Prova de seleção para o Mestrado Profissional em Ensino de Física Ingresso em Nome completo do Candidato:

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1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Física Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física Prova de seleção para o Mestrado Profissional em Ensino de Física Ingresso em Nome completo do Candidato: Esta prova contém sete questões em páginas numeradas de 1 a 9. Antes de resolver a prova, escreva seu nome completo na folha de rosto e verifique se não há páginas faltando nem erros de impressão. O candidato terá de resolver quatro e somente quatro das sete questões apresentadas. Cada questão terá peso igual na nota final, devendo ser resolvida em uma ou mais folhas de papel branco. O responsável pela aplicação da prova deverá rubricar e numerar todas as folhas na frente do candidato. Ao final, serão entregues apenas as folhas em que as questões foram resolvidas, não havendo mais de uma questão por folha. A prova se estenderá das 8h30 às 12h30 do dia 08 de dezembro de Ela será realizada individualmente, sem consulta a qualquer pessoa ou material, exceto o que está sendo fornecido. O uso de calculadora está permitido. O candidato deverá indicar, nesta folha de rosto, o número das questões que escolheu fazer e que serão avaliadas. Na resolução dessa prova, o candidato ao curso de mestrado profissional em ensino de Física deverá demonstrar domínio da Física com especial atenção aos aspectos conceituais. Algumas questões demandam fazer cálculos, mas todas as fórmulas e deduções devem ser devidamente explicadas e interpretadas com conceitos de Física. O candidato deverá demonstrar que consegue apresentar seus argumentos e explicações científicas de maneira correta, clara, coesa e consistente. Boa prova! Nesta tabela, indique até quatro questões que deverão ser avaliadas na sua prova. Questão 1 Questão 2 Questão 3 Questão 4 Questão 5 Questão 6 Questão 7 1

2 QUESTÃO 1. Os gráficos que seguem são relativos ao salto do Felix Baumgartner da estratosfera em 14/10/12. O início do salto coincide com t=0s; os gráficos representam o valor da velocidade vertical atingida pelo Felix, bem como a altitude na qual se encontrava até cerca de 2min após o início do salto. Ele caiu por cerca de 250s com o paraquedas fechado e, no final desse tempo, se encontrava a cerca de 60 m/s. Gráfico 1. Altitude em função do tempo para o movimento de queda de Felix Baumgartner. Gráfico 2. Velocidade em função do tempo para o movimento de queda de Felix Baumgartner. 2

3 Todas as perguntas que seguem devem ser respondidas e justificadas a partir dos gráficos e das informações que lhe antecedem. a) Qual foi a máxima velocidade atingida pelo Felix e quanto tempo após o início da queda ela aconteceu? Sabe-se que, naquela altitude, a velocidade do som é cerca de 300 m/s. É verdade então que o Felix atingiu velocidades supersônicas durante a queda? b) Qual foi o deslocamento vertical do Felix em quilômetros desde o início do salto até o momento em que a velocidade foi máxima? c) Sabe-se que, na altitude inicial da queda, a densidade do ar é cerca de 200 vezes menor que ao nível do mar. Até cerca de 20 s após o início do salto, a velocidade cresce linearmente com o tempo. Então, o que se pode inferir sobre o movimento inicial do Felix até 20 s? Qual é o valor da aceleração sofrida pelo Felix? d) Supondo-se que a aceleração sofrida pelo Felix além de 120 s de queda até o momento em que o paraquedas foi aberto (vide as informações iniciais) tenha sido constante, estime em que altitude aconteceu a abertura do paraquedas. 3

4 QUESTÃO 2. Um homem está de pé em um elevador de obra e puxa a extremidade livre da corda para se suspender conforme mostra a figura abaixo. Ignore o atrito e as massas da polia e da corda. Sendo m a massa total do homem e do elevador: a) Mostre que o módulo da força com que ele deve puxar a corda para se levantar com uma aceleração a é dada por m(a + g)/2. b) Mostre que o módulo da força com que ele deve puxar a corda para se levantar com velocidade constante é dada por mg/2. c) O fato de o homem conseguir suspender a si mesmo contradiz a lei da ação-e-reação? Explique por quê. 4

5 QUESTÃO 3. A pergunta abaixo foi realizada por um aluno no Setor Pergunte do Centro de Referência para o Ensino de Física e ela caracteriza uma típica dúvida sobre Termodinâmica. Você conseguiria esfriar uma cozinha deixando aberta a porta do refrigerador e fechando a porta e as janelas da cozinha?? Explique. Gente, imagino que não seja possível resfriar a cozinha, mas preciso de uma explicação de acordo com a lei da termodinâmica para este fenômeno...h E L P - ME!!! Responda a dúvida do aluno a partir das leis da termodinâmica. Explique como funciona um refrigerador e qual seria o efeito esperado sobre a temperatura da cozinha se mantivermos a porta do aparelho aberta por muito tempo (considere as paredes da cozinha termicamente isoladas). 5

6 QUESTÃO 4. Ao menos como primeira aproximação, um clarinete pode ser modelado como um tubo ressonante aberto em uma extremidade e fechado em outra. Redija um pequeno texto (de 15 a 30 linhas) abordando o tópico de ondas estacionárias para alunos do ensino médio. O texto deve contextualizar a produção de ondas estacionárias no caso particular do clarinete, explicando como a produção de som está relacionada ao comprimento acústico do instrumento. A título de exemplo, considerando uma nota Lá que tenha seu harmônico fundamental vibrando em uma frequência de 440 Hz, explique para seu aluno-leitor como obter o comprimento acústico do tubo do clarinete, supondo que a velocidade do som no ar (que preenche o interior do clarinete) seja aproximadamente igual a 320 m/s. 6

7 QUESTÃO 5 (da prova do MNEF-2014). Duas espiras condutoras, contidas em planos paralelos entre si conforme a figura, são percorridas por correntes alternadas com a mesma frequência e diferentes fases. As correntes em t = 0 estão representadas na figura e o gráfico indica como tais correntes se modificam no tempo. As seguintes afirmativas são feitas sobre as espiras: I) A freqüência das correntes alternadas é 111 Hz. II) Em um ciclo completo de corrente a força magnética média entre ambas as espiras é atrativa. III) No intervalo t > 1 ms e t < 2 ms ocorre repulsão entre as espiras. Identifique as afirmativas corretas e as erradas, justificando detalhadamente suas escolhas. 7

8 QUESTÃO 6. No circuito representado abaixo, os instrumentos V e A são, respectivamente, um voltímetro ideal e um amperímetro ideal. Sabe-se que a fonte 1 tem fem de 80 V. O resistor R é um reostato (resistor cuja resistência elétrica pode ser modificada). Altera-se o valor de R até que o amperímetro não registre qualquer corrente; então, a leitura no voltímetro é 40 V. a) Qual é, nesta situação, a intensidade da corrente na fonte 1? b) Qual é o valor de R nesta situação? c) Qual é a fem da fonte 2? d) Se a resistência do reostato for 8 Ω, qual é o sentido e a intensidade da corrente no amperímetro? 8

9 QUESTÃO 7. Gustav Kirchhoff ( ) propôs uma lei para a emissão de radiação térmica em Até 1961, levantou algumas evidências experimentais muito favoráveis a essa lei. Nesta época, já havia realizado, em colaboração com Robert Bunsen ( ), um grande número de análises espectrais, formulando três enunciados sobre os espectros chamados hoje de Leis de Kirchhoff: (i) um corpo opaco e quente, produz um espectro contínuo; (ii) um gás transparente, quente, produz um espectro onde uma série de linhas espectrais brilhantes estão traçadas contra o fundo escuro; e (iii) se colocamos um gás transparente e frio na frente de uma fonte de espectro contínuo, o gás mais frio provoca o aparecimento de uma série de linhas escuras riscadas entre as cores do espectro contínuo. Levando em consideração as três leis de Kirchhoff, responda às perguntas a seguir: (a) Qual desses espectros corresponde ao emitido por um corpo negro? Por meio de um gráfico (de intensidade por comprimento de onda), caracterize o espectro de um corpo negro para várias temperaturas. (b) Explique a formação das linhas espectrais, isto é, o que leva o aparecimento de linhas de emissão e de absorção? (c) Caracterize e explique, com base nas Leis de Kirchhoff e na estrutura geral de uma estrela, o espectro emitido pelas estrelas. (d) Considerando as questões anteriores como podemos inferir sobre a composição química das estrelas? 9