RESOLUÇÃO DAS PROVAS DA OLIMPÍADA DE FÍSICA DAS ESCOLAS PÚBLICAS 2014

RESOLUÇÃO DAS PROVAS DA OLIMPÍADA DE FÍSICA DAS ESCOLAS PÚBLICAS 2014

Prova do 1º e 2º anos Nº GABARITO 1 D 2 C 3 A 4 D 5 D 6 A 7 A 8 D 9 C 10 B 11 A 12 C 13 B 14 C 15 D 16 B 17 A 18 B 19 C 20 B 1

B01) Hidrostática. 2 Mesmo tendo uma quantidade maior de água, o professor Arquimedes abaixo a posição da garrafa mantendo o desnível da água nos dois recipientes. Esse desnível provoca a diferença de pressão que anula o peso do bloco.

B02) Lançamentos. 3 Se a distância entre os gols mede 80 m, a distância entre o meio do campo e o gol mede 40m, a metade. Para o movimento da bola, esta distância representa o deslocamento horizontal. Na horizontal, a bola desenvolve um movimento uniforme com 16 m/s de velocidade. Podemos encontrar o tempo que a bola levou até encontra o gol: d = v.t 40 = 16.t t = 2,5 s O goleiro só reagiu 1 s depois, logo, ele terá 1,5s de movimento até a bola entrar no gol. O goleiro desenvolve um MU com 4m/s de velocidade, logo, percorrerá: d = v.t = 4.1,5 = 6m. Como o goleiro estava a 20m do gol, ao se aproximar 6m, finaliza a 14m do gol quando a bola entra.

B03) Leis da reflexão e espelhos planos. 4 A distância de uma imagem ao espelho plano que a produziu é igual à distância do seu objeto ao mesmo espelho plano. Além disso, a imagem e o objeto ficam na mesma linha normal ao espelho. Essas propriedades fazem o espelho reproduzir um ambiente virtual de mesma dimensão e formato que o ambiente real. Ao colocarmos o espelho no meio de regiões simétricas como um campo de futebol e olhamos da forma orientada no enunciado, veremos a imagem no espelho complementar o pedaço real que o próprio espelho está nos impedindo de ver. Mas, se o espelho não estiver no meio do campo, não conseguiremos essa sobreposição perfeita.

B04) Conceitos básicos de Cinemática (Movimento Uniforme) 5 18 km em 1 h equivale a 18.000 m em 3.600s e 20 min = 20x60s = 1200 s, logo: 18.000 m 3.600 s 18.000 m 3.600 s X = 6.000 m X 1.200 s Uma volta no campo equivale a 2 comprimento e 2 larguras, logo: 1 volta 2x80 m + 2x40m = 240 m Sendo assim, o número de voltas será: 240 m 1 volta X = 25 voltas 6000 m X voltas

B05) Equação horária do movimento uniformemente variado 6 Percorrer metade do campo é percorrer 40 m. Partindo do repouso com aceleração de 5m/s 2, um móvel percorrerá 40m em 4s de acordo com a equação horária do movimento uniformemente variado: S = S 0 +v 0.t+at 2 /2 40 = 0+0+5.t 2 /2 t 2 = 80/5 t = 4s

B06) Quantidade de movimento e sua 7 conservação. A questão está tratando o pé e a bola como um sistema mecanicamente isolado, onde a quantidade de movimento do sistema se conserva. Depois da colisão, o pé parou e a bola estava em movimento. A quantidade de movimento do sistema será apenas a da bola cujo valor é: Q = m.v = 5 kg x 12 km/h = 60 kg.m/s. Antes da colisão, a bola estava parada, logo, o pé de 3 kg assumiu a quantidade de movimento total de 60 kg. m/s: Q = m.v 60 = 3.v v = 20 m/s

B07) 8 Propagação do calor e reflexão, refração e absorção da luz. Esta caixa utiliza o efeito estufa para aquecer os alimentos. O vidro é transparente para radiação eletromagnética na faixa do visível (luz), mas, reflete radiação infravermelha. Portanto, a luz passa pelo vidro, aquece o ambiente interno da caixa que produz radiação infravermelha que não consegue passar pelo vidro.

B08) Calorimetria (calor sensível) e potência. 9 A área pela qual a luz vinda do sol vai atravessar é a de um círculo de raio 1m: Área =.R 2 = 3m 2 Se 1m 2 de área recebe 100W de luz (calor), 3m 2 receberá 300W. A água começa a ferver na temperatura de 100ºC, logo, a variação de temperatura será 100-20 = 80ºC. A massa de água a ser aquecida mede 0,6kg = 600g. A quantidade de calor absorvida por esta água deverá ser: Q = m.c. T = 600.4.80 =192.000 J Podemos usar a potência térmica para encontrar o tempo de aquecimento: Q = P.t 192.000 = 300. t t = 640 s

B09) Leis de Newton 10 Na Lua, sua massa continua a mesma, 80 kg, mas, seu peso depende da aceleração da gravidade na Lua: P = m. g = 80 x 1,6 = 128 N.

B10) Lançamentos e Leis de Newton. 11 Uma bola em lançamento interage com a Terra e com o ar. A Terra produz a curvatura em forma de parábola no plano vertical enquanto a bola sobe e desce. A interação com o ar produz o resto o que chamamos de efeito. Sem ar ou em uma atmosfera muito rarefeita não existe efeito e a bola não sofre curvas exceto a que é produzida pela gravidade.

B11) Energia e sistema conservativo. 12 É razoável considerar o sistema como conservativo. Se desprezarmos a alteração da energia potencial gravitacional (desprezarmos a variação da altura) durante o lançamento pelo estilingue, teremos a energia potencial elástica se transformando em energia cinética. Ec f = Epela 0 mv 2 /2 = k.x 2 /2 mv 2 = k.x 2 Usando a massa de 100 g = 0,1 kg, podemos encontrar a deformação x inicial do estilingue: 0,1.20 2 = 1000. x 2 x = 0,2 m

B12) 13 Cinemática (movimento uniformemente variado). A velocidade inicial v 0 = 20 m/s O deslocamento d = 12,4 2,2 = 10,2 m Se considerarmos o sentido positivo para cima, a aceleração mede a = 10 m/s 2. Podemos aplicar a equação de Torricelli: v f 2 = v 0 2 + 2a. d v f 2 = 20 2 + 2( 10). 10,2 v f 2 = 400 204 = 196 v f = 14 m/s

B13) Leis de Newton e suas aplicações. 14 O peso de 1 tonelada = 1000 kgf. A projeção do peso na direção da ladeira (p x ) pode ser encontrado através do ângulo entre a ladeira e a horizontal, 30º, por: Px = P.sen 30º = 1000.0,5 = 500 kgf Com o parafuso de Arquimedes, a pessoa amplia a sua força de 10 vezes, logo, para equilibrar 500 kgf basta a pessoa aplicar 50 kgf.

B14) Estática dos corpos extensos. 15 O comprimento da alavanca mede 20m. Os braços de alavanca medem 12m e 8m. O braço de 12m levanta o barco de peso 800 kgf e o outro está conectado ao sistema de polias. O torque de cada força: Torque A = F.d = 800.12 Torque B = F.d = X.8 Para equilibrar a alavanca, o torque resultante é nulo. 800.12 = X.8 X = 1200 kgf

B15) Dilatação do sólido. 16 O aquecimento promoveu a dilatação do pé do recipiente o que foi suficiente para levantá-lo. É claro que a dilatação é pequena, mas, o suficiente para tirar o boné.

B16) Termometria. 17 De 32ºF para 212ºF existe uma variação de 180ºF que corresponde a uma variação de 100ºC. De 32ºF para 41ºF existe uma variação de 9ºF. A variação correspondente em Celsius deve obedecer a mesma proporção entre 180ºF e 100ºC: 180ºF --------- 100ºC x = 5ºC 9ºF ------------ x Como os 32ºF equivale a 0ºC, uma variação de 5ºC acima do 0ºC corresponde a uma marcação de 5ºC.

B17) Gravitacional 18 A força que faz os planetas orbitarem em torno do Sol é gravitacional.

B18) Potência. 19 O peso dos 400 kg (Bisnaga + elevador) mede P = m.g = 400x10 = 4000 N Considerando que o movimento do elevador é uniforme, a força do motor praticamente é constante e igual ao peso levantado. O trabalho da força do motor mede: Trabalho = Fxd = 4.000 x 30 = 120.000 J A potência associada a este trabalho é: Pot = Trabalho tempo = 120.000 = 10.000W 12 10.000 W = 10 kw

B19) 20 Cinemática (movimento uniforme e movimento uniformemente variado) Tomando a origem na posição inicial de Bisnaga, o espaço inicial dele será zero e o do seu oponente mede 10,5m. O seu oponente desenvolve um MU cuja equação horária de espaço será: S A = S 0 +vt = 10,5 + 4.t O Bisnaga desenvolveu um MUV cuja equação horária de espaço será: S B = S 0 +v 0 t+a.t 2 /2 = 0+0+5t 2 /2 O encontro dos dois ocorrerá quando os espaços se igualarem. S B = S A 5t 2 /2 = 10,5 + 4.t 5t 2-8.t - 21 = 0 t = 3s e t = - 1,4 s A resposta é 3 s.

B20) Calorimetria e mudança de fase. 21 A massa é perdida pela transpiração. Portanto, devemos encontrar a quantidade de água evaporada após transpiração. Esta água evapora para levar 50% do calor que o corpo libera, ou seja, 864 kj 2 = 432 kj ou 432 4 = 108 kcal. Usando o calor latente de vaporização da água, podemos descobrir a quantidade de água vaporizada pelo suor: Q = m.l 108.000 = m. 540 m = 200 g Esta água é a massa perdida pelo garoto.