UFRGS 2015 RESOLUÇÃO DA PROVA DE FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com1. Em 2014, comemoraram-se os 50 anos do início da operação de trens de alta velocidade no Japão, os chama-dos trens-bala. Considere que um desses trens desloca-se com uma velocidade constante de 360 km/h sobre trilhos horizontais. Em um trilho paralelo, outro trem desloca-se também com velocidade constante de 360 km/h, porém em sentido contrário. Nesse caso, o módulo da velocidade relativa dos trens, em m/s, é igual a

(A) 50. (B) 100. (C) 200. (D) 360. (E) 720.

2. Trens MAGLEV, que têm como princípio de funciona-mento a suspensão eletromagnética, entrarão em opera-ção comercial no Japão, nos próximos anos. Eles podem atingir velocidades superiores a 550 km/h. Considere que um trem, partindo do repouso e movendo-se sobre um tri-lho retilíneo, é uniformemente acelerado durante 2,5 minu-tos até atingir 540 km/h. Nessas condições, a aceleração do trem, em m/s2, é

(A) 0,1. (B) 1. (C) 60. (D) 150. (E) 216.

3. Em uma região onde a aceleração da gravidade tem módulo constante, um projétil é disparado a partir do solo, em uma direção que faz um ângulo a com a direção hori-zontal, conforme representado na figura abaixo.

! Assinale a opção que, desconsiderando a resistência do ar, indica os gráficos que melhor representam, respecti-vamente, o comportamento da componente horizontal e o da componente vertical, da velocidade do projétil, em fun-ção do tempo.

!

(A) I e V. (B) II e V. (C) II e III. (D) IV e V. (E) V e lI.

RESOLUÇÃO DAS QUESTÃO 1. Para determinar a velocidade relativa entre os trens é ne-cessário apenas que se some as velocidades. VR = vA + vb VR = 360 + 360 = 720 km/h Como a questão pede em m/s, basta divido por 3,6 a res-posta! vR = 720/3,6 = 200 m/s Resposta C. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 2. Para determinar a aceleração do trem usamos a relação abaixo:

!

Como a resposta da unidade da aceleração está em m/s2 devemos converter a velocidade e o tempo nas unidades adequadas. vo = 0 m/s; vf = 540 km/h/3,6 = 150 m/s; Δt = 2,5 min = 150 s

! Portanto resposta letra B. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 3. Em movimentos de projéteis onde não atua a força de re-sistência do ar, o movimento da partícula é composto por dois movimentos independentes que atuam em direções distintas. Na vertical temos um movimento com aceleração constan-te e na horizontal um movimento com velocidade constan-te. Observando o gráfico, verificamos que a partícula lançada se desloca no sentido positivo do eixo X, isso indica que sua velocidade deve ser constante e positiva, de acordo com o gráfico II. O mesmo acontece no eixo Y, o objeto se desloca para ci-ma no sentido positivo do eixo Y, indicando que sua velo-cidade deve ser positiva mas deve diminuir. Com isso po-demos eliminar o gráfico I e sobra apenas o III e V. Como a aceleração tem valor constante o gráfico deve ser uma reta, pois o coeficiente angular da reta é a medida aceleração. No gráfico V temos uma reta, indicando uma aceleração constante e uma reta com coeficiente angular negativo devido a sua declividade, indicando uma acelera-ção negativa. Como a velocidade está inicialmente redu-zindo a aceleração deve ter sinal contrário ao da velocida-de. Resposta letra B.

a = Δv

Δt

a = ΔvΔt

=150 − 0

150= 1 m/s2

! 2UFRGS 2015 FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com4. A elipse, na figura abaixo, representa a órbita de um planeta em torno de uma estrela S. Os pontos ao longo da elipse representam posições sucessivas do planeta, sepa-radas por intervalos de tempos iguais. As regiões alterna-damente coloridas representam as áreas varridas pelo raio da trajetória nesses intervalos de tempo. Na figura, em que as dimensões dos astros e o tamanho da órbita não

estão em escala, o segmento de reta ! representa o raio focal do ponto H, de comprimento p.

! Considerando que a única força atuante no sistema estre-la-planeta seja a força gravitacional, são feitas as seguin-tes afirmações.

I – As áreas S1 e S2, varridas pelo raio da trajetória, são iguais. II – O período da órbita é proporcional a p3. III – As velocidades tangenciais do planeta nos pontos A e H, vA e vH, são tais que vA > vH.

Quais estão corretas?

(A) Apenas I. (B) Apenas I e II. (C) Apenas I e III. (D) Apenas II e III. (E) I, II e III.

5. Um bloco de massa 1 kg move-se retilineamente com velocidade de módulo constante igual a 3 m/s, so-bre uma superfície horizontal e sem atrito. A partir de dado instante, o bloco recebe o impulso de uma força externa aplicada na mesma direção e sentido de seu movimento. A intensidade dessa força, em função do tempo, é dada pelo gráfico abaixo.

! A partir desse gráfico, pode-se afirmar que o módulo da velocidade do bloco após o impulso recebido é, em m/s, de

(A) -6. (B) 1. (C) 5. (D) 7. (E) 9.

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 4. Analisando as afirmações temos: I – Correta, pois de acordo com a segunda lei de Kepler,

se os intervalos de tempo ! e ! são iguais então as áreas varridas pelo segmento de reta que une o planeta a estrela também serão iguais. II – Errada, pois o período depende da relação T2 = kp3.

Então o período será igual à ! . Com isso podemos dizer que o período é proporcional p3/2. III – Correta, pois se observarmos na figura, vemos que

entre ! ele percorre um arco de tamanho maior que ! para o mesmo intervalo de tempo, como mencionado no enunciado. Resposta letra C. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 5. Para encontrar a velocidade atingida com o impulso tere-mos que resolver a questão por etapas. Primeiro temos que lembrar que a área abaixo da linha do gráfico nos fornece o impulso da força e necessitamos cal-cular essa área.

! A área marcada “A” é um trapézio e pode ser facilmente calculada. A = (B+b)h/2 = (2+1).4/2 = 6 Lembre-se que esse resultado da área é o impulso da força, portanto I = 6 N.s Agora usando o teorema do impulso podemos calcular a velocidade atingida.

I = ΔQ I = Qf - Qi

I = m.vf - m.vi 6 = 1.vf - 1.3 ⇒ vf = 9 m/s

Resposta letra E.

SH

AB IJ

T = kp3

AB HI

! 3UFRGS 2015 FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com6. Dois blocos, 1 e 2, são arranjados de duas maneiras distintas e empurrados sobre uma superfície sem atrito, por uma mesma força horizontal F. As situações estão re-presentadas nas figuras I e II abaixo.

! Considerando que a massa do bloco 1 é m1 e que a mas-sa do bloco 2 é m2 = 3 m1, a opção que indica corretamen-te a intensidade da força que atua entre os blocos, nas si-tuações I e II, é, respectivamente,

(A) F/4 e F/4. (B) F/4 e 3F/4 (C) F/2 e F/2. (D) 3F4 e F/4. (E) F e F.

Instrução: As questões 07 e 08 referem-se ao enunciado abaixo. Na figura abaixo, estão representados dois pêndulos sim-ples, X e Y, de massas iguais a 100 g. Os pêndulos, cujas hastes têm massas desprezíveis, encontra-se no campo gravitacional terrestre, O pêndulo Y encontra-se em repou-so quando o pêndulo X é liberado de uma altura h = 0,2 m em relação a ele. Considere o módulo da aceleração da gravidade g = 10 m/s2.

!

7. Após a colisão, X e Y passam a mover-se juntos, for-mando um único pêndulo de massa 200 g. Se v é a ve-locidade do pêndulo X no instante da colisão, o módulo da velocidade do pêndulo de massa 200 g, imediatamente após a colisão, é

(A) 2v. (B) ! (C) v.

(D)! . (E) v/2.

8. Qual foi o trabalho realizado pelo campo gravitacional sobre o pêndulo X, desde que foi liberado até o instante da colisão?

(A) 0,02 J. (B) 0,20 J. (C) 2,00 J. (D) 20,0 J. (E) 200,0 J.

9. Observe o sistema formado por um bloco de massa m comprimindo uma mola de constante k, representado na figura abaixo.

! Considere a mola como sem massa e o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a superfície igual a µC. Qual deve ser a compressão X da mola para que o bloco deslize sem rolar sobre a superfície horizontal e pare no ponto distante 4X da posição de equilíbrio da mola?

(A) 2mg/k. (B) 2µCmg/k. (C) 4µCmg/k. (D) 8µCmg/k. (E) 10µCmg/k.

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 6. Para calcular a intensidade da força que atua entre os blo-cos nas duas situações iniciaremos calculando a acelera-ção dos blocos na situação I. Situação I FR = m.a ⇒ F = (m1 + m2).a ⇒ F = (m1 + 3m1).a ⇒ a = F/4m1 Calculando a força entre os blocos. FR = m.a ⇒ F’ = m2.a ⇒ F’ = 3m1.F/4m1 ⇒ F’ = 3F/4 Situação II FR = m.a ⇒ F = (m1 + m2).a ⇒ F = (m1 + 3m1).a ⇒ a = F/4m1 Calculando a força entre os blocos. FR = m.a ⇒ F’ = m1.a ⇒ F’ = m1.F/4m1 ⇒ F’ = F/4 Resposta letra D. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 7. Pelo enunciado vemos que a situação pós choque entre os pêndulos indica uma colisão inelástica. Podemos deter-minar a velocidade do sistema pós colisão usando a lei de conservação da quantidade de movimento.

QAntes = QDepois

QX + QY = Q ⇒ mX.v + mY.0 = (mX + mY).v’ ⇒ 100.v = (100 + 100).v’ ⇒ v’ = v/2 Resposta letra E. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 8. Para determinar o trabalho da força gravitacional usamos a equação abaixo:

W = F.d.cos θ Não podemos esquecer de que como nas respostas o trabalho é dado em joules, então devemos usar o S.I. e a força em questão é o peso da esfera X e o deslocamento é a altura h já que forças conservativas não dependem de trajetória.

W = P.h.cos θ W = m.g.h.cos θ

W = 0,1.10.0,2.cos 0o

W = 0,20 J Portanto letra B. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 9. No enunciado da questão é mencionado que o bloco pára na posição 4X, indicando que o sistema não é conservati-vo. Com isso podemos usar o Teorema do Trabalho-Ener-gia para encontrar a energia potencial elástica.

W = ΔEM Note que quando o bloco está comprimindo a mola a energia mecânica inicial do sistema é apenas a energia potencial elástica, mas como o bloco que entra em movi-mento a medida que se desloca ele transforma parte des-sa energia em cinética que também se perde para o atrito com a superfície fazendo toda a energia potencial elástica dada a ele no início ser perdida até ele pára. Então equacionamos o sistema assim: Wfa = ΔEM = EMf – EMi = ECf + EPef – (ECi + EPei) F.d.cos θ = 0 + 0 – (0 + kx2/2) fa.5x.cos 180o = -kx2/2 Obs.: Note que o ângulo é 180o pois a força de atrito no bloco está orientado para a esquerda enquanto o vetor deslocamento para a direita! Também não esqueça que como o bloco se desloca na horizontal a força normal tem o mesmo valor da força peso (N = P). µC.N.10x(-1) = -kx2 ⇒ x = 10.µC.P/k ⇒ x = 10.µC.m.g/k Portanto resposta letra E.

2 v.

v 2

! 4UFRGS 2015 FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com10. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que apare-cem. Dois objetos, R e S, cujos volumes são iguais, são feitos do mesmo material. R tem a forma cúbica e S a forma esférica. Se R é maciço e S é oco, seus respectivos pesos PR e PS são tais que ……….. . Quando mantidos totalmen-te submersos em água, a força de empuxo ER exercida sobre R é …………. força de empuxo ES exercida sobre S.

(A) PR > PS – maior do que a (B) PR > PS – igual a (C) PR > PS – menor do que a (D) PR = PS – maior do que a (E) PR = PS – igual a

11. Duas barras metálicas, X e Y, de mesmo comprimento (l) em temperatura ambiente T0, são aquecidas uniforme-mente até uma temperatura T. Os materiais das barras tem coeficientes de dilatação linear, respectivamente αX e αY, que são positivos e podem ser considerados constan-tes no intervalo de temperatura ΔT = T - T0.

Na figura abaixo, a reta tracejada X representa o acrés-cimo relativo Δl/l no comprimento da barra X, em função da variação da temperatura.

!

Sabendo que αY = 2αX, assinale a alternativa que indica a reta que melhor representa o acréscimo Δl/l no compri-mento da barra Y, em função da variação da temperatura.

(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5.

12. Na figura abaixo, EH2 e EO2 e VH2 e VO2 são, respecti-vamente, as energias cinéticas médias e as velocidades médias das moléculas de uma amostra de gás H2 e de ou-tra, de gás O2, ambas em temperatura de 27 oC.

!

Assinale a alternativa que relaciona corretamente os valo-res das energias cinéticas médias e das velocidades mé-dias das moléculas de H2 e de O2.

(A) EH2 > EO2 e VH2 > VO2. (B) EH2 < EO2 e VH2 < VO2. (C) EH2 = EO2 e VH2 > VO2. (D) EH2 = EO2 e VH2 = VO2. (E) EH2 = EO2 e VH2 < VO2.

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 10. Como os volumes são iguais dos corpos R e S, o corpo que é oco tem massa menor, e como o peso é dado por:

P = m.g Então se a massa de R é maior que a de S o peso de R também será maior que o de S (PR > PS). Para analisar os empuxos temos que lembrar que o em-puxo é dado pela equação:

E = µliq..g.Vld Através da equação percebemos que o empuxo depende do volume de líquido deslocado pelos corpos R e S. Como seus volumes são iguais, os volumes deslocados também serão e com isso seus empuxos também serão iguais. Resposta B. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 11. Para entender o raciocínio deste problema temos que lem-brar da equação da dilatação linear e logo após formatar a equação para que corresponda ao gráfico.

Δl = lo.α.ΔT Formatando:

Δl/lo = α.ΔT Agora que temos a equação como está no gráfico pode-mos notar que o coeficiente de dilatação linear é o termo que representa o coeficiente angular da reta do gráfico. Como a barra Y tem o dobro do coeficiente de dilatação linear de X, então a reta que representa Y deve ter o dobro do coeficiente angular em relação a barra X. Analisando o gráfico para a mesma variação de tempera-tura vemos que a reta 3 corresponde essa situação como mostrado abaixo.

! Resposta letra C. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 12. Para um gás monoatômico a sua energia interna (soma das energias das moléculas de um gás) é a própria ener-gia cinética media dada por:

! Onde T é a temperatura e k a constante de Boltzmann. Como vemos na equação acima a energia cinética média é diretamente proporcional à temperatura do gás e como esta é a mesma para os dois gases podemos concluir que suas energias cinéticas médias são iguais EH2 = EO2. Agora para analisar as velocidades médias das moléculas é necessário lembrarmos da equação da energia cinética.

isolando “v” temos (1)

Como o número de mol é dado por n = m/M, onde M é a massa molar e m a massa do gás. Isolando m temos:

m = n.M (2) então a massa é proporcional a massa molar (2) e a mas-sa molar do hidrogênio é menor que a do oxigênio e isso implica que sua velocidade média será maior do que a do gás oxigênio (VH2 > VO2) de acordo com a equação (1). Resposta C.

U = EC =

32

kT

! 5UFRGS 2015 FÍSICA

EC =

m.v2

2 v2 =

2.EC

m⇒ v =

2.EC

m

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com13. A figura abaixo apresenta um diagrama Pressão x Vo-lume. Nele, os pontos M, N e R representam três estados de uma mesma amostra de gás ideal.

!

Assinale a alternativa que indica corretamente a relação entre as temperaturas absolutas TM, TN e TR dos respecti-vos estados M, N e R.

(A) TR < TM > TN. (B) TR > TM > TN. (C) TR = TM > TN. (D) TR < TM < TN. (E) TR = TM < TN.

14. Sob condições de pressão constante, certa quanti-dade de calor Q, fornecida a um gás ideal monoatômi-co, eleva sua temperatura em ΔT. Quanto calor seria necessário, em termos de Q, para pro-duzir a mesma elevação de temperatura ΔT, se o gás fos-se mantido em volume constante?

(A) 3Q. (B) 5Q/3. (C) Q. (D) 3Q/5. (E) 2Q/5.

15. Em uma aula de física, foram utilizadas duas esfe-ras metálicas idênticas, X e Y: X está suspensa por um fio isolante na forma de um pêndulo e Y fixa sobre um suporte isolante, conforme representado na figura abai-xo. As esferas encontram-se inicialmente afastadas, es-tando X positivamente carregada e Y eletricamente neutra.

! Considere a descrição, abaixo, de dois procedimentos simples para demonstrar possíveis processos de eletri-zação e, em seguida, assinale a alternativa que preen-che corretamente as lacunas dos enunciados, na ordem em que aparecem. I – A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se to-quem. Nesse caso, verifica-se experimentalmente que a esfera X é ………… pela esfera Y. II – A esfera Y é aproximada de X, sem que elas se to-quem. Enquanto mantida nessa posição, faz-se uma li-gação da esfera Y com a terra, usando um fio condutor. Ainda nessa posição próxima de X, interrompe-se o contato de Y com a terra e, então, afasta-se novamente Y de X. Neste caso, a esfera Y fica …………………… .

(A) atraída – eletricamente neutra (B) atraída – positivamente carregada (C) atraída – negativamente carregada (D) repelida – positivamente carregada (E) repelida – negativamente carregada

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 13. Para encontrar a relação solicitada na questão temos que lembrar da lei Geral dos Gases: p.V = n.R.T Nesta lei percebemos que a temperatura é proporcional ao produto pressão-Volume. Portanto quanto maior for esse produto maior a temperatura. Então analisando os produtos nos pontos referidos temos: Em M o produto 6x0,1 dá 0,6. Em N o produto 4x0,2 dá 0,8. Em R o produto 2x0,3 dá 0,6. Concluindo temos então que a temperatura do gás nos estados R e M são iguais (TR = TM). Já o estado N tem a maior temperatura (TR = TM < TN) Resposta letra E. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 14. Para resolver essa questão temos que lembrar que as mo-léculas de um gás tem uma energia cinética dada por:

! (1) Como para um gás a sua energia interna (U) é por defini-ção todas as energias das moléculas e estas apenas pos-suem energia cinética, então podemos dizer U = EC. Sob pressão constante um gás recebe uma certa quanti-dade de calor (Q) elevando sua energia interna (ΔU) e com isso realiza trabalho (W) de acordo com a primeira lei da termodinâmica:

ΔU = Q – W (2) Como o trabalho a pressão constante pode ser calculado através da relação: W = p.ΔV e pela Lei Geral dos gases temos que p.V = nRT, então podemos obter o trabalho:

W = p. ΔV ⇒ W = n.R.ΔT (3) Então podemos calcular o calor no primeiro processo fa-zendo as substituições das equações (1) e (3) na equação (2) da seguinte forma:

!

No segundo processo o volume é constante com isso o trabalho é zero!

!

Como sabemos que n.R.ΔT pelo processo anterior vale 2Q/5 então podemos substituir para achar a quantidade de calor Q’ a volume constate.

!

Resposta D. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 15. Completando as lacunas da questão temos: Na I, ao aproximar a esfera Y da X, sabemos que a esfera Y será atraída por indução, pois no hemisfério esquerdo da esfera Y haverá um acumulo de cargas de sinal nega-tivo devido a atração exercida pelas cargas positivas em X. Na II, se ligarmos o fio condutor no hemisfério direito de Y, que está com acúmulo de cargas positivas, então este he-misfério está com falta de cargas negativas que será su-prido vindo da ligação com a terra. Assim a esfera Y ga-nha cargas negativas e ao desfazer a ligação ela ficará ne-gativamente carregada. Resposta C.

EC =32n.R.ΔT

ΔU = Q −W ⇒ΔEC = Q −W ⇒ 32n.R.ΔT = Q −n.R.ΔT

Q = 32n.R.ΔT +n.R.ΔT⇒Q = 5

2n.R.ΔT⇒ 2

5Q = n.R.ΔT

ΔU = Q'−W ⇒ΔU = Q'− 0⇒ΔEC = Q'⇒ 32n.R.ΔT = Q'

3225Q = Q'⇒Q' = 3

5Q

! 6UFRGS 2015 FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com16. No circuito esquematizado abaixo, R1 e R2 são resisto-res com a mesma resistividade ρ. R1 tem comprimento 2L e seção transversal A, e R2 tem comprimento L e seção transversal 2A.

!

Nessa situação, a corrente elétrica que percorre o circuito é

(A) 2AV/(5ρL). (B) 2AV/(3ρL). (C) AV/(ρL). (D) 3AV/(5ρL). (E) 5AV/(2ρL).

17. Partículas α, β e γ são emitidas por uma fonte radio-ativa e penetram em uma região do espaço onde existe um campo magnético uniforme. As trajetórias são co-planares com o plano desta pagina e estão representa-das na figura que segue.

!

Assinale a alternativa que preenche corretamente a la-cuna do enunciado abaixo.

A julgar pelas trajetórias representadas na figura acima, o campo magnético ............ plano da figura.

(A) aponta no sentido positivo do eixo X, no (B) aponta no sentido negativo do eixo X, no (C) aponta no sentido positivo do eixo Y, no (D) entra perpendicularmente no (E) sai perpendicularmente do

18. Dois campos, um elétrico e o outro magnético, anti-paralelos, coexistem em certa região do espaço. Uma partícula eletricamente carregada é liberada, a partir do repouso, em um ponto qualquer dessa região.

Assinale a alternativa que indica a trajetória que a partí-cula descreve

(A) Circunferencial (B) Elipsoidal (C) Helicoidal (D) Parabólica (E) Retilínea

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 16. Como temos um circuito em série, para calcular a corrente do circuito basta usar a primeira Lei de Ohm:

! (1)

Em um circuito em série a resistência equivalente é dada pela soma das resistências do circuito, com isso temos: Req = R1 + R2 Mas os valores das resistências R1 e R2 teremos que usar a segunda Lei de Ohm:

! (2)

Então usando a equação (2) teremos para a resistência equivalente:

!

Com esse resultado podemos usar a equação (1) para obter a resposta.

!

Resposta letra A. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 17. Para de terminar o sentido das linhas de indução do cam-po magnético precisamos usar a regra da mão direita.

!

Usando essa regra de acordo com a figura acima para a partícula alfa, na figura dada no enunciado, temos que ali-nhar o dedão da mão direita para o alto da página, que é para onde está apontado o vetor velocidade na entrada das partículas na região. Depois a palma deve estar vol-tada para a esquerda da página indicando a orientação da força, pois a partícula alfa é deslocada para a esquerda, de acordo com a figura do enunciado. Com isso você perceberá que seus outros quatro dedos estarão voltados para a página indicando o sentido das linhas de indução do campo magnético ser perpendicular e pra dentro dela. Resposta letra D. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 18. Se a partícula é liberada do repouso (v = 0) não atuará for-ça magnética, dada pela equação: F = B.v.q. sen 𝛉. Já a força elétrica atuará na partícula (F = E.q), e como ela se encontra inicialmente em repouso a força elétrica pro-duzirá uma trajetória retilínea. Resposta letra E.

i = UReq

R = ρ.ℓA

Req =R1 +R2 =ρ.2.LA

+ ρ.L2.A

= 4ρL + ρL2A

= 5ρL2A

i == UReq

= V5ρL2A

= 2AV5ρL

! 7UFRGS 2015 FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com19. Um campo magnético uniforme B atravessa perpendi-cularmente o plano do circuito representado abaixo, dire-cionado para fora desta página. O fluxo desse campo atra-vés do circuito aumenta à taxa de 1Wb/s.

!

Nessa situação, a leitura do amperímetro A apresenta, em ampères,

(A) 0,0. (B) 0,5. (C) 1,0. (D) 1,5. (E) 2,0.

20. Na figura abaixo, um raio luminoso i, propagando-se no ar, incidi radialmente sobre uma placa semicircular de vidro.

!

Assinale a alternativa que melhor representa a trajetória dos raios r1 e r2 refratados, respectivamente, no vidro e no ar.

!

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 19. Para determinar a corrente originada pela bateria usamos a primeira Lei de Ohm.

!

Devido a presença do campo magnético que está variando no tempo, teremos uma corrente induzida no circuito que pode ser determinada pela Lei de Faraday-Lens. A força eletromotriz induzida é de 1 Wb/s = 1V, com isso podemos aplicar novamente na primeira Lei de Ohm.

!

Mas precisamos determinar qual o sentido dessa corrente induzida. Como o enunciado informa que o fluxo magnéti-co está aumentando sobre o circuito, então pela Lei de Fa-raday-Lenz a corrente induzida deve ter um sentido tal que provoque a redução do fluxo magnético. Como o campo está saindo da página (orientação dada na figura pelo pon-to), então a corrente induzida deve ser em sentido horário para produzir um pólo sul magnético cujas linhas entram no plano da página, ficando em sentido oposto ao campo crescente. Então como ambas correntes estão em sentidos opostos, a corrente total no circuito é dada por: i = 1,5 - 0,5 = 1A Resposta C. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 20. O raio incidente sobre a placa semicircular tem ângulo de incidência igual a 0o, pois incide perpendicularmente, pois se traçarmos uma linha ele está orientado ao centro da placa semicircular como na figura abaixo indicando sua trajetória.

! Portanto o raio não muda sua trajetória como mostrado na figura acima. Mas agora o raio luminoso está dentro do vidro, e portan-to, em um meio mais refringente que o ar, e vai incidir na segunda face da placa semicircular com um ângulo oblí-quo. Neste caso como a luz se propaga mais lentamente no vidro do que no ar, ao refratar para o ar, sua velocidade deve aumentar e o ângulo com a reta normal (linha trace-jada na figura) também deve aumentar, como a figura abaixo.

! Resposta letra A.

i = UR

= 32= 1,5A

i = UR

= 12= 0,5A

! 8UFRGS 2015 FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com21. Na figura abaixo, estão representadas duas ondas transversais P e Q, em um dado instante de tempo. Considere que as velocidades de propagação das ondas são iguais.

!

Sobre essa representação das ondas P e Q, são feitas as seguintes afirmações.

I – A onda P tem o dobro da amplitude da onda Q. II – A onda P tem o dobro do comprimento de onda da on-da Q. III – A onda P tem o dobro da frequência da onda Q.

Quais estão corretas?

(A) Apenas a I. (B) Apenas a II. (C) Apenas a III. (D) Apenas I e II. (E) I, II e III.

22. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

A luz é uma onda eletromagnética formada por campos elétricos e magnéticos que variam no tempo e no espaço e que, no vácuo, são .............. entre si. Em um feixe de luz polarizada, a direção da polarização é definida como a direção ............ da onda.

(A) paralelos - do campo elétrico (B) paralelos - do campo magnético (C) perpendiculares - de propagação (D) perpendiculares - do campo elétrico (E) perpendiculares - do campo magnético

23. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que apare-cem.

A incidência de radiação eletromagnética sobre uma su-perfície metálica pode arrancar elétrons da superfície. O fenômeno é conhecido como ............. e só pode ser explicado satisfatoriamente invocando a natureza ............. da luz.

(A) efeito fotoelétrico - ondulatória (B) efeito Coulomb - corpuscular (C) efeito Joule - corpuscular (D) efeito fotoelétrico - corpuscular (E) efeito Coulomb - ondulatória

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 21. Analisando as afirmações da questão temos: I - Falsa, pois a amplitude é o deslocamento vertical da onda desde o ponto de equilíbrio até o máximo ou mínimo. Se contarmos quantos retângulos na vertical tem as duas ondas chegaremos a 5 para as duas. Neste caso a ampli-tude é a metade desse valor para as duas. II - Correta, pois analisando a figura abaixo vemos que na onda P quando analisamos a distância entre duas cristas (comprimento de onda), na onda Q temos três vales(dois comprimentos de onda), indicando que a onda P tem um comprimento de onda duas vezes maior que Q.

! III - Falsa, pois calculando temos: ! Resposta B. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 22. Preenchendo as lacunas teremos: Ondas transversais tem seus campos elétricos e magnéti-cos perpendiculares entre si, e a direção de polarização é definida pelo campo elétrico, pois é o único a exercer força sobre a estrutura molecular. Resposta letra D. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 23. Preenchendo as lacunas teremos: A radiação eletromagnética que incide em uma superfície metálica e arranca elétrons, foi explicada no artigo publica-do por A. Einstein em 1905 entitulado Efeito Fotoelétrico, onde a radiação eletromagnética tem comportamento cor-puscular. Portanto resposta letra D.

vP = vQ → λP.fP = λQ.fQ → 2.λQ.fP = λQ.fQ → fP = fQ 2

! 9UFRGS 2015 FÍSICA

Prof. Giovane Irribarem de Mello giovanemello@me.com24. O físico francês Louis de Broglie (1892-1987), em ana- logia ao comportamento dual onda-partícula da luz, atri-buiu propriedades ondulatórias à matéria.

Sendo a constante de Planck h = 6,6x10-34 J.s, o compri-mento de onda de Broglie para um elétron (massa m = 9x10-31 kg) com velocidade de módulo v = 2,2 x106 m/s é, aproximadamente,

(A) 3,3x10-10 m. (B) 3,3x10-9 m. (C) 3,3x10-3 m. (D) 3,0x109 m. (E) 3,0x1010 m.

25. Considere as figuras abaixo.

!

Nuclídeo é um átomo de um elemento X, identificado por um número atômico Z e por um número de massa A; ! carta de nuclídeos é uma construção gráfica que organiza todos os nuclídeos existentes, estáveis e instáveis, em função dos números atômicos Z e de nêutrons N que eles apresentam. A distribuição dos nuclídeos está representa-da pela região cinza na figura 1 acima. Nessa construção, isóbaros, isótopos e isótonos são facilmente identificados, assim como os produtos de decaimentos radioativos.

A figura 2, excerto da figura 1, destaca o nuclídeo ! , que decai principalmente por emissão de partículas 𝛂 e por emissão de elétrons. Usando a figura 2, podem-se identificar os produtos desses dois tipos de decaimento como, respectivamente,

(A) ! e ! . (B) ! e ! .

(C) ! e ! . (D) ! e ! .

(E) ! e ! .

RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 24. Para determinar o comprimento de onda de Broglie usa-mos a equação:

!

Portanto resposta letra A. RESOLUÇÃO DA QUESTÃO 25. O elemento "Ac" quando sofre um decaimento alfa temos o seguinte resultado para o possível elemento: ! Indicando o elemento “X" ser o “Fr”. E quando o “Ac" sofre um decaimento beta temos o se-guinte resultado para o possível elemento: ! Indicando o elemento “Y" ser o Th. Resposta A.

ZAX

89226Ac

87222Fr 90

226Th 87222Fr 88

226Ra

87224Fr 90

226Th 87224Fr 88

226Ra

87222Fr 87

224Fr

λ = hm.v

= 6,6x10−34

9x10−31.2,2x106= 6,6x10−34

19,8x10−25 = 0,33x10−9 = 3,3x10−10m

89226Ac→α2

4 + 87222X

89226Ac→β−1

0 + 90226Y

! 10UFRGS 2015 FÍSICA