Vestibular 2022 · Prova II (Medicina), questões de Física (Q51-60) — resolução comentada Método TEF.
Q51
Cinemática — Gráficos do MUV e MU
A velocidade de um automóvel nos primeiros instantes após a largada de uma corrida está representada no gráfico.
A distância percorrida pelo automóvel até atingir a velocidade máxima foi de
A)200 m.
B)50 m.
C)150 m.
D)100 m.
E)300 m.
Gabarito oficial FMJU2101
C
Resolução
Em um gráfico de velocidade $\times$ tempo, a distância percorrida ($\Delta S$) é numericamente igual à área sob a curva no intervalo considerado.
O gráfico mostra que a velocidade máxima de 50 m/s é alcançada no instante $t = 6$ s. O polígono formado entre $t=0$ e $t=6$ s é um triângulo retângulo, onde a base mede 6 s e a altura mede 50 m/s.
Calculando a área:
$\Delta S = \dfrac{\text{base} \times \text{altura}}{2}$
$\Delta S = \dfrac{6 \cdot 50}{2}$
$\Delta S = 150$ m.
Q52
Estática dos Sólidos — Equilíbrio de Ponto Material
Em uma instalação artística, uma bola de handebol, de peso 4,0 N, foi pendurada na baliza por meio de dois fios, R e S. O fio R é horizontal e está preso a um dos postes verticais, enquanto o fio S está preso à barra transversal, formando com esta um ângulo $\theta$.
Sabendo que $\text{sen } \theta = 0,8$ e que $\cos \theta = 0,6$, as intensidades das forças que os fios R e S aplicam na bola são, respectivamente,
A)6,0 N e 2,0 N.
B)4,0 N e 4,0 N.
C)5,0 N e 3,0 N.
D)2,0 N e 6,0 N.
E)3,0 N e 5,0 N.
Gabarito oficial FMJU2101
E
Resolução
A bola está em equilíbrio, logo a soma das forças que atuam nela deve ser nula. Analisando as forças na vertical e na horizontal:
1. Eixo Vertical: A única força que puxa a bola para baixo é o Peso ($P = 4,0$ N). A única força que puxa a bola para cima é a componente vertical da tração no fio S ($T_S \cdot \text{sen } \theta$).
$T_S \cdot \text{sen } \theta = P$
$T_S \cdot 0,8 = 4,0$
$T_S = \dfrac{4,0}{0,8} = 5,0$ N.
2. Eixo Horizontal: A força aplicada pelo fio R ($T_R$) é inteiramente horizontal e puxa a bola para a direita. Para equilibrar, a componente horizontal do fio S ($T_S \cdot \cos \theta$) puxa a bola para a esquerda com a mesma intensidade.
$T_R = T_S \cdot \cos \theta$
$T_R = 5,0 \cdot 0,6$
$T_R = 3,0$ N.
O enunciado pede as intensidades das forças R e S, respectivamente. Portanto, são 3,0 N e 5,0 N.
Q53
Dinâmica — Conservação de Energia (Atrito e Trabalho)
O escorregador mostrado na figura está localizado na cidade de Aquiraz, no Ceará. Ele tem altura de 41 m e um ângulo de queda muito acentuado, de modo que a pessoa atinge rapidamente a base do escorregador.
Uma pessoa de 60 kg, inicialmente em repouso, desce do topo do escorregador mencionado e atinge a sua base com velocidade de 26 m/s. Considerando $g = 10\text{ m/s}^2$, a perda de energia mecânica durante a queda dessa pessoa pelo escorregador é de
A)2220 J.
B)3840 J.
C)6660 J.
D)8640 J.
E)4320 J.
Gabarito oficial FMJU2101
E
Resolução
A perda de energia mecânica ($\Delta E_m$) corresponde à diferença entre a energia mecânica final (na base) e a energia mecânica inicial (no topo).
1. Energia Mecânica Inicial (Topo):
A pessoa está em repouso ($v=0$), então possui apenas Energia Potencial Gravitacional.
$E_{mi} = m \cdot g \cdot h$
$E_{mi} = 60 \cdot 10 \cdot 41 = 24600$ J.
2. Energia Mecânica Final (Base):
Na base ($h=0$), a energia é puramente Cinética.
$E_{mf} = \dfrac{m \cdot v^2}{2}$
$E_{mf} = \dfrac{60 \cdot (26)^2}{2} = 30 \cdot 676 = 20280$ J.
3. Perda de Energia:
$\text{Perda} = E_{mi} - E_{mf}$
$\text{Perda} = 24600 - 20280 = 4320$ J.
Q54
Estática dos Fluidos — Pressão Hidrostática (Stevin)
Um submarino tripulado chinês chamado Fendouzhe, ou Lutador em português, chegou a um dos pontos mais profundos dos oceanos, as Fossas das Marianas, no Oceano Pacífico.
O veículo fez 13 mergulhos entre outubro e novembro de 2020, e em 8 deles superou uma profundidade de 10 mil metros. O mais profundo foi em 10 de novembro de 2020, quando chegou a 10900 metros abaixo da superfície.
(https://olhardigital.com.br. Adaptado.)
Considere que a aceleração gravitacional seja igual a $10\text{ m/s}^2$, que a densidade média da água do mar seja $1,03\times10^3\text{ kg/m}^3$ e que a pressão interna do submarino seja igual à pressão atmosférica ao nível do mar. Para atingir a profundidade máxima a que chegou, a estrutura do submarino deve suportar uma pressão de, no mínimo e aproximadamente,
A)$1,06 \times 10^{10}$ Pa.
B)$1,13 \times 10^8$ Pa.
C)$1,06 \times 10^{14}$ Pa.
D)$1,13 \times 10^{12}$ Pa.
E)$1,13 \times 10^7$ Pa.
Gabarito oficial FMJU2101
B
Resolução
A pressão externa suportada pelo submarino na profundidade dada é a pressão absoluta (pressão atmosférica + pressão da coluna de líquido). No entanto, o texto alerta que "a pressão interna do submarino é igual à pressão atmosférica". O que a estrutura mecânica da parede do submarino precisa suportar (diferença de pressão entre fora e dentro) é puramente a pressão hidrostática produzida pela água.
Pela Lei de Stevin:
$\Delta P = d \cdot g \cdot h$
$\Delta P = (1,03 \times 10^3) \cdot 10 \cdot 10900$
$\Delta P = (1,03 \times 10^4) \cdot (1,09 \times 10^4)$
$\Delta P = 1,1227 \times 10^8\text{ Pa}$.
Aproximando para os dados das alternativas, o valor correspondente é $1,13 \times 10^8\text{ Pa}$.
Q55
Termologia — Calorimetria (Calor Latente e Potência)
Uma pessoa colocou 4 pedras de gelo, de 15 g cada uma e todas inicialmente a 0 °C, em um copo de suco de laranja e observou que todo o gelo derreteu em 20 minutos. Considerando o calor latente de fusão do gelo igual a $3,3 \times 10^5\text{ J/kg}$ e desprezando as perdas de calor, a quantidade de calor absorvido pelas pedras de gelo, por unidade de tempo, foi, em média e aproximadamente, de
A)$2,0 \times 10^4$ J/min.
B)$1,0 \times 10^5$ J/min.
C)$2,5 \times 10^2$ J/min.
D)$1,0 \times 10^3$ J/min.
E)$2,5 \times 10^4$ J/min.
Gabarito oficial FMJU2101
D
Resolução
A massa total de gelo que sofreu fusão é $m = 4 \times 15\text{ g} = 60\text{ g}$. Como o calor latente foi fornecido em J/kg, devemos converter a massa para quilogramas: $m = 0,06\text{ kg}$.
A energia absorvida pelo gelo apenas para a mudança de fase (derreter por completo a 0 °C) é dada pela equação do calor latente:
$Q = m \cdot L$
$Q = 0,06 \cdot (3,3 \times 10^5) = 19800\text{ J}$.
A potência térmica média, ou seja, o calor absorvido por unidade de tempo (que a questão pede em J/min), é a razão entre $Q$ e o tempo de $t = 20\text{ min}$:
$\text{Pot} = \dfrac{Q}{t} = \dfrac{19800}{20} = 990\text{ J/min}$.
Em notação científica, e arredondando aproximadamente, obtemos $1,0 \times 10^3\text{ J/min}$.
Q56
Termodinâmica — Gases Ideais (Equação de Clapeyron)
Um balão meteorológico, preenchido com gás hélio, foi lançado com volume de $3,0\text{ m}^3$, temperatura de 300 K e pressão interna de $1,0 \times 10^5$ Pa. Ao atingir certa altitude, o balão explodiu quando a pressão e a temperatura do gás no seu interior eram, respectivamente, $2,0 \times 10^3$ Pa e 220 K. Considerando que o gás hélio se comporte como um gás ideal, o volume do balão no momento da explosão era
A)$110\text{ m}^3$.
B)$150\text{ m}^3$.
C)$125\text{ m}^3$.
D)$220\text{ m}^3$.
E)$180\text{ m}^3$.
Gabarito oficial FMJU2101
A
Resolução
Como se trata do mesmo gás aprisionado sem escape, utilizamos a Lei Geral dos Gases Ideais relacionando o estado inicial (1) e o estado final (2):
Simplificando o lado esquerdo:
$\dfrac{3 \times 10^5}{300} = 1000 = 10^3$
Igualando e cortando as potências de 10:
$10^3 = \dfrac{2,0 \times 10^3 \cdot V_2}{220}$
$1 = \dfrac{2 \cdot V_2}{220}$
$V_2 = \dfrac{220}{2} = 110\text{ m}^3$.
Q57
Óptica Geométrica — Refração (Lei de Snell)
Um raio de luz monocromática se propaga no ar, cujo índice de refração absoluto é igual a 1,0, e incide na superfície de uma lâmina de vidro formando um ângulo $\delta$ com a reta normal à superfície. Ao penetrar no vidro, o raio passa a formar um ângulo $\theta$ com a reta normal.
Sabendo que a luz se propaga no ar com velocidade de $3,00 \times 10^8\text{ m/s}$, que $\text{sen } \delta = 0,80$ e $\text{sen } \theta = 0,60$, a velocidade de propagação da luz no vidro que constitui a lâmina é
A)$4,00 \times 10^8$ m/s.
B)$1,15 \times 10^8$ m/s.
C)$2,25 \times 10^8$ m/s.
D)$1,80 \times 10^8$ m/s.
E)$1,40 \times 10^8$ m/s.
Gabarito oficial FMJU2101
C
Resolução
Aplicando a Lei de Snell-Descartes na interface Ar/Vidro:
$n_{\text{ar}} \cdot \text{sen } \delta = n_{\text{vidro}} \cdot \text{sen } \theta$
Para encontrar a velocidade de propagação da luz no vidro ($v$), utilizamos a definição do índice de refração absoluto ($n = \frac{c}{v}$):
$\dfrac{4}{3} = \dfrac{3,00 \times 10^8}{v}$
$4 \cdot v = 9,00 \times 10^8$
$v = \dfrac{9,00 \times 10^8}{4} = 2,25 \times 10^8\text{ m/s}$.
Q58
Ondulatória — Acústica (Tubos Sonoros Fechados)
Observe a figura, que mostra parte do sistema auditivo humano, e analise o texto.
O meato acústico se comporta como um tubo sonoro fechado. Supondo-se que seu comprimento seja de 2 a 3 cm e considerando-se que a velocidade de propagação do som no ar a 27 °C e sob pressão de 1 atm seja igual a [LACUNA], pode-se concluir que a frequência fundamental de ressonância do meato acústico está entre 2900 Hz e 4350 Hz.
(Eduardo A. C. Garcia. Biofísica, 1997. Adaptado.)
O valor da velocidade de propagação do som no ar considerado pelo autor do texto foi
A)348 m/s.
B)330 m/s.
C)342 m/s.
D)366 m/s.
E)336 m/s.
Gabarito oficial FMJU2101
A
Resolução
Em um tubo sonoro fechado, a frequência do harmônico fundamental ($n = 1$) é expressa pela fórmula $f = \dfrac{v}{4 \cdot L}$. Logo, a velocidade pode ser isolada como $v = 4 \cdot L \cdot f$.
O texto indica um intervalo para as variáveis correspondentes aos dois extremos anatômicos:
Extremo longo: $L = 3\text{ cm} = 0,03\text{ m}$ gerando $f = 2900\text{ Hz}$.
Extremo curto: $L = 2\text{ cm} = 0,02\text{ m}$ gerando $f = 4350\text{ Hz}$.
Calculando a velocidade em qualquer um dos extremos (já que é uma propriedade do meio de propagação, o ar):
$v = 4 \cdot 0,03 \cdot 2900 = 0,12 \cdot 2900 = 348\text{ m/s}$.
*(O cálculo para a outra ponta, $v = 4 \cdot 0,02 \cdot 4350$, renderá exatos 348 m/s igualmente)*.
Q59
Eletrodinâmica — Potência e Consumo de Energia Elétrica
Os dados a seguir foram obtidos na ficha técnica de uma geladeira e fornecidos pelo fabricante.
Consumo de energia em 1 mês: 67,2 kWh
Potência: 160 W
Considerando um mês com trinta dias, para estimar o consumo mensal de energia da geladeira, o fabricante considerou que a cada dia a geladeira fica ligada, em média, por
A)12 h.
B)11 h.
C)10 h.
D)13 h.
E)14 h.
Gabarito oficial FMJU2101
E
Resolução
O consumo de energia elétrica ($E$) é dado pelo produto da potência ($P$) em kilowatts e o tempo de uso mensal ($t_{mes}$) em horas.
$E = P \cdot t_{mes}$
Para encontrar o tempo de uso diário médio ($t_{dia}$), sabendo que o mês foi parametrizado com 30 dias:
$t_{dia} = \dfrac{420\text{ horas}}{30\text{ dias}} = 14\text{ horas}$.
Q60
Eletromagnetismo — Indução Eletromagnética (Lei de Lenz)
Um ímã em forma de barra, cujos polos estão representados pelas cores verde e amarela na figura, cai verticalmente, atravessando um anel metálico. Durante o movimento do ímã, uma corrente elétrica é induzida no anel, produzindo campo magnético, de modo que o anel se comporte como um segundo ímã.
Afirma-se que, antes de o ímã penetrar no anel, como mostra a situação 1, e após o ímã sair do anel, como mostra a situação 2, ocorrem, respectivamente,
A)repulsão e atração, independentemente da polaridade do ímã.
B)repulsão e repulsão, independentemente da polaridade do ímã.
C)atração e repulsão, se a parte verde do ímã for polo norte.
D)atração e atração, independentemente da polaridade do ímã.
E)atração e repulsão, se a parte verde do ímã for polo sul.
Gabarito oficial FMJU2101
A
Resolução
A Lei de Lenz postula que a corrente elétrica induzida num circuito fechado gera um campo magnético que sempre se opõe à variação do fluxo magnético que o causou, ou seja, resiste ativamente ao movimento relativo entre o ímã e a espira (anel).
Desta forma:
1. Na Situação 1, em que o ímã está se aproximando do anel, o aumento de fluxo magnético gera uma corrente no anel cujo campo repulsa essa aproximação (polo induzido de mesmo nome frente a frente). Temos, portanto, uma força resistiva de Repulsão.
2. Na Situação 2, o ímã se afasta e o fluxo magnético começa a diminuir através do anel. A corrente induzida inverte seu sentido e gera um campo que tenta puxar o ímã de volta (polo induzido de nome oposto frente a frente). Ocorre, portanto, uma Atração.
Isso é um princípio base de conservação de energia e ocorrerá independentemente da polaridade do ímã que está sendo usada.
