Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

UNEB · 2013 — Física com resolução

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Processo Seletivo 2013 · Ciências da Natureza · Física: Q20, Q21, Q24, Q28, Q31, Q33, Q35, Q38.

Q20
Termologia — Dilatação térmica — Densidade, dilatação e calor de vaporização de combustíveis

O veículo flex ou veículo de combustível duplo funciona com mais de um tipo de combustível, misturado no mesmo tanque e queimado na câmara de combustão simultaneamente.

Considerando-se que as densidades da gasolina e do etanol são, respectivamente, 0,76kg/L e 0,79g/cm3 a 20oC, que os coeficientes de dilatação volumétrica da gasolina e do etanol são iguais a 1,2.10−3 oC−1 e que calor de vaporização do etanol é de 0,744MJ/L, analise as afirmativas e marque com V as verdadeiras e com F, as falsas.

( ) A densidade da gasolina permanece constante no intervalo térmico entre 25oC e 68,7oC, nas condições normais de pressão.

( ) A densidade da mistura de massas iguais de gasolina e de etanol, a 20oC, é, aproximadamente, 7,7.102kg/m3.

( ) Um carro com tanque de capacidade 60 litros pode ser abastecido com 50,0 litros de gasolina a 20oC e estacionado ao Sol até atingir a temperatura de 35oC, sem que o combustível transborde.

( ) O volume de 1,0m3 de etanol necessita de 7,44.106J de energia para que vaporize.

A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a

01)
V V V F
02)
V V F V
03)
F F F V
04)
F V V F
05)
F F V F

Gabarito.

04
Resolução comentada

1ª (F). A gasolina se dilata com o aquecimento; o volume aumenta e a densidade diminui entre 25 °C e 68,7 °C.

2ª (V). Para massas iguais m, com ρ₁ = 0,76 g/cm³ e ρ₂ = 0,79 g/cm³:

$$\rho=\frac{2m}{m/\rho_1+m/\rho_2}=\frac{2}{1/0{,}76+1/0{,}79}\approx0{,}775\ \mathrm{g/cm^3}\approx7{,}7\times10^{2}\ \mathrm{kg/m^3}$$

3ª (V). A dilatação da gasolina é:

$$\Delta V=V_0\gamma\Delta\theta=50{,}0\cdot1{,}2\times10^{-3}\cdot15=0{,}90\ \mathrm{L}$$

O volume final, 50,9 L, é menor que 60 L, portanto não transborda.

4ª (F). 1,0 m³ = 1000 L:

$$Q=1000\cdot0{,}744\ \mathrm{MJ}=7{,}44\times10^{8}\ \mathrm{J}$$

e não 7,44·10⁶ J.

Sequência: F V V F.

Alternativa 04.

Q21
Termologia — Termodinâmica — Ciclo de Otto
Diagrama pressão por volume do ciclo de Otto, com os pontos A, B, C e D, duas curvas adiabáticas e as isocóricas em V₂ e V₁.

A figura representa o Ciclo de Otto, um ciclo termodinâmico que idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha.

Considerando-se os gases resultantes da combustão como gases ideais e as etapas de transformação apresentadas no diagrama pressão-volume, é correto afirmar:

01)
O Ciclo de Otto é constituído de duas etapas isotérmicas e duas isobáricas.
02)
A substância operante utilizada no ciclo de Otto é a mesma utilizada no Ciclo de Carnot.
03)
O Ciclo de Otto descreve o funcionamento de motores das máquinas reais, suscetíveis aos fenômenos irreversíveis.
04)
O trabalho útil do motor de combustão interna é representado pela área da figura delimitada pelos pontos C, D, V2 e V1.
05)
O trabalho, W, realizado nas transformações adiabáticas é igual a Cv (TC – TB) + Cv (TA – TD), sendo C a capacidade térmica do gás, a volume constante, e T, a temperatura termodinâmica.

Gabarito.

05
Resolução comentada

No diagrama, A→B é compressão adiabática, B→C aquecimento isocórico, C→D expansão adiabática e D→A resfriamento isocórico.

• 01 (F): o ciclo tem duas adiabáticas e duas isocóricas (volume constante).

• 02 (F): a substância operante do ciclo de Otto é a mistura gasosa de combustível e ar; o ciclo de Carnot é um ciclo teórico (duas isotermas e duas adiabáticas) que não corresponde a esse motor.

• 03 (F): o ciclo de Otto é uma idealização (gás ideal, processos reversíveis); os motores reais sofrem irreversibilidades.

• 04 (F): a área sob C→D é só o trabalho de expansão; o trabalho útil líquido é a área interna do ciclo (região sombreada).

• 05 (V): nas adiabáticas, Q = 0 e W = −ΔU. Na expansão, WCD = Cv(TC − TD) e, na compressão, WAB = Cv(TA − TB). Somando:

$$W=C_v(T_C-T_D)+C_v(T_A-T_B)=C_v(T_C-T_B)+C_v(T_A-T_D)$$

Alternativa 05.

Q24
Eletricidade — Eletrostática — Campo elétrico de nanopartículas metálicas

O DNA contém o código genético para todos os tipos de moléculas biológicas. Estudos revelam que o código contido nas moléculas de DNA também pode controlar a forma final de nanoestruturas inteiramente metálicas. Segmentos de DNA foram usados para dirigir o processo de formação de nanopartículas de ouro, dando-lhes os mais diversos formatos. (O DNA..., 2012).

A partir da análise das propriedades físicas das nanoestruturas metálicas, de formas geométricas diferenciadas pelo código contido nas moléculas de DNA, é correto afirmar:

01)
As cargas elétricas permanecem em repouso e equidistantes uma da outra, na superfície de uma nanopartícula de ouro neutra com formato de estrela.
02)
A uma distância, d, da periferia de uma nanopartícula de ouro com formato de disco, eletrizada com carga, Q, atua um campo elétrica de módulo igual a kQ(d+R)−2, sendo k a constante eletrostática do meio e R, o raio médio da nanopartícula.
03)
O módulo do campo elétrico no centro de uma nanopartícula de ouro, de forma redonda e eletrizada com carga Q, é igual a kQ/R2, sendo R, o raio médio da partícula.
04)
As nanopartículas de ouro, dotadas de elétrons livres, ao serem colocadas em repouso em uma região de um campo magnético uniforme passam a apresentar uma corrente induzida.
05)
O campo elétrico da região que circunda as nanopartículas de ouro, com formas geométricas diferentes e eletrizadas com carga Q, é representado com as linhas de força de mesma configuração.

Gabarito.

02
Resolução comentada

• 01 (F): em um condutor neutro em equilíbrio eletrostático não há excesso de carga; e em um condutor eletrizado de formato irregular as cargas não ficam equidistantes, concentrando-se nas pontas.

• 02 (V, como aproximação): tomando a partícula como uma distribuição de carga que, a uma distância d da periferia, isto é, r = R + d do centro, produz um campo equivalente ao de uma carga puntiforme Q no centro:

$$E=\frac{kQ}{(R+d)^2}$$

• 03 (F): no centro de um condutor em equilíbrio eletrostático, o campo é nulo.

• 04 (F): campo magnético uniforme com a partícula em repouso não induz corrente (o fluxo não varia).

• 05 (F): a forma geométrica determina a configuração das linhas de força.

Alternativa 02.

Q28
Física moderna — Fissão nuclear — Fissão nuclear e comportamento de nêutrons

Tratando-se do comportamento de nêutrons e sobre o processo de fissão nuclear, é correto afirmar:

01)
A colisão de um nêutron com um átomo de metal pesado provoca a redução de massa do núcleo e a emissão exclusiva de partícula α.
02)
O processo de fissão de um núcleo atômico ocorre de forma espontânea na natureza com a liberação apenas de radiacão γ.
03)
O princípio de funcionamento de reatores nucleares é a colisão sucessiva de nêutrons com núcleos de radionuclídeos pesados, o que dá início a uma reação em cadeia.
04)
Um nêutron lançado em uma região de um campo elétrico de intensidade constante adquire aceleração constante.
05)
A quantidade de movimento de um nêutron aumenta à medida que se aproxima do núcleo de um átomo de metal pesado porque a ação do campo magnético aumenta o módulo da velocidade dessa partícula.

Gabarito.

03
Resolução comentada

• 01 (F): a fissão divide o núcleo em fragmentos médios e libera nêutrons, não apenas partículas α.

• 02 (F): a fissão libera fragmentos, nêutrons e energia, não apenas radiação γ.

• 03 (V): nêutrons liberados atingem outros núcleos pesados e mantêm a reação em cadeia, princípio do reator.

• 04 (F): o nêutron não tem carga elétrica; o campo elétrico não exerce força sobre ele.

• 05 (F): o campo magnético não altera o módulo da velocidade, e o nêutron não tem carga.

Alternativa 03.

Q31
Eletromagnetismo — Força magnética — Motor elétrico de corrente contínua
Esquema de um motor elétrico simples com pilha, ímã, espira de fio de cobre, mancais e extremidades raspadas.

A figura representa o esquema do princípio de funcionamento de um motor elétrico, que é um dos dispositivos utilizado na prótese i-Limb para mover, individualmente, cada um dos cinco dedos.

Adotando-se o sentido da corrente elétrica como sendo o convencional e com base nos conhecimentos sobre eletromagnetismo, é correto afirmar:

01)
O movimento de rotação da espira, ilustrada na figura, independe da inércia.
02)
A espira quadrangular realiza, em torno do seu eixo horizontal, um movimento de rotação no sentido horário com velocidade linear variada.
03)
A espira gira com a ação permanente das forças magnéticas nos trechos verticais do condutor percorrido por uma corrente contínua.
04)
A espira quadrangular gira em torno do seu eixo sob a ação exclusiva da força magnética que atua somente no trecho que se encontra mais próximo do ímã.
05)
O momento de rotação da espira quadrangular é igual a BiLxLy, sendo Lx e Ly, respectivamente, o trecho horizontal e o vertical da espira condutora, i a intensidade da corrente e B, o módulo do campo magnético do ímã.

Gabarito.

05
Resolução comentada

• 01 (F): a espira passa pelos trechos em que o contato elétrico é interrompido (extremidade parcialmente raspada) graças à inércia do movimento.

• 02 (F): o sentido de rotação depende da polaridade da pilha e do ímã, e o enunciado não o fixa.

• 03 (F): como a cobertura de verniz interrompe a corrente em parte da volta, as forças magnéticas não atuam permanentemente.

• 04 (F): atuam forças magnéticas nos dois trechos paralelos ao eixo, em sentidos opostos, formando um binário.

• 05 (V): com o plano da espira paralelo a B, cada um dos dois lados de comprimento Ly sofre força F = B i Ly, e o binário tem braço Lx:

$$M=F\,L_x=B\,i\,L_y\,L_x$$

Alternativa 05.

Q33
Eletromagnetismo — Indução eletromagnética — Geradores e indução eletromagnética

Com base no processo da produção de energia elétrica nas usinas nucleares, analise as afirmativas e marque com V as verdadeiras e com F, as falsas.

( ) A produção de energia elétrica no gerador das usinas nuclear, termoelétrica e hidrelétrica segue o mesmo princípio de funcionamento.

( ) O sentido do campo magnético produzido por corrente induzida é igual ao sentido do campo magnético externo que produz a variação do fluxo magnético em um rotor do gerador.

( ) O princípio de funcionamento de um transformador de tensão é o da indução eletromagnética.

( ) A força eletromotriz induzida independe da resistência elétrica do fio da bobina de um rotor.

A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a

01)
V V F F
02)
V F V V
03)
V F F V
04)
F V V F
05)
F F V V

Gabarito.

02
Resolução comentada

1ª (V). Em todos esses geradores, uma turbina faz girar o rotor em um campo magnético e a variação do fluxo induz a fem.

2ª (F). Pela lei de Lenz, o campo da corrente induzida se opõe à variação do fluxo que a produziu e, quando o fluxo aumenta, tem sentido contrário ao do campo externo.

3ª (V). O transformador funciona por indução mútua entre bobinas.

4ª (V). Pela lei de Faraday:

$$\varepsilon=-\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$

depende da variação do fluxo, e não da resistência da bobina (que afeta apenas a corrente).

Sequência: V F V V.

Alternativa 02.

Q35
Ondas — Ondas eletromagnéticas — Radiação absorvida e refletida por poeiras

Grande parte da poeira aérea da África pega carona em ventos que sopram para o Atlântico por 6400km, na direção oeste. Segundo uma estimativa, cerca de 40 milhões de toneladas de poeira carregadas de minerais essenciais à vida cobrem a Floresta Amazônica todos os anos.

Assim que está na atmosfera, a poeira, que pode não ter sido significativa por milênios, de repente começa a afetar o clima. Absorve a radiação solar, inclusive um pouco a que é refletida da Terra, aquecendo a atmosfera. E reflete outra parte da radiação de volta para o espaço, provocando um efeito de resfriamento. A proporção da radiação absorvida ou refletida depende da composição química, mineralógica e do tamanho de partículas, além do comprimento da onda de luz. Na maior parte, a poeira tem propensão de refletir radiação de ondas curtas do espaço e absorver radiação de ondas longas refletidas pela superfície terrestre. Se as partículas se misturam com fuligem, vão absorver ainda mais calor. (BARTHOLET, 2012, p. 47-51).

A análise das informações do texto e os conhecimentos de fenômenos ondulatórios permitem corretamente afirmar:

01)
As poeiras que se misturam com fuligens retêm calor por mais tempo após o pôr do Sol.
02)
A proporção da radiação absorvida ou refletida por poeiras depende da velocidade do vento.
03)
O fenômeno de reflexão total possibilita que as poeiras sejam vistas por um observador na Terra.
04)
O comprimento de onda da radiação refletida por poeiras é maior do que a dimensão do poluente particulado.
05)
A radiação solar refletida da superfície da Terra e absorvida por poeiras é predominantemente a radiação infravermelha.

Gabarito.

05
Resolução comentada

• 01 (F, por inferência): o texto afirma que a fuligem aumenta a absorção, mas nada diz sobre reter calor após o pôr do Sol.

• 02 (F): segundo o texto, a proporção depende da composição, do tamanho das partículas e do comprimento de onda, e não do vento.

• 03 (F): as poeiras são vistas por espalhamento e reflexão difusa da luz, e não por reflexão total (que ocorre na passagem para meio menos refringente).

• 04 (F): a reflexão eficiente ocorre quando as dimensões das partículas são comparáveis ou maiores que o comprimento de onda.

• 05 (V): a superfície terrestre aquecida emite radiação de ondas longas, na faixa do infravermelho, que as poeiras absorvem, como diz o texto.

Alternativa 05.

Q38
Mecânica — Gravitação — Órbita de Titã e conceitos de física

Dados coletados pela sonda Cassini, da Nasa, enquanto passava repetidamente por Titã, a maior lua de Saturno, oferecem a melhor evidência de que o enfumaçado satélite tem um grande oceano em forma líquida, que está há 100,0km abaixo da superfície se movendo sob sua espessa camada de gelo, onde foi detectada presença de amônia. A flexão de maré da camada gelada de Titã não forneceria calor suficiente para manter a superfície do oceano líquida. Mas a energia liberada pelo decaimento de elementos radioativos no núcleo da lua ajudariam a evitar que congelasse. (PERKINS, 2012).

Com base nas informações do texto e nos conhecimentos de Física, e considerando-se a pressão atmosférica e a temperatura de Titã iguais a, respectivamente, 160kPa e −179oC, é correto afirmar que a

01)
temperatura média da água líquida que se encontra sob a gelada crosta de Titã é de 0oC.
02)
aceleração centrípeta de Titã é proveniente da força da interação gravitacional entre esse satélite e Saturno.
03)
massa de Titã interfere no período de revolução em torno de Saturno.
04)
velocidade orbital de Titã depende da massa desse satélite.
05)
temperatura média de Titã é igual a 94oF.

Gabarito.

02
Resolução comentada

• 01 (F): o texto não informa essa temperatura, e a água com amônia pode permanecer líquida abaixo de 0 °C.

• 02 (V): a única força relevante na órbita é a atração gravitacional de Saturno, que atua como resultante centrípeta.

• 03 e 04 (F): igualando GMm/r² a mv²/r, a velocidade e o período dependem da massa de Saturno e do raio da órbita, e não da massa de Titã:

$$v=\sqrt{\frac{GM_S}{r}},\qquad T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM_S}}$$

• 05 (F): T = −179 + 273 = 94 K (e não 94 °F; em Fahrenheit seria cerca de −290 °F).

Alternativa 02.

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