2 = 20 kg/m, µ 3 = 10 kg/m; 20 4, 5. D 2,0 m cabo 2,0 m B barra cabo 2,0 m C viga E µ 1 µ 2 µ 3 bloco F 2,0 m 2,0 m 3,0 m 1,5 m 1,5 m 3,0 m 4

5 7 a QUESTÃO Valor: 1,0 Um inustrial possui uma máquina térmica operano em um ciclo termoinâmico, cuja fonte e alimentação avém a queima e óleo combustível a 800 K. Preocupao com os elevaos custos o petróleo, ele contrata os serviços e um inventor. pós estuo, o inventor afirma que o uso o óleo combustível poe ser minimizao através o esquema escrito a seguir: um quarto o calor necessário para acionar a máquina seria originao a queima e bagaço e cana a 400 K, enquanto o restante seria proveniente a queima e óleo combustível aos mesmos 800 K. o ser inquirio sobre o esempenho a máquina nesta nova configuração, o inventor argumenta que a quea no renimento será inferior a 5%. Você julga esta afirmação proceente? Justifique estabeleceno uma análise termoinâmica o problema para corroborar seu ponto e vista. Consiere que, em ambas as situações, a máquina rejeita parte a energia para o ar atmosférico, cuja temperatura é 300 K. 8 a QUESTÃO Valor: 1,0 Um motociclista e massa m 1 eseja alcançar o topo e uma plataforma. Para isso, ele faz uso e uma moto e massa m 2, uma cora inextensível e massa esprezível e uma rampa e inclinação θ. o saltar a rampa, o motociclista atinge a cora na situação em que esta permanece esticaa e o esforço espenio por ele é o menor possível. Para evitar ruptura por excesso e peso, o motociclista libera a moto no momento o contato com a cora, que o conuz para o topo a plataforma. Nestas conições, etermine o vetor velociae o motociclista na saía a rampa. H C O D P L T F O M θ T 5

6 9 a QUESTÃO Valor: 1,0 Na figura abaixo, há um espelho com a face refletora para baixo, teno uma e suas extremiaes presa a um eixo que permite um movimento penular, e um canhão, que emite concomitantemente um raio e luz. baixo o espelho existem ois corpos e massa m e cargas e mesmo móulo e sinais opostos. Os corpos estão apoiaos sobre um trilho sem atrito, fixaos em suas extremiaes e no mesmo plano vertical que o canhão e luz. Os corpos estão imersos no campo elétrico uniforme existente entre as placas e um capacitor, que é energizao por uma fonte variável U(x). No momento em que o espelho inicia o movimento, a partir a posição inicial e com aceleração tangencial e móulo constante, o corpo e carga negativa é liberao. Para que a aceleração este corpo seja constante e máxima no sentio o eixo X, etermine: a) a expressão e U(x), one x representa a posição o corpo e carga negativa relativa à origem O o eixo X; b) o móulo a aceleração tangencial a extremiae livre o espelho, para que o raio e luz atinja a carga e prova negativa no momento em que o eslocamento angular o espelho seja e 50 o. Daos: Q = 10-4 C; m = 20 g, l = 1,0 m, = 0,5 m, g = 10 m/s 2 Posição inicial o espelho l eixo Canhão e Luz Espelho - Face efletora 50 o 60 o movimento aio e Luz Posição o espelho após ter percorrio 50 o Placa Negativa o Capacitor Placa Positiva o Capacitor Q+ Q- eixo X Trilho O U(x) 6

7 10 a QUESTÃO Valor: 1,0 figura apresenta um plano inclinao, sobre o qual estão ois blocos, e, em sua parte inferior, uma mola com massa esprezível. superfície este plano apresenta coeficiente e atrito estático µ 5 3 / 13 e coeficiente e atrito cinético µ 0,3 3. O bloco está fixao na e = superfície. O bloco B possui massa e 1kg e encontra-se solto. Sabe-se que a superfície abaixo a mola não possui atrito e que os blocos e B estão eletricamente carregaos com, c = respectivamente, x10 C e ( 3 / 39) x10 C. Desconsierano as situações em que, ao atingir o equilíbrio, o bloco B esteja em contato com o bloco ou com a mola, etermine: a) as alturas máxima e mínima, em relação à referência e altura, que eterminam a faixa em que é possível manter o bloco B parao em equilíbrio; b) a velociae inicial máxima v com que o bloco B poerá ser lançao em ireção a mola, a partir a altura h b = 20 m, para que, após começar a subir o plano inclinao, atinja uma posição e equilíbrio e lá permaneça. Daos: aceleração a graviae: 10 m/s 2 ; constante eletrostática: 9 x 10 9 Nm 2 /C 2. Observação: esconsiere as imensões os blocos para os cálculos. região com atrito v B 40 m h B 60 o referência e altura região sem atrito 7

8 SCUNHO 8