ENEM · 2014 · 3ª Aplicação — Questões de Física comentadas

Um transformador ideal não cria energia nem potência: $P_p=P_s$, ou seja, $V_p\,i_p=V_s\,i_s$. Para que a cerca tenha tensão alta, suficiente para dar o choque, o secundário tem mais espiras que o primário.

Como a potência se conserva, quando a tensão sobe a corrente cai na mesma proporção. Assim, a corrente no secundário, ligada à fiação, é pequena, o que torna o choque desagradável, porém seguro para quem toca a cerca.

Uma onda sonora é uma variação de pressão do ar, e toda pressão sobre uma superfície produz força: $F=p\,A$. O objeto não toca o transdutor nem o refletor, então a força vem do ar, e não de ação mecânica direta.

Entre o transdutor e o refletor forma-se uma onda estacionária, resultado da superposição da onda emitida com a refletida. O objeto fica numa região em que a pressão exercida por baixo é maior que a exercida por cima, e essa diferença de pressão multiplicada pela área dá a força para cima que equilibra o peso. Uma pressão apenas do som emitido empurraria o objeto sem que houvesse o equilíbrio estável entre as duas faces.

Um material condutor é aquele em que as cargas elétricas se movem com facilidade quando há uma diferença de potencial. O corpo, por conter água e sais minerais dissolvidos, tem íons livres, e por isso conduz.

Ao tocar a maçaneta, o corpo eletrizado por atrito e a maçaneta ficam em potenciais diferentes, e o excesso de carga escoa pelo corpo até o objeto, o que sentimos como choque. A resistência do corpo é baixa, mas não nula: um condutor real sempre oferece alguma resistência, e ela aumenta, e não diminui, o deslocamento de carga quando a diferença de potencial cresce.

A eficiência máxima de uma máquina térmica é $\eta=1-\dfrac{T_f}{T_q}$, e cresce quando aumenta a diferença entre a temperatura do vapor, $T_q$, e a do ambiente, $T_f$. Portanto, é preciso elevar a temperatura do vapor.

Num recipiente de volume fixo, a pressão é proporcional à temperatura absoluta: $\dfrac{p}{T}=\text{constante}$. Logo, aumentar a temperatura do vapor sem mudar o volume implica aumentar a pressão dentro do recipiente. Reduzir o volume ou a pressão não eleva a temperatura da fonte quente.

Em série, todas as lâmpadas são percorridas pela mesma corrente, e a tensão da rede se divide entre elas. Com 44 lâmpadas iguais, cada uma fica com $V=\dfrac{220}{44}=5\text{ V}$.

A potência é máxima quando a corrente é a máxima permitida pela tomada, $4\text{ A}$. Cada lâmpada dissipa $P=V\,i=5\cdot4=20\text{ W}$. A potência total do conjunto é $44\cdot20=880\text{ W}$, igual a $220\cdot4$.

O movimento circular com intervalo de tempo regular tem velocidade de módulo constante, mas a direção da velocidade muda a todo instante, o que exige uma aceleração. A força resultante, então, não é nula.

Essa aceleração é a centrípeta, $a_c=\dfrac{v^2}{R}$, perpendicular à velocidade e dirigida para o centro da trajetória. Pela segunda lei de Newton, a força resultante tem a mesma direção e sentido: é a força centrípeta, $F=m\,\dfrac{v^2}{R}$. Uma componente paralela à velocidade mudaria o módulo da velocidade, o que não ocorre.

Pelo efeito Doppler, quando uma fonte e um observador se aproximam, a frequência percebida é maior que a emitida. O carro que vem em direção ao radar recebe a onda com frequência maior e, ao refletir, age como fonte que também se aproxima, de modo que o radar detecta uma frequência ainda maior.

A diferença entre a frequência emitida e a detectada é proporcional à velocidade do carro, e é isso que o radar mede. A velocidade da onda eletromagnética no ar não muda com o movimento do carro: é a mesma, $c$.

O tubo deve receber o calor da placa e passá-lo rapidamente para a água, sem gastar muita energia para se aquecer. Isso pede alta condutividade térmica, que faz o calor se propagar depressa, e baixa capacidade calorífica, pois $Q=C\,\Delta T$ e, quanto menor $C$, menos energia o próprio tubo absorve para subir de temperatura.

O alumínio tem a maior condutividade, $237\text{ W/(m·K)}$, e a menor capacidade calorífica, $24{,}2\text{ J/(mol·K)}$, entre os metais da tabela. O calor de fusão não importa aqui, pois o tubo não deve fundir na faixa de temperatura de uso.

A força gravitacional sobre o satélite é $F=\dfrac{G\,M_T\,m}{r^2}$, e pela segunda lei de Newton $F=m\,a$. A massa $m$ do satélite se cancela: $a=\dfrac{G\,M_T}{r^2}$.

A aceleração depende apenas da massa da Terra e da distância ao seu centro. No mesmo ponto, $r$ é o mesmo, e portanto $S_2$, com o dobro da massa, tem a mesma aceleração de $S_1$: $7{,}0\text{ m/s}^2$. A força sobre $S_2$ é o dobro, mas a inércia também é o dobro.

O clarão e o estrondo são produzidos ao mesmo tempo, mas chegam a quem observa em instantes diferentes. A luz, onda eletromagnética, viaja a cerca de $3\cdot10^{8}\text{ m/s}$, e o som no ar, a cerca de $340\text{ m/s}$: a luz chega praticamente de imediato.

O tempo de espera é $\Delta t=\dfrac{d}{v_{som}}$. Para um raio a $1\,020\text{ m}$, por exemplo, o trovão chega depois de $3\text{ s}$. A diferença vem das velocidades de propagação, e não do meio, nem da duração da descarga, nem da forma como cada onda é gerada.