Ministério da Educação Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro

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1 Ministério da Educação Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro Professor de Ensino Básico, Técnico e Tecnológico Edital Nº 59/2013 Área: RJ-65 Física Geral e Experimental Caderno de Questões Você recebeu do fiscal um CADERNO DE QUESTÕES e um CADERNO DE RESPOSTAS. O CADERNO DE QUESTÕES consta de 7 (sete) páginas, numeradas sequencialmente, incluindo o espaço para rascunho. O CADERNO DE RESPOSTAS consta de 10 (dez) páginas, numeradas sequencialmente. Esta é uma prova dissertativa, com o valor máximo de 60 (sessenta) pontos. O valor de cada questão está registrado ao lado do número da questão ou do item. 1 Confira, no cartão grampeado ao CADERNO DE RESPOSTAS, o seu nome, o número de identidade e o de inscrição, além do código da Área de Atuação/Conhecimento para a qual você está concorrendo. Em caso de incorreções, comunique ao fiscal de sala. 2 Verifique se o número do código impresso na folha de resposta da questão 05 (didático-pedagógica) corresponde ao código constante da filipeta no Caderno de Respostas. 3 O tempo de duração previsto para a realização desta prova é de 04 (quatro) horas. 4 Para qualquer tipo de rascunho, somente será permitida a utilização das folhas constantes do CADERNO DE QUESTÕES. Não é permitido ao candidato destacar qualquer folha deste caderno. 5 O desenvolvimento das questões só será considerado se transcrito, a caneta de corpo transparente de tinta azul ou preta, para o espaço destinado à resposta de cada questão no CADERNO DE RESPOSTAS. 6 Evite rasuras. Instruções 7 Será excluído do Concurso o candidato que efetuar qualquer registro, que possa identificá-lo, no caderno de questões e/ou de respostas. 8 O candidato somente poderá retirar-se da sala após decorridos 60 (sessenta) minutos do início da prova. 9 Os 03 (três) últimos candidatos deverão permanecer na sala e entregar juntos a prova ao fiscal, assim que a concluírem ou ao final do tempo de duração previsto para a sua realização. 10 Terminada a prova, entregue ao fiscal de sala o CADERNO DE QUESTÕES e o CADERNO DE RESPOSTAS.

2 Para seus cálculos, sempre que achar necessário, utilize os seguintes valores para as grandezas físicas. Aceleração da gravidade 9,80m/s 2 Pressão Atmosférica 1, Pa Constante dos gases ideais 8,31J/mol.K ou 0,082atm.l/mol.K Densidade da água 1,00g/cm 3 Questão 01 (14 pontos) Esta figura representa, de forma simplificada, a vista superior de um experimento para análise espectroscópica de um gás. O banco óptico completo possui fonte luminosa, lentes (não demonstradas na imagem), colimador, 0 0 rede de difração, transferidor de 360, com divisões a cada 0,1 e luneta acoplada a um eixo, que permite sua livre rotação em torno do transferidor. A fenda do colimador, assim como o fio capilar posicionado na parte central da luneta, encontra-se perfeitamente na posição vertical. A luneta está posicionada de modo a permitir a perfeita visualização da fenda e do fio capilar utilizado na aferição de ângulos. Durante uma aula de laboratório, os alunos coletaram dados experimentais referentes a uma lâmpada de gás Hélio e os inseriram na tabela a seguir. Ângulo de medida q Gás Raias alinhamento (graus) (graus) (graus) Violeta 76,40 90,00 13,6 Hélio He azul-violeta 76,40 91,80 15,4 azul-escuro 76,40 92,00 15,6 Azul 76,40 92,90 16,5 Azul esverdeado 76,40 93,60 17,2 Verde 76,40 94,00 17,6 amarelo 76,40 97,00 20,6 vermelho 76,40 100,00 23,6 vermelho 76,40 100,10 23,7 (Questão continua na próxima página) - 1-1ª Fase / Prova de Conteúdo / Área: RJ-65

3 O ângulo de alinhamento, na direção do meio do máximo central, está representado por P 0. As medidas para análise espectroscópica (ϴ) são dadas pelo arco delimitado por P0 e pela posição do fio capilar localizado no centro da luneta. Então, responda aos questionamentos A, B, C e D. A) (3,5 pontos) Os valores apresentados pelos alunos nas colunas referentes ao ângulo de alinhamento e à medida não incluíram margem de erro de leitura. Outro equívoco foi cometido no cálculo de θ. Com relação a essas três colunas mencionadas, apresente e explique quais seriam esses valores de erro experimental. B) (3,5 pontos) Se a fonte luminosa de gás aquecido for substituída por uma fonte de metal incandescente (filamento), explique qual(is) a(s) expectativa(s) de formação de imagem em um anteparo colocado a alguns centímetros, após a rede de difração. C) (3,5 pontos) Considerando a imagem formada no anteparo do item B, haverá alguma modificação caso a luz emitida pelo filamento passe por um gás a temperatura baixa? D) (3,5 pontos) Um professor admirador da Astronomia, inspirado nessa aula e na espectroscopia como forma de identificar a constituição de estrelas, resolveu montar um telescópio didático de baixo custo com seus alunos. Para isso, ele dispõe de duas lentes convergentes com diâmetro de 50 mm (apenas uma suposição), com distâncias focais de, respectivamente, 1,00 m e 5,0 cm. Em quantidade abundante, há canos de PVC com 50 mm de diâmetro interno e luvas de PVC (para permitir o encaixe da lente). Como esse professor deveria proceder para realizar a montagem da luneta, usando os materiais especificados? Inclua em seus procedimentos um esboço que identifique, também, a posição das lentes, especificando a ocular e a objetiva, um objeto e o observador. A lista de materiais disponíveis para o professor não necessariamente está completa; portanto, faça sugestão de materiais ausentes, de materiais substitutos aos indicados e tudo o que julgar pertinente, para que os alunos sejam atendidos da melhor forma possível. Questão 02 (15 pontos) O Sr. Alano, estudante do curso de Gestão Ambiental do IFRJ, fez um projeto de uma elevatória de água para melhorar o fornecimento à sua casa. Pensando em sustentabilidade, inseriu em seu projeto um aquecedor solar de água montado com cano de PVC, garrafas PET e tinta preta, conforme o esquema a seguir. Ampliação do detalhe: garrafa PET em torno de um cano de 1/2'. (Questão continua na próxima página) - 2-1ª Fase / Prova de Conteúdo / Área: RJ-65

4 Em um determinado dia, o senhor Alano resolveu tomar uma chuveirada mais intensa e, para isso, colocou algumas pastilhas efervescentes na caixa d'água, e a fechou hermeticamente. A partir do projeto do senhor Alano, e considerando um dia com temperatura de 32 C, responda às questões a seguir. A) (4,0 pontos) Sabendo que a efervescência das pastilhas que foram adicionadas à água liberou 32 mols de um gás, determine a velocidade com que a água sairá na torneira interna da casa que está a 1,20m do chão. Considere o gás contido no interior da caixa, comportando-se como gás ideal. Desconsidere qualquer perda de carga. B) (3,0 pontos) O filho mais novo do Sr. Alano questionou o pai sobre a influência do diâmetro do cano na velocidade de expulsão da água. Como seu Alano deve explicar/descrever, brevemente, a relação entre a velocidade de descarga do fluido, o diâmetro do tubo e a quantidade de água expelida. C) (2,0 pontos) Na turma de Gestão Ambiental, há um aluno cego que gostaria de saber qual a relação entre a altura da caixa de água e a velocidade de saída na torneira. Faça uma sugestão de experimento de baixo custo para mostrar o fenômeno a esse aluno e indique possíveis procedimentos adotados. D) (3,0 pontos) Admitindo o resultado obtido no item 2A como correto, e considerando um período do dia em 2 2 que a potência solar útil é de 1000W/m e a área do aquecedor irradiada, de 100m, determine a temperatura de saída da água na torneira. Considere que o diâmetro da saída da torneira seja de 2,0 cm e que a dilatação dos elementos envolvidos seja desprezível. E) (3,0 pontos) Se, durante a noite, o Sr. Alano utilizar um chuveiro elétrico para aquecer a água, sendo que o sistema permita a mesma vazão e o mesmo aquecimento do item 2D, determine qual deverá ser a resistividade do resistor. Considere o chuveiro ligado em uma tensão de 110V e o seu resistor com 50,0cm de comprimento, 2 quando desenrolado, e uma seção transversal de 2,2 mm. Questão 03 (15 pontos) Uma prática de laboratório normalmente realizada por estudantes de Física, durante a graduação, é a do pêndulo simples. A partir desse experimento, uma série de análises pode ser feita e diferentes princípios físicos podem ser abordados. A) (3,0 pontos) Descreva alguns objetivos possíveis na realização de uma prática de pêndulo simples. Escolha um, ou mais, dentre esses e sugira um modelo de roteiro para uma aula no laboratório voltada para alunos do 1 período do Ensino Médio Técnico. Descreva os procedimentos e os instrumentos que julgar necessários para a sua realização. B) (3,0 pontos) Demonstre a expressão do período de oscilação T de um pêndulo de comprimento L a partir do princípio fundamental da dinâmica e da descrição de movimentos oscilatórios para pequenos ângulos de oscilação. C) (3,0 pontos) Caso um dos objetivos seja a determinação da aceleração da gravidade local, a partir das medidas do período de oscilação T de um pêndulo simples e do comprimento do fio L, discuta a propagação de erros nesse experimento, considerando as imprecisões dessas duas medidas. D) (3,0 pontos) Considerando as medidas realizadas no laboratório para a massa, o comprimento e o ângulo, um corpo de 200g, preso por um fio de massa desprezível de 1,00m de comprimento, é colocado para oscilar, a partir de um ponto em que o fio faz 15,0 com a vertical. Qual é a aceleração angular máxima e o módulo da força restauradora máxima para a primeira oscilação? Despreze as perdas de energia. E) (3,0 pontos) Para as mesmas condições do item 3B, calcule a velocidade máxima do corpo oscilante e o máximo valor de tração a que o fio será submetido ª Fase / Prova de Conteúdo / Área: RJ-65

5 Questão 04 (6 pontos) Em 1900, o físico alemão Max Planck havia tentado entender em detalhes o espectro de corpo negro da luz emitida por um objeto incandescente. A fim de deduzir o espectro corretamente, Planck teve de supor que os átomos oscilantes não tivessem a liberdade de possuir qualquer valor de energia, mas que a energia, dos átomos, que vibrassem com frequência f, tinha de assumir um dos valores específicos E = 0, hf, 2hf,..., em que h é uma constante. Nesse mesmo ano em que Planck apresentou a sua solução para o problema do corpo negro, Einstein, então com vinte e um anos de idade, licenciou-se em Matemática e Física na Eidgenossische Technische Hochschule (Escola Politécnica de Zurique ETH). Mais adiante, Einstein sugeriu que a própria radiação eletromagnética fosse quantizada. Propôs, então, que um raio luminoso fosse considerado como uma rajada de partículas, mais tarde denominadas fótons, introduzindo, assim, a ideia da quantização do campo eletromagnético. Einstein encontrou inspiração e justificativas a favor de sua proposta, ao estudar a radiação de cavidade (que preferia chamar de radiação de corpo negro) com base nos princípios da Termodinâmica e da Mecânica Estatística. Seu ponto de partida foi a lei semi-empírica de Wien. Em 1924, Louis-Victor de Broglie ponderou Se ondas luminosas revelaram comportamento corpuscular, por que partículas materiais não poderiam apresentar comportamento ondulatório? A hipótese de Broglie era a de que o comportamento dual da radiação também se aplicasse à matéria. Então, responda ao seguinte questionamento: Demonstre que, para um átomo hidrogenoide (átomo constituído de um núcleo de carga +Ze e massa M, e um único elétron de carga e e massa m ), obedecendo aos postulados de Bohr, a quantização do momento angular orbital do elétron teria como consequência a quantização de sua energia total e forneça os raios das órbitas possíveis ª Fase / Prova de Conteúdo / Área: RJ-65

6 QUESTÃO 05 - DIDÁTICO-PEDAGÓGICA (10 pontos) [...] É preciso que saibamos que, sem certas qualidades ou virtudes como a amorosidade, respeito aos outros, tolerância, humildade, gosto pela alegria, gosto pela vida, abertura ao novo, disponibilidade à mudança, persistência na luta, recusa aos fatalismos, identificação com a esperança, abertura à justiça, não é possível a prática pedagógico-progressista, que não se faz apenas com ciência e técnica. Aceitar e respeitar a diferença é uma dessas virtudes sem o que a escuta não se pode dar. (Freire, 1996) [...] Pensar certo, do ponto de vista do professor, tanto implica o respeito ao senso comum no processo de sua necessária superação quanto o respeito e o estímulo à capacidade criadora do educando. Implica o compromisso da educadora com a consciência crítica do educando cuja promoção da ingenuidade não se faz automaticamente. (Freire, 1996) No livro Pedagogia da Autonomia, Paulo Freire aponta os saberes necessários à prática educativa. Considerando os fragmentos de texto acima destacados, disserte sobre a relação entre esses fragmentos e os saberes apontados pelo autor, a partir dos seguintes tópicos: = Relação ensino, pesquisa e extensão = Relação entre a prática docente e a construção do sujeito autônomo em tempos de inclusão ª Fase / Prova de Conteúdo / Área: RJ-65

7 RASCUNHO - 6-1ª Fase / Prova de Conteúdo / Área: RJ-65

8 RASCUNHO - 7-1ª Fase / Prova de Conteúdo / Área: RJ-65