FATEC 2018.2 — Questões de Física comentadas — Método TEF

Questões de Física do Vestibular das Fatecs para o 2º semestre de 2018, aplicado em 1º de julho de 2018, com gabarito oficial e resolução comentada.

Q1
Mecânica — Energia elástica — Ponto de resiliência e energia absorvida na deformação

Resiliência é um termo oriundo da Física, mas também muito usado metaforicamente em vários outros contextos sociais. Na Física, o ponto de resiliência de um material indica a capacidade máxima de absorção e, consequentemente, de acúmulo de energia durante uma situação de estresse (deformação sob tensão), sem que esse material perca a sua capacidade elástica de retornar à sua forma original e sem sofrer deformação definitiva significativa ou, até mesmo, ruptura.

Assim, é correto afirmar que

A)quanto maior o ponto de resiliência de um material, menos energia o material acumulará durante a deformação.
B)quanto menor o ponto de resiliência de um material, mais dificuldade o material terá para sofrer ruptura.
C)quanto maior o ponto de resiliência de um material, menos elasticidade o material terá para sofrer ruptura.
D)quanto menor o ponto de resiliência de um material, mais energia o material absorverá durante a deformação.
E)quanto maior o ponto de resiliência de um material, mais energia o material acumulará durante a deformação.

Gabarito oficial — Centro Paula Souza

E
Resolução comentada

O texto define o ponto de resiliência como a capacidade máxima de acúmulo de energia durante a deformação, sem perda da capacidade elástica. Portanto, a energia máxima que o material pode acumular é diretamente proporcional ao seu ponto de resiliência.

Um ponto de resiliência maior significa mais energia acumulável, e um menor significa menos. Isso torna falsas as alternativas que trocam essa relação e as que associam o ponto de resiliência à dificuldade de ruptura ou à perda de elasticidade, o que o texto não afirma.

Q35
Mecânica — Gravitação universal — Força gravitacional de Júpiter sobre a Voyager 1

Leia o texto para responder às questões de números 35 a 39.

“O espaço, a fronteira final...” (Cap. James T. Kirk – USS Enterprise, 1966)

Em 2017, a missão Voyager sagrou-se como a mais longeva missão ainda em operação. Quando foram lançadas as espaçonaves Voyager 1 e Voyager 2, respectivamente em 5 de setembro e 20 de agosto de 1977, tinham o objetivo de explorar os limites do sistema solar.

A Voyager 1, uma espaçonave relativamente leve, com massa aproximada de 700 kg, foi lançada no momento em que os quatro planetas gasosos do sistema Solar estavam alinhados, fato que ocorre a cada 175 anos. Esse fato foi importante para que a missão fosse bem-sucedida, uma vez que a intenção era utilizar o campo gravitacional desses planetas para “estilingar” (impulsionar) a trajetória da viagem.

Cada nave continha em seu interior um disco de 12 polegadas feito de cobre e revestido de ouro. Os discos contêm dados selecionados com o intuito de mostrar a diversidade da vida no planeta Terra. Um grupo de pesquisadores liderados pelo astrônomo Carl Sagan (1934–1996) selecionou 117 imagens, variados sons da Natureza, músicas e saudações de diferentes culturas em 54 idiomas.

Em 2017, a Voyager 1 encontrava-se a aproximadamente 21 bilhões de quilômetros de distância da Terra, cerca de 140 UA (unidades astronômicas), ou seja, 140 vezes a distância média da Terra ao Sol. Em sua trajetória, contribuiu com muitas descobertas e diversos estudos, desde vulcões ativos fora da Terra até o estudo dos raios cósmicos e dos ventos solares (partículas carregadas emitidas ao espaço oriundas de explosões solares). Junto com a Voyager 2, descobriu que o campo magnético interestelar provoca uma assimetria na bolha formada pelo vento solar (a heliosfera).

A NASA estima que as baterias de Plutônio, destinadas a manter um sistema de aproximadamente 300 watts em funcionamento, devam durar ainda mais 10 anos. Esse tempo será precioso para a coleta de mais dados transmitidos pelas espaçonaves, dados esses que são recebidos após 12 a 14 horas da emissão do sinal à recepção deste na Terra.

Em homenagem aos 40 anos da missão, a NASA divulgou diversas informações, imagens, dados e curiosidades em sua página na internet: http://voyager.jpl.nasa.gov.

Em março de 1979, a Voyager 1 finalmente chegou ao primeiro planeta a ser estudado: Júpiter.

É correto afirmar que a força gravitacional sofrida pela Voyager 1 no instante em que a espaçonave passava a uma distância de $3{,}5\times10^{5}\,\text{km}$ do centro de Júpiter é, em newtons, igual a

Adote: $G\approx7\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2$; $M_{\text{Júpiter}}=2{,}0\times10^{27}\,\text{kg}$ (massa de Júpiter).

Considere: $F=G\,\dfrac{m\,M}{d^{2}}$

A)800 000.
B)80 000.
C)800.
D)80.
E)8.

Gabarito oficial — Centro Paula Souza

C
Resolução comentada

Dados: $m=700\,\text{kg}$ e $d=3{,}5\times10^{5}\,\text{km}=3{,}5\times10^{8}\,\text{m}$.

$$F=\frac{G\,m\,M}{d^{2}}=\frac{7\times10^{-11}\cdot700\cdot2{,}0\times10^{27}}{(3{,}5\times10^{8})^{2}}=\frac{9{,}8\times10^{19}}{1{,}225\times10^{17}}=800\,\text{N}$$

Q36
Mecânica — Cinemática escalar — Distância da Voyager 1 quando acabarem as baterias

Considere que a Voyager 1 continuará a se afastar da Terra com a mesma velocidade, supostamente constante, e que não se chocará em seu caminho com nenhum corpo celeste que a destruiria.

Podemos concluir, de acordo com o texto, que suas baterias de Plutônio pararão de funcionar quando a distância da espaçonave em relação à Terra for, aproximadamente, em UA, de

A)175.
B)165.
C)150.
D)143.
E)142.

Gabarito oficial — Centro Paula Souza

A
Resolução comentada

A missão completa 40 anos em 2017 (lançamento em 1977) e a sonda estava a $140\,\text{UA}$ da Terra. Com velocidade constante:

$$v=\frac{140\,\text{UA}}{40\,\text{anos}}=3{,}5\,\text{UA/ano}$$

Em mais $10$ anos ela percorre $3{,}5\cdot10=35\,\text{UA}$ adicionais:

$$d=140+35=175\,\text{UA}$$

Q37
Física moderna — Vento solar — Ventos solares e tempestades solares

Estudo sobre os ventos solares e tempestades solares são importantes para prever suas intensidades, seus efeitos e os possíveis danos que causam na Terra e em suas proximidades. Com a tempestade solar ocorrida em março de 2018, pudemos notar a importância dos resultados desses estudos.

Em relação aos ventos solares, podemos concluir corretamente que são

A)responsáveis pela geração de Auroras Boreais ou Austrais em países tropicais.
B)partículas de ar oriundas do campo magnético interestelar que, no caso da Terra, são originadas no Sol.
C)originados de explosões solares, portanto sopram em todas as direções, criando uma bolha que protege a Terra.
D)tempestades solares com características eletromagnéticas, por isso há interferência em sistemas de comunicação como GPS.
E)originados de explosões solares, que lançam no espaço partículas que não chegam até à superfície terrestre devido à atmosfera.

Gabarito oficial — Centro Paula Souza

D
Resolução comentada

O vento solar é formado por partículas carregadas, e tempestades solares liberam grandes quantidades delas, além de radiação. Por serem carregadas e estarem associadas a campos eletromagnéticos, afetam a ionosfera e os satélites, o que causa interferência em sistemas de comunicação como o GPS.

As demais afirmações têm erros: o vento solar não é “ar”; as auroras ocorrem perto das regiões polares, e não em países tropicais; a heliosfera é uma bolha criada pelo próprio vento solar; e o vento solar não é originado só de “explosões”. Além disso, partículas mais energéticas podem afetar a atmosfera, em vez de serem completamente barradas.

Q38
Termologia — Potência e energia — Energia dissipada pela bateria em 10 anos

Considerando um fornecimento constante de energia até o seu total esgotamento, podemos estimar, de acordo com o texto, que a energia dissipada pela bateria da Voyager 1 nos próximos 10 anos será de, em joules, aproximadamente:

Considere: $1\ \text{ano}=365\ \text{dias}$; $P=\dfrac{E}{\Delta t}$

A)$9{,}5\times10^{10}$
B)$4{,}0\times10^{9}$
C)$9{,}5\times10^{8}$
D)$4{,}0\times10^{7}$
E)$9{,}5\times10^{6}$

Gabarito oficial — Centro Paula Souza

A
Resolução comentada

Do texto, $P=300\,\text{W}$. O tempo em segundos é:

$$\Delta t=10\cdot365\cdot24\cdot3\,600\approx3{,}15\times10^{8}\,\text{s}$$

$$E=P\,\Delta t=300\cdot3{,}15\times10^{8}\approx9{,}5\times10^{10}\,\text{J}$$

Q39
Ondas — Ondas eletromagnéticas — Natureza e velocidade dos sinais da Voyager 1

Segundo o texto, a emissão de sinais da Voyager 1 leva de 12 a 14 horas para chegar à Terra.

Isto se deve ao fato de que esses sinais são ondas

A)mecânicas, que viajam a velocidades próximas da luz.
B)mecânicas, que viajam a velocidades próximas do som.
C)eletromagnéticas, que viajam a velocidades próximas da luz.
D)eletromagnéticas, que viajam a velocidades próximas do som.
E)eletromagnéticas, que viajam a velocidades próximas da Voyager 1.

Gabarito oficial — Centro Paula Souza

C
Resolução comentada

O espaço entre a Terra e a Voyager 1 é praticamente vácuo, e ondas mecânicas não se propagam no vácuo; logo, os sinais são ondas eletromagnéticas (rádio).

Conferência: $140\,\text{UA}\approx2{,}1\times10^{13}\,\text{m}$, e a $3\times10^{8}\,\text{m/s}$ o sinal leva $\dfrac{2{,}1\times10^{13}}{3\times10^{8}}=7\times10^{4}\,\text{s}\approx19\,\text{h}$, da mesma ordem de grandeza das 12 a 14 horas citadas no texto (que são aproximadas). Com a velocidade do som, o tempo seria de milhões de anos, e uma onda não viaja na velocidade da sonda.

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