PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA DO INSTITUTO DE FÍSICA DA UFRGS Prova de seleção para ingresso em 2009/1 no Mestrado Profissional em Ensino de Física Esta prova é constituída de seis questões, sendo apresentada uma questão por página. O candidato terá de resolver três, e somente três, das seis questões apresentadas. Cada questão deverá ser resolvida em uma ou mais folhas de papel ofício, rubricadas pelo responsável pela aplicação da prova. Ao final serão entregues apenas as folhas em que as questões foram resolvidas, não havendo mais de uma questão por folha, e todas as folhas devem ser assinadas. A prova se estenderá das 14 h às 17h do dia 10 de novembro de 2008. A prova deverá ser realizada individualmente, sem consulta a qualquer pessoa ou material, exceto o que lhe está sendo fornecido. Lembre-se de que uma prova é uma demonstração de conhecimentos, e que esta é uma prova de ingresso em um curso de mestrado.
1) ELETROMAGNETISMO (Questão adaptada do Provão 2000). Dispõe-se de uma bússola, de um ímã em forma de barra, uniformemente magnetizado, sem marcação de polaridade, de uma pilha de 1,5 V e de um pedaço de fio condutor flexível. Explique com o auxílio de esquemas gráficos como se poderia, em sala de aula, utilizar esse material para: A) determinar a polaridade do ímã. B) representar graficamente o vetor indução magnética,, gerado por esse ímã em três pontos diferentes, próximos ao ímã. C) reproduzir o famoso experimento de Oersted. D) mostrar a configuração das linhas de indução magnética gerada por um condutor retilíneo em um plano perpendicular ao condutor, em pontos próximos do condutor. B
2) ATRITO (Questão adaptada do Provão 2000). Em muitos livros didáticos de Física encontra-se a seguinte afirmação: a força de atrito seco entre dois sólidos, exercida em um corpo, sempre se opõe ao movimento desse corpo. Desta forma, segundo esses livros, a força de atrito sempre é uma força resistente, isto é, somente pode fazer com que a energia cinética de um corpo diminua, jamais aumente. A) Você concorda com a definição acima? Caso não concorde, como você define a força de atrito? B) Qual é a orientação da força de atrito exercida pelo assoalho no calçado de uma pessoa que se desloque com velocidade crescente em relação ao assoalho? Justifique sua resposta a partir das leis da mecânica newtoniana. C) Enuncie um problema que contrarie a orientação da força de atrito na afirmação dos livros didáticos. D) Resolva o problema que você enunciou da forma que o resolveria em sala de aula.
3) CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA. Um professor dispõe de três lâmpadas de 6 V com potências nominais de 0,9 W, 1,6 W e 2,5 W (sabe-se que o brilho de uma dessas lâmpadas, quando alimentada sob 6 V, é maior se a potência nominal for maior; admita que a resistência elétrica de cada lâmpada seja constante, independentemente da corrente que por ela passe). Com o objetivo de abalar as concepções alternativas de seus alunos constrói os dois circuitos da figura abaixo, onde a fonte possui uma saída de tensão regulável entre 0 e 25 V. As concepções alternativas implicam que a lâmpada mais próxima do terminal negativo da fonte é a que deva brilhar mais pois os elétrons saem pelo terminal negativo e a corrente enfraquece quanto mais eles tiverem que se deslocar. A) Como se comporta a intensidade da corrente elétrica nos dois terminais da fonte em qualquer um dos dois circuitos? Justifique sua resposta. B) Como poderia o professor dispor as três lâmpadas no circuito em paralelo para contrariar as concepções alternativas de seus alunos? Justifique sua resposta. C) Como poderia o professor dispor as três lâmpadas no circuito em série para contrariar as concepções alternativas de seus alunos? Justifique sua resposta. D) Finalmente o professor constrói o circuito misto da figura abaixo com quatro lâmpadas iguais (mesma potência nominal de 1,6 W) e regula a fonte de forma que a tensão seja 6 V em alguma(s) lâmpada(s) e inferior a 6 V na(s) lâmpada(s) restante(s). Qual(is) das lâmpadas apresentará o maior brilho? Em qual(is) lâmpada(s) a tensão é 6 V? Justifique sua resposta.
4) ÓPTICA GEOMÉTRICA. I.) Em um experimento de óptica geométrica uma vela é utilizada como objeto para uma lente convergente. A imagem nítida da vela ocorre em uma tela conforme representado na figura abaixo. A) Determine graficamente os focos da lente. B) A seguir um anteparo opaco cobre parcialmente a lente de acordo com a figura abaixo. Desenhe nessa figura a imagem da vela e justifique a diferença existente entre essa nova imagem e a anterior. II) A figura representa um objeto localizado nas imediações de um espelho plano menor do que o objeto. Um observador que recebe luz refletida pelo espelho pode estar posicionado em uma das três posições representadas na figura (P 1, P 2 ou P 3 ). A) Represente na figura a imagem que o espelho plano conjuga para este objeto. B) Em alguma(s) das três posições poderá o observador enxergar a imagem conjugada pelo espelho para a extremidade A do objeto? (justifique sua resposta)
5) TERMODINÂMICA. Em um tubo de vidro estreito (diâmetro interno: 2,5 mm) há uma amostra de gás ideal em equilíbrio térmico (estado 1) com a atmosfera (pressão atmosférica: 1 atm = 76 cm Hg) que está 27ºC. Inicialmente o tubo está na vertical, com a extremidade aberta virada para baixo e uma coluna de mercúrio (Hg) com 38 cm separa a amostra gasosa da atmosfera; o comprimento da coluna de gás é 50 cm. O tubo é rapidamente invertido (estado 2) e em seguida o comprimento da coluna de gás é 25,9 cm. A) Qual é a pressão da amostra gasosa no estado 1 e no estado 2? B) Qual é a temperatura da amostra gasosa no estado 2? C) O que se pode afirmar sobre a energia interna do gás no estado 2? Justifique sua afirmação a partir da Primeira Lei da Termodinâmica. D) O que acontecerá com o comprimento da coluna de gás se o tubo for mantido na posição vertical com a extremidade aberta virada para cima? Interprete tal comportamento em termos da Primeira Lei da Termodinâmica.
6) Astronomia. Uma conseqüência da propagação retilínea da luz é a formação de sombras quando a luz solar é interceptada por um corpo opaco. Em um eclipse solar, por exemplo, a Lua intercepta a luz do Sol projetando sobre a Terra uma região de sombra (ou umbra) e outra região, maior, de penumbra, como está ilustrado na figura abaixo (as distâncias entre os três corpos, bem como os raios da Terra, da Lua e do Sol não se encontram representado em escala na figura). A) Represente através de um desenho como fica a sombra da Lua projetada sobre a Terra, tal como seria vista por um observador no espaço. Indique as regiões da Terra onde o eclipse será percebido como total e o eclipse será percebido como parcial. B) O próximo eclipse solar total ocorrerá em 22 julho de 2009, não sendo visível no Brasil. Imagine que, na data do eclipse, o centro dos três corpos estejam sobre uma mesma reta conforme sugere a figura acima. Sendo R Terra o raio da Terra, R Lua o raio da Lua, R Sol o raio do Sol, d Sol-Lua a distância centro a centro entre Sol e Lua nessa data, e L o comprimento do cone de sombra (umbra) projetado pela Lua nessa data, sabe-se que RSol 400 R Lua (esta relação vale em qualquer circunstância), R 3, 66 Terra R Lua (esta relação vale em qualquer circunstância), d 87305R Sol Lua Lua (na data do eclipse). Com base nesses dados, mostre que a sombra da Lua, nessa data, será projetada até uma distância L de aproximadamente 219 R Lua. C) Sabendo que nessa data a superfície da Terra estará a uma distância de 202 R Lua do centro da Lua, calcule o raio da sombra da Lua sobre a superfície da Terra em unidades de raio terrestre. D) Se o raio do Sol fosse dez vezes menor, como seria, então, a geometria dos eclipses solares? A região de sombra seria maior ou menor? E a região de penumbra? Explique, ilustrando com um desenho se julgar necessário.