Santa Casa · 2021 · CG — Prova de Física — Método TEF
Faculdade de Ciências Médicas da Santa Casa de São Paulo
Vestibular de Medicina, 1º semestre de 2021 · Prova de Conhecimentos Gerais, questões de Física (Q61-Q70) — resolução comentada Método TEF.
Dados da prova
Nas questões de Física, quando necessário, utilize:
aceleração da gravidade: $g = 10\,m/s^2$
índice de refração absoluto do ar: $n_{Ar} = 1$
Q61
Mecânica — Cinemática — Velocidade angular
Duas pessoas se deslocam por uma avenida, uma de bicicleta, com velocidade de 30 km/h, e a outra de patinete, com velocidade de 20 km/h. Se os diâmetros dos pneus da bicicleta e da patinete são, respectivamente, 66 cm e 22 cm, a relação entre as velocidades angulares dos pneus da patinete, ω P, e dos pneus da bicicleta, ωB, é
A)ωP = ωB
B)ωP = 3 ωB
C)ωP = 4 ωB
D)ωP = 6 ωB
E)ωP = 2 ωB
Gabarito oficial
E
Resolução comentada
A velocidade angular relaciona-se à velocidade linear e ao raio da roda por $$\omega=\dfrac{v}{r}.$$
Os raios são metade dos diâmetros: $$r_B=33\ \text{cm}$$ (bicicleta) e $$r_P=11\ \text{cm}$$ (patinete).
Calculando a razão: $$\dfrac{\omega_P}{\omega_B}=\dfrac{v_P/r_P}{v_B/r_B}=\dfrac{v_P}{v_B}\cdot\dfrac{r_B}{r_P}=\dfrac{20}{30}\times\dfrac{33}{11}=\dfrac{2}{3}\times3=2.$$
Logo, $$\omega_P=2\,\omega_B.$$
Q62
Ondas — MHS — Pêndulo simples
A figura mostra um pêndulo simples que oscila entre os pontos R e S. O ponto P é o mais baixo da trajetória da massa do pêndulo. R P /c113/c113 S A intensidade da força resultante que age sobre a massa é
A)diferente de zero apenas no ponto P
B)nula apenas nos pontos R e S
C)nula apenas no ponto P
D)diferente de zero em todos os pontos da trajetória
E)nula nos pontos P, R e S. OH O O O OH
Gabarito oficial
D
Resolução comentada
Nos pontos extremos R e S, a velocidade da massa é momentaneamente nula, mas isso não significa força resultante nula: como o pêndulo está prestes a inverter o movimento, existe aceleração tangencial não nula, dada pela componente do peso ao longo da trajetória ($mg\,\text{sen}\,\theta$), que é exatamente a força restauradora do movimento oscilatório.
No ponto mais baixo P, a velocidade é máxima e a trajetória é curva, exigindo uma força centrípeta resultante (diferente de zero) apontando para o centro de curvatura: nesse ponto, a tração no fio supera o peso.
Assim, em nenhum ponto da trajetória — nem em R, S ou P — a força resultante sobre a massa é nula; ela é diferente de zero ao longo de todo o movimento oscilatório.
Q63
Mecânica — Dinâmica — Leis de Newton
Em 1687, em sua famosa obra Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, o físico inglês Isaac Newton formulou três leis que constituem a base para a compreensão dos comportamentos dinâmico e estático dos corpos materiais, tanto na Terra como no espaço. A primeira é a lei da inércia, a segunda lei é a que relaciona a força resultante que age sobre um objeto com a aceleração que ele adquire e a terceira é a lei da ação e reação. Um vaso em repouso sobre uma mesa é um exemplo
A)da primeira lei, apenas
B)da segunda e da terceira leis, apenas
C)da terceira lei, apenas
D)da primeira e da segunda leis, apenas
E)das três leis
Gabarito oficial
E
Resolução comentada
O vaso permanece em repouso porque a força resultante sobre ele é nula — o peso (força da Terra sobre o vaso) é equilibrado pela normal (força de contato da mesa sobre o vaso).
Essa permanência no estado de repouso, sem a ação de uma força resultante, é exatamente o que descreve a 1ª lei de Newton (princípio da inércia).
Como a força resultante é nula e a aceleração também é nula, a relação $$F_{res}=ma$$ (2ª lei) está satisfeita nesse caso particular — o vaso é, ainda que de forma trivial, um caso consistente com a 2ª lei.
Além disso, todo par de forças de contato ou de campo envolve sempre uma reação: a normal que a mesa exerce sobre o vaso tem como par de reação a força que o vaso exerce sobre a mesa, e o peso (atração da Terra sobre o vaso) tem como par a atração do vaso sobre a Terra.
Esses pares ação-reação, presentes independentemente do vaso estar em repouso ou em movimento, ilustram a 3ª lei.
a situação exemplifica simultaneamente as três leis de Newton.
Q64
Mecânica — Hidrostática — Densidade
Em um recipiente, misturam-se 500 cm3 de água, cuja massa específica é 1,0 g/cm3, com 1 000 cm3 de álcool, cuja massa específica é 0,85 g/cm3. Após a homogeneização da mistura, uma esfera de densidade 0,72 g/cm3 é nela colocada. No equilíbrio, a porcentagem do volume da esfera que se encontra imerso na água é
A)85%
B)82%
C)80%
D)78%
E)90%
Gabarito oficial
C
Resolução comentada
Ao homogeneizar a mistura, a densidade resultante é a razão entre a massa total e o volume total: $$m=500\times1{,}0+1000\times0{,}85=500+850=1350\ \text{g},$$em $$V=500+1000=1500\ \text{cm³},$$logo $$\rho_{mistura}=\dfrac{1350}{1500}=0{,}9\ \text{g/cm³}.$$
Como a mistura é homogênea (única fase), a esfera de densidade $0{,}72$ g/cm³ flutua nela com uma fração submersa dada pelo equilíbrio entre peso e empuxo: $$\rho_{esfera}\,V_{esfera}\,g=\rho_{mistura}\,V_{submerso}\,g \Rightarrow \dfrac{V_{submerso}}{V_{esfera}}=\dfrac{\rho_{esfera}}{\rho_{mistura}}=\dfrac{0{,}72}{0{,}9}=0{,}80.$$
Ou seja, $80\%$ do volume da esfera fica imerso no líquido.
Q65
Termologia — Transmissão de calor — Condução de calor
Os tecidos do corpo humano possuem diferentes capacidades de transmitir calor. O coeficiente de condutibilidade térmica da pele vale 3,8 J / (m · s · oC) e o da gordura subcutânea tem valor 1,9 J / (m · s · oC). A relação entre a quantidade de calor que flui por 1 cm2 de pele de espessura 1,0 mm a cada segundo (ΦP) e a quantidade de calor que flui por 1 cm2 de gordura subcutânea de espessura 8,0 mm a cada segundo (ΦG), quando submetidos à mesma diferença de temperatura, é
A)ΦP = 4 ΦG
B)ΦP = 16 ΦG
C)ΦP = 0,5 ΦG
D)ΦP = 2 ΦG
E)ΦP = 8 ΦG
Gabarito oficial
B
Resolução comentada
O fluxo de calor por condução (lei de Fourier) através de uma placa de área $A$ e espessura $e$, para uma diferença de temperatura $\Delta T$, é $$\Phi=\dfrac{k\,A\,\Delta T}{e}.$$
Como a área e a diferença de temperatura são as mesmas para pele e gordura, a razão entre os fluxos depende só de $k$ e $e$: $$\dfrac{\Phi_P}{\Phi_G}=\dfrac{k_P/e_P}{k_G/e_G}=\dfrac{k_P}{k_G}\times\dfrac{e_G}{e_P}=\dfrac{3{,}8}{1{,}9}\times\dfrac{8{,}0}{1{,}0}=2\times8=16.$$
Logo, $$\Phi_P=16\,\Phi_G.$$
Q66
Termologia — Gases — Gás ideal
(https://scied.ucar.edu. Adaptado.)
Existe uma circulação vertical do ar na atmosfera terrestre. Em uma das células de circulação, o ar sobe na região do equador e desce nas regiões dos trópicos, como mostra a figura. Quando uma massa de ar faz o trajeto de A para B indicado na figura, a pressão, a densidade e a temperatura dessa massa de ar aumentam. Considerando o ar como um gás ideal, o gráfico que representa a transformação sofrida por essa massa de ar quando se desloca de A para B é
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito conferido no caderno comentado
A
Resolução comentada
Como a densidade da massa de ar aumenta, o volume específico diminui — no diagrama, o ponto representativo se desloca para a esquerda (V menor).
Como a pressão também aumenta, o ponto sobe no eixo P.
Para um gás ideal, cada isoterma no diagrama P×V corresponde a uma temperatura constante, e isotermas mais afastadas da origem representam temperaturas mais altas.
Como o enunciado afirma que a temperatura da massa de ar também aumenta, a transformação deve migrar de uma isoterma mais interna para uma mais externa — nunca permanecer sobre uma mesma isoterma nem seguir uma reta vertical (que representaria volume constante).
O ponto B deve apresentar pressão maior, volume menor e temperatura maior que o ponto A.
Esse é o gráfico correto.
Q67
Óptica — Princípios da óptica — Eclipse
(https://observador.pt. Adaptado.)
A figura mostra o esquema de um eclipse. No instante em que ele ocorria, uma pessoa encontrava-se no ponto indicado pela letra P, na superfície da Terra. Essa pessoa observa um eclipse
A)parcial do Sol
B)parcial da Lua
C)anular do Sol
D)total da Lua
E)total do Sol
Gabarito oficial
A
Resolução comentada
A umbra é a região de sombra total, onde a Lua bloqueia completamente o disco solar; a penumbra é a região mais ampla ao redor da umbra, onde a Lua bloqueia apenas parte do disco solar.
Pela figura, o ponto P está localizado dentro do cone de penumbra, fora do estreito cone de umbra.
Um observador na penumbra vê apenas parte do disco solar coberta pela Lua.
Como se trata de um eclipse solar (a Lua interposta entre o Sol e a Terra, projetando sombra sobre a Terra), a pessoa em P observa um eclipse parcial do Sol.
Q68
Óptica — Óptica da visão — Sensibilidade dos cones
A percepção das cores pelo sistema visual humano deve-se à presença de três tipos de cones na retina, um mais sensível à luz de cor vermelha, outro à luz de cor verde e outro mais sensível à luz de cor azul. O gráfico mostra as sensibilidades relativas desses cones.
Sabendo que os valores de x no eixo das abscissas desse gráfico são crescentes, a grandeza nele representada corresponde
A)à velocidade de propagação da luz.
B)à frequência da luz.
C)ao comprimento de onda da luz.
D)à amplitude da onda da luz.
E)à energia da onda de luz.
Gabarito oficial
C
Resolução comentada
O gráfico apresenta, da esquerda para a direita, os máximos de sensibilidade à luz azul, verde e vermelha.
Nessa ordem, o comprimento de onda aumenta.
Portanto, o eixo x representa o comprimento de onda da luz.
A frequência e a energia diminuem nessa sequência, enquanto a velocidade de propagação da luz no mesmo meio não distingue as cores dessa forma.
A resposta é C.
Q69
Eletromagnetismo — Força magnética — Força magnética sobre carga móvel
A figura representa uma partícula eletrizada que se desloca horizontalmente com movimento retilíneo e velocidade constante. Em certo instante, ela penetra na região demarcada pelo quadrado, na qual existe um campo magnético uniforme de direção vertical e sentido para cima (perpendicular ao plano e apontando para o leitor), que a faz descrever a trajetória mostrada. v B Para que essa partícula continuasse em movimento retilíneo com velocidade constante, na região em que atua o campo magnético, deveria existir um campo elétrico, também uniforme, de direção
A)perpendicular ao plano do quadrado e de mesmo sentido que o do campo magnético
B)horizontal, perpendicular à direção da velocidade inicial da partícula e de sentido para o lado para o qual a partí- cula foi desviada
C)horizontal e de mesmo sentido da velocidade inicial da partícula
D)horizontal, perpendicular à direção da velocidade inicial da partícula e de sentido oposto ao lado para o qual a partícula foi desviada
E)perpendicular ao plano do quadrado e de sentido oposto ao sentido do campo magnético
Gabarito oficial
B
Resolução comentada
Pela expressão $$\vec F=q\vec v\times\vec B,$$uma partícula positiva com velocidade horizontal para a direita, num campo magnético saindo do plano da página, sofreria força magnética inicial apontando para baixo.
Como a trajetória mostrada na figura se curva para cima, a força magnética sobre a partícula aponta para cima — o que indica que a carga da partícula é negativa.
Para que a partícula mantivesse trajetória retilínea e velocidade constante dentro do campo, a força elétrica teria de anular exatamente a força magnética: $$q\vec E=-\vec F_{mag}.$$
Como a carga é negativa e a força magnética aponta para cima, o campo elétrico $\vec E$ deve apontar também para cima — na mesma direção horizontal perpendicular à velocidade inicial e para o mesmo lado para o qual a partícula foi desviada (assim, a força elétrica sobre a carga negativa, de sentido oposto ao campo, aponta para baixo e cancela a força magnética).
Q70
Física moderna — Física quântica — Modelo de Bohr
Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr propôs um modelo para explicar o átomo de hidrogênio no qual o elétron, ao girar ao redor do próton, só podia ocupar órbitas cujas energias fossem dadas pela relação En = eV n 6,13– 2, sendo n o número da órbita e eV (elétron-volt) a unidade de energia. n = 3 n = 2 n = 1 Quando o elétron se encontra no estado fundamental do átomo de hidrogênio, ou seja, na órbita n = 1, a energia vale – 13,6 eV. Para transitar a órbitas com n maiores, o elétron deve absorver quantidades bem definidas de energia. Segundo o modelo de Bohr, ao sofrer uma transição da órbita n = 1 para a órbita n = 3, o elétron deve absorver uma quan - tidade de energia de, aproximadamente,
A)18,1 eV
B)9,1 eV
C)15,1 eV
D)4,5 eV
E)12,1 eV
Gabarito oficial
E
Resolução comentada
Pela fórmula do modelo de Bohr, $$E_n=-\dfrac{13{,}6}{n^2}$$ eV.
No estado fundamental, $$E_1=-13{,}6$$ eV (dado).
Na órbita $$n=3:$$$$E_3=-\dfrac{13{,}6}{9}\approx-1{,}51$$ eV.
A energia absorvida na transição é a diferença entre os níveis final e inicial: $$\Delta E=E_3-E_1=-1{,}51-(-13{,}6)=12{,}1$$ eV.
