AULÃO DE FÍSICA UERJ 2014

Transcrição

1 1. (Uerj 2013) Três pequenas esferas, E, 1 E 2 e E, 3 são lançadas em um mesmo instante, de uma mesma altura, verticalmente para o solo. Observe as informações da tabela: Esfera Material E 1 chumbo v 1 E 2 alumínio v 2 E 3 vidro v 3 Velocidade inicial A esfera de alumínio é a primeira a alcançar o solo; a de chumbo e a de vidro chegam ao solo simultaneamente. A relação entre v, 1 v 2 e v 3 está indicada em: a) v1 v3 v2 b) v1 v3 v2 c) v1 v3 v2 d) v1 v3 v2 2. (Uerj 2013) Três blocos de mesmo volume, mas de materiais e de massas diferentes, são lançados obliquamente para o alto, de um mesmo ponto do solo, na mesma direção e sentido e com a mesma velocidade. Observe as informações da tabela: Material bloco do Alcance do lançamento chumbo A 1 ferro A 2 granito A 3 A relação entre os alcances A 1, A 2 e A 3 está apresentada em: a) A 1 > A 2 > A 3 b) A 1 < A 2 < A 3 c) A 1 = A 2 > A 3 Página 1 de 20

2 d) A 1 = A 2 = A 3 3. (Uerj 2013) Observe, na figura a seguir, a representação de uma prensa hidráulica, na qual as forças F 1 e F 2 atuam, respectivamente, sobre os êmbolos dos cilindros I e II. Admita que os cilindros estejam totalmente preenchidos por um líquido. O volume do cilindro II é igual a quatro vezes o volume do cilindro I, cuja altura é o triplo da altura do cilindro II. F2 A razão F 1 corresponde a: a) 12 b) 6 c) 3 d) 2 entre as intensidades das forças, quando o sistema está em equilíbrio, 4. (Uerj 2013) Um homem de massa igual a 80 kg está em repouso e em equilíbrio sobre uma prancha rígida de 2,0 m de comprimento, cuja massa é muito menor que a do homem. A prancha está posicionada horizontalmente sobre dois apoios, A e B, em suas extremidades, e o homem está a 0,2 m da extremidade apoiada em A. A intensidade da força, em newtons, que a prancha exerce sobre o apoio A equivale a: a) 200 b) 360 c) 400 d) 720 Página 2 de 20

3 5. (Uerj 2013) Considere duas amostras, X e Y, de materiais distintos, sendo a massa de X igual a quatro vezes a massa de Y. As amostras foram colocadas em um calorímetro e, após o sistema atingir o equilíbrio térmico, determinou-se que a capacidade térmica de X corresponde ao dobro da capacidade térmica de Y. Admita que c X e c Y sejam os calores específicos, respectivamente, de X e Y. c X A razão c Y é dada por: a) 1 4 b) 1 2 c) 1 d) 2 6. (Uerj 2013) Em uma experiência, três lâmpadas idênticas {L 1, L 2, L 3 } foram inicialmente associadas em série e conectadas a uma bateria E de resistência interna nula. Cada uma dessas lâmpadas pode ser individualmente ligada à bateria E sem se queimar. Observe o esquema desse circuito, quando as três lâmpadas encontram-se acesas: Em seguida, os extremos não comuns de L 1 e L 2 foram conectados por um fio metálico, conforme ilustrado abaixo: Página 3 de 20

4 A afirmativa que descreve o estado de funcionamento das lâmpadas nessa nova condição é: a) As três lâmpadas se apagam. b) As três lâmpadas permanecem acesas. c) L 1 e L 2 se apagam e L 3 permanece acesa. d) L 3 se apaga e L 1 e L 2 permanecem acesas. 7. (Uerj 2013) Duas lâmpadas, L 1 e L 2, estão conectadas em paralelo a uma bateria de automóvel. A corrente em L 1 é igual a 1 3 da corrente em L 2. Admita que P 1 e P 2 sejam as potências dissipadas, respectivamente, por L 1 e L 2. P1 A razão corresponde a: P 2 a) 1 9 b) 1 3 c) 1 d) 3 8. (Uerj 2012) Uma balança romana consiste em uma haste horizontal sustentada por um gancho em um ponto de articulação fixo. A partir desse ponto, um pequeno corpo P pode ser deslocado na direção de uma das extremidades, a fim de equilibrar um corpo colocado em um prato pendurado na extremidade oposta. Observe a ilustração: Página 4 de 20

5 Quando P equilibra um corpo de massa igual a 5 kg, a distância d de P até o ponto de articulação é igual a 15 cm. Para equilibrar um outro corpo de massa igual a 8 kg, a distância, em centímetros, de P até o ponto de articulação deve ser igual a: a) 28 b) 25 c) 24 d) (Uerj 2012) Um chuveiro elétrico, alimentado por uma tensão eficaz de 120 V, pode funcionar em dois modos: verão e inverno. Considere os seguintes dados da tabela: Modos Potência (W) Resistência ( ) Verão 1000 R V Inverno 2000 R I A relação a) 0,5 b) 1,0 c) 1,5 d) 2,0 R R I V corresponde a: Página 5 de 20

6 10. (Uerj 2011) Um bloco maciço está inteiramente submerso em um tanque cheio de água, deslocando-se verticalmente para o fundo em movimento uniformente acelerado. A razão entre o peso do bloco e o empuxo sobre ele é igual a 12,5. A aceleração do bloco, em m/s 2, é aproximadamente de: a) 2,5 b) 9,2 c) 10,0 d) 12,0 11. (Uerj 2011) Observe a representação do trecho de um circuito elétrico entre os pontos X e Y, contendo três resistores cujas resistências medem, em ohms, a, b e c. Admita que a sequência (a, b, c) é uma progressão geométrica de razão 1 2 e que a resistência equivalente entre X e Y mede 2,0 Ω. O valor, em ohms, de (a + b + c) é igual a: a) 21,0 b) 22,5 c) 24,0 d) 24,5 12. (Uerj 2011) Para dar a partida em um caminhão, é necessário que sua bateria de 12 V estabeleça uma corrente de 100 A durante um minuto. A energia, em joules, fornecida pela bateria, corresponde a: a) 2,0 x 10 1 b) 1,2 x 10 2 Página 6 de 20

7 c) 3,6 x 10 3 d) 7,2 x 10 4 TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES: Um trem em alta velocidade desloca-se ao longo de um trecho retilíneo a uma velocidade constante de 108 km/h. Um passageiro em repouso arremessa horizontalmente ao piso do vagão, de uma altura de 1 m, na mesma direção e sentido do deslocamento do trem, uma bola de borracha que atinge esse piso a uma distância de 5 m do ponto de arremesso. 13. (Uerj 2011) Se a bola fosse arremessada na mesma direção, mas em sentido oposto ao do deslocamento do trem, a distância, em metros, entre o ponto em que a bola atinge o piso e o ponto de arremesso seria igual a: a) 0 b) 5 c) 10 d) (Uerj 2011) O intervalo de tempo, em segundos, que a bola leva para atingir o piso é cerca de: a) 0,05 b) 0,20 c) 0,45 d) 1, (Uerj 2010) Dois automóveis, M e N, inicialmente a 50 km de distância um do outro, deslocam-se com velocidades constantes na mesma direção e em sentidos opostos. O valor da velocidade de M, em relação a um ponto fixo da estrada, é igual a 60 km/h. Após 30 minutos, os automóveis cruzam uma mesma linha da estrada. Em relação a um ponto fixo da estrada, a velocidade de N tem o seguinte valor, em quilômetros por hora: a) 40 b) 50 Página 7 de 20

8 c) 60 d) (Uerj 2010) Um foguete persegue um avião, ambos com velocidades constantes e mesma direção. Enquanto o foguete percorre 4,0 km, o avião percorre apenas 1,0 km. Admita que, em um instante t 1, a distância entre eles é de 4,0 km e que, no instante t 2, o foguete alcança o avião. No intervalo de tempo t 2 t 1, a distância percorrida pelo foguete, em quilômetros, corresponde aproximadamente a: a) 4,7 b) 5,3 c) 6,2 d) 8,6 17. (Uerj 2010) A figura a seguir representa um fio AB de comprimento igual a 100 cm, formado de duas partes homogêneas sucessivas: uma de alumínio e outra, mais densa, de cobre. Uma argola P que envolve o fio é deslocada de A para B. Durante esse deslocamento, a massa de cada pedaço de comprimento AP é medida. Os resultados estão representados no gráfico a seguir: Página 8 de 20

9 A razão entre a densidade do alumínio e a densidade do cobre é aproximadamente igual a: a) 0,1 b) 0,2 c) 0,3 d) 0,4 18. (Uerj 2010) Uma pessoa totalmente imersa em uma piscina sustenta, com uma das mãos, uma esfera maciça de diâmetro igual a 10 cm, também totalmente imersa. Observe a ilustração: A massa específica do material da esfera é igual a 5,0 g/cm 3 e a da água da piscina é igual a 1,0 g/cm 3. A razão entre a força que a pessoa aplica na esfera para sustentá-la e o peso da esfera é igual a: a) 0,2 b) 0,4 c) 0,8 d) 1,0 19. (Uerj 2010) Três lâmpadas, L 1, L 2 e L 3, com as mesmas características, são ligadas a uma fonte ideal de tensão, dispostas em três diferentes arranjos: Página 9 de 20

10 A alternativa que indica a ordenação adequada das potências consumidas pelos arranjos é: a) P I > P III > P II b) P I > P II > P III c) P III > P II > P I d) P III > P I > P II 20. (Uerj 2009) Ao se deslocar do Rio de Janeiro a Porto Alegre, um avião percorre essa distância com velocidade média v no primeiro 1/9 do trajeto e 2v no trecho restante. A velocidade média do avião no percurso total foi igual a: 9 a) v 5 8 b) v 5 5 c) v 3 5 d) v 4 Página 10 de 20

11 Gabarito: Resposta da questão 1: [B] Supondo a ausência do atrito com o ar, podemos concluir que o movimento das esferas é uniformemente variado e, como tal, 2 2 g.t g.t h g.t h v 0.t v 0.t h v0 2 2 t 2 Onde v0 corresponde à velocidade inicial de lançamento: Como os tempos de queda das esferas são iguais, temos que suas velocidades de lançamento são iguais; portanto, as velocidades v 1 e v 3 são iguais. Como a esfera de alumínio foi a primeira a chegar ao solo, concluímos que sua velocidade inicial é a maior de todas. Assim temos, v1 v3 v2. Resposta da questão 2: [D] Para um objeto lançado obliquamente com velocidade inicial v, 0 formando um ângulo θ com a horizontal, num local onde o campo gravitacional tem intensidade g, o alcance horizontal A é dado pela expressão: 2 v 0 A sen 2θ g Essa expressão nos mostra que o alcance horizontal independe da massa. Portanto, os três blocos apresentarão o mesmo alcance: A 1 = A 2 = A 3. Página 11 de 20

12 Resposta da questão 3: [A] Pelo teorema de Pascal aplicado em prensas hidráulicas, temos: F A F A O volume dos cilindros é dado por: V A.h. Nas condições apresentadas no enunciado, temos: V2 4.V1 A 2.h2 4.A 1.h 1 A 2.h 4.A 1.3h A2 12.A1 Assim: F1 F2 F2 12 A1 12A1 F1 Resposta da questão 4: [D] Página 12 de 20

13 N A.2,0 P.1,8 N A.2, ,8 N A.2, N A 80.9 N A 720N Resposta da questão 5: [B] Dados apresentados no enunciado: m C x x 4m 2C y y A relação entre a capacidade térmica de um corpo e sua massa é dada por: C m c, em que c corresponde ao calor específico sensível. Assim sendo, temos: m c 2m c 4m c 2m c x x y y y x y y 2c c x y cx 1 cy 2 Página 13 de 20

14 Resposta da questão 6: [C] Quando o fio metálico é ligado como mostrado na segunda figura, as lâmpadas L 1 e L 2 entram em curto circuito, apagando. A lâmpada L 3 permanece acesa, com brilho mais intenso que antes. Resposta da questão 7: [B] Como mencionado no enunciado: i 2 1 i i2 3.i1 3 Estando paralelas, as lâmpadas estão submetidas à mesma tensão elétrica. Analisando a potência dissipada por cada uma temos: P 1 P1 U.i 1 U i 1 P 2 P2 U.i 2 U i 2 P i P P.i P.i i P.i P.3.i P2 P 1.3 P1 1 P2 3 Página 14 de 20

15 Resposta da questão 8: [C] Dados: m 1= 5 kg; d 1= 15 cm; m 2 = 8 kg. Seja b a distância do ponto de suspensão do prato até o ponto de suspensão do gancho. Como há equilíbrio de rotação, temos: mpd1 m1gb d1 m d2 24 cm. mpd2 m2gb d2 m2 d2 8 Resposta da questão 9: [A] Dados: P V = W; P I = W; U = 120 V; Da expressão da potência elétrica: 2 U R U U U P R R P R P R P V 2 2 I 2 PI RI PV RI PV 2 2 U V I U V I RV PV RI ,5. R Resposta da questão 10: [B] Dado: P 12,5. E Do princípio fundamental da dinâmica, vem: Página 15 de 20

16 P E = m a m g E = m a. Mas: P 12,5 E P mg E. 12,5 12,5 Substituindo na expressão anterior: mg m g m a. Considerando g = 10 m/s 2 : 12, ,5 = a a = 10 0,8 a = 9,2 m/s2. Resposta da questão 11: [D] Os valores das resistências formam uma PG de razão 1 2. Seja: a = x. Então: b = x 2 e c = x 4 A resistência equivalente do circuito é: R x x eq a b c Req x R x x x x eq Como R eq = 2 Ω, temos: 1 7 x = 14 Ω. 2 x Assim, a + b + c = ,5 a + b + c = 24,5 Ω. 2 4 Página 16 de 20

17 Resposta da questão 12: AULÃO DE FÍSICA UERJ 2014 [D] Dados: U = 12 V; i = 100 A; t = 1 min = 60 s. Da relação entre potência elétrica e energia: E = P t = U i t = (12) (100) (60) = J = 7, J. Resposta da questão 13: [B] Se a velocidade relativa ao vagão é a mesma, o alcance horizontal relativo ao vagão também é o mesmo, ou seja, 5 m. Resposta da questão 14: [C] Como se trata de um lançamento horizontal, o tempo de queda é o mesmo do tempo de queda da queda livre: 1 2h 2(1) 20 4,5 2 g h gt t t = 0,45 s. Resposta da questão 15: [A] Seja P o ponto de encontro desses dois automóveis, como indicado na figura. Página 17 de 20

18 Do instante mostrado até o encontro, que ocorreu no ponto P, passaram-se 30 min ou 0,5 h, a distância percorrida pelo automóvel M é: D M = v M t = 60 (0,5) = 30 km. Nesse mesmo intervalo de tempo, o automóvel N percorreu, então: D N = = 30 km. Assim: v N = DN 20 t 0,5 v N = 40 km/h. Resposta da questão 16: [B] A velocidade do foguete (v f ) é 4 vezes a velocidade do avião (v a ) v f = 4 v a Equacionando os dois movimentos uniformes, com origem no ponto onde está o foguete no instante t 1 : S f = v f t S f = 4 v a t e S a = 4 + v a t. Igualando as funções horárias para instante de alcance (t 2 ): S f = S a 4 v a t 2 = 4 + v a t 2 3 v a t 2 = 4 t 2 = 4 3v. a Substituindo: 4 S f = 4 v a 3v a S f = 16 km = 5,3 km. 3 Página 18 de 20

19 Resposta da questão 17: AULÃO DE FÍSICA UERJ 2014 [C] Sabemos que d = m. Como a seção transversal é constante, o volume é dado por V = A V L. Então, d = m AL. Na segunda parte do gráfico, a linha se torna mais íngreme, indicando que a densidade se torna maior. Assim, a primeira parte do gráfico representa o alumínio e a segunda parte representa o cobre. As densidades do alumínio e do cobre são, respectivamente: d a = A 5A e d c = (100 40)A 3A 2 da 5A ,3. d 4 c A Resposta da questão 18: [C] d e = 5 g/cm 3 e d a = 1 g/cm 3 Como a esfera está em equilíbrio, N + E = P N = P E N = d e V g d a V g N = (d e d a )V g Página 19 de 20

20 Assim: N (de d a )Vg (de d a ) (5 1) 4 0,8. P d Vg d 5 5 e e Resposta da questão 19: [A] Sendo R a resistência elétrica de cada lâmpada, as resistências equivalentes dos três arranjos são: R I = R 3 ; R R 3 II = 3 R e R III = R R 2 2 ; Sendo U a tensão aplicada nos três arranjos, as respectivas potências consumidas são: P I = P II = 2 2 U U 3 R R U 1 U 3R 3 R ; P III = 2 2 U 2 U 3R 3R Como P. I > P III > P II Resposta da questão 20: [A] Resolução Primeiro trecho V = S/t v = (L/9)/t 1 = L/(9t 1 ) onde L é o comprimento total do trajeto Então t 1 = L/(9v) Segundo trecho V = S/t 2v = (8L/9)/t 2 v = 4L/(9t 2 ) t 2 = 4L/(9v) Para todo o trecho V média = L/(t 1 +t 2 ) = L/[5L/(9v)] = 9v/5 Página 20 de 20