Vestibular 2024 · Prova II (Medicina), questões de Física (Q51-60) — resolução comentada Método TEF.
Q51
Cinemática — Movimento Uniforme (Velocidade Média)
O Governo Federal, por meio da Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT), aprovou o projeto que permite a construção e operação de trem de alta velocidade entre São Paulo e Rio de Janeiro.
O trem proposto poderá ligar Rio de Janeiro a São Paulo em 1 h e 30 min. Inclusive, já existe um mapa ferroviário da região a ser explorada em análise, que sugere duas paradas no trajeto: em São José dos Campos (SP) e Volta Redonda (RJ).
(www.melhoresdestinos.com.br. Adaptado.)
Considerando que o comprimento do trajeto proposto seja de 450 km, a velocidade média do trem nesse trajeto será de
A)300 km/h.
B)250 km/h.
C)225 km/h.
D)345 km/h.
E)275 km/h.
Gabarito oficial FMJU2301
A
Resolução
A velocidade escalar média é definida pela razão entre a distância total percorrida e o tempo total gasto: $v_m = \dfrac{\Delta S}{\Delta t}$.
Temos que a distância é $\Delta S = 450$ km e o tempo total gasto é de 1 h e 30 min, o que equivale a $1{,}5$ h.
Substituindo na fórmula:
$v_m = \dfrac{450}{1{,}5} = 300$ km/h.
Q52
Dinâmica — Lançamento Horizontal e Leis de Newton
Uma bolinha de peso $P$ rola sobre uma mesa horizontal de altura $h$ e, após atingir a borda da mesa, inicia uma queda descrevendo a trajetória mostrada na figura.
Considerando desprezível a resistência do ar, o gráfico que representa a intensidade da força resultante sobre a bolinha, em função da altura $h$ em relação ao solo, durante a sua queda é
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito oficial FMJU2301
B
Resolução
A partir do momento em que a bolinha abandona a borda da mesa, ela passa a descrever um movimento no vácuo (pois a resistência do ar é desprezível).
Nessas condições de queda livre ou lançamento no vácuo, a única força que atua na bolinha durante todo o trajeto até chegar ao chão é a Força Peso ($P$), que é constante em módulo, direção (vertical) e sentido (para baixo).
Portanto, a força resultante será o próprio peso ($F_R = P$) ao longo de todas as alturas. Isso é representado graficamente por uma reta constante e horizontal no valor de $P$, independente de $h$.
Q53
Dinâmica — Teorema da Energia Cinética e Trabalho
O gráfico mostra o decaimento percentual da energia cinética de um projétil disparado por um rifle AK-47, em relação à energia cinética com que saiu da arma, em função do deslocamento x na água.
Sabendo que o projétil disparado pelo rifle AK-47 tem massa de 8,0 g e que saiu da arma com velocidade de 700 m/s, o módulo do trabalho realizado pela força de resistência da água sobre esse projétil, entre o instante em que saiu da arma e o instante em que se encontrava a 0,30 m dela, é, aproximadamente,
A)$1{,}96 \times 10^3$ J.
B)$7{,}84 \times 10^2$ J.
C)$1{,}18 \times 10^3$ J.
D)$2{,}80 \times 10^2$ J.
E)$1{,}60 \times 10^3$ J.
Gabarito oficial FMJU2301
C
Resolução
Primeiro, calculamos a energia cinética inicial ($E_{c0}$) do projétil ao sair da arma. A massa é $m = 8{,}0$ g = $0{,}008$ kg e a velocidade inicial é $v_0 = 700$ m/s.
O gráfico mostra no eixo y a fração da energia cinética que restou. Para o deslocamento de $x = 0{,}30$ m, localizando no eixo x, verificamos que a linha do gráfico cruza o eixo y em $0{,}40$. Isso indica que a energia cinética residual naquele instante ($E_c$) é $40\%$ da energia original.
Pelo Teorema da Energia Cinética (TEC), o trabalho realizado pela resultante de forças equivale à variação da energia cinética ($\tau = \Delta E_c$):
$\tau = E_c - E_{c0} = 784 - 1960 = -1176$ J.
Como a questão pede o módulo do trabalho da força de resistência:
$|\tau| = 1176$ J, que em notação científica é aproximadamente $1{,}18 \times 10^3$ J.
Q54
Termologia — Densidade e Comportamento Anômalo da Água
Gelo e água líquida são a mesma substância em diferentes estados físicos. Um pedaço de gelo colocado em água líquida flutua, o que indica que a massa específica do gelo é menor do que a massa específica da água líquida. Nesses casos, quando certa quantidade de água líquida se solidifica, sua massa
A)permanece constante e seu volume diminui.
B)aumenta e seu volume diminui.
C)diminui e seu volume permanece constante.
D)diminui e seu volume aumenta.
E)permanece constante e seu volume aumenta.
Gabarito oficial FMJU2301
E
Resolução
O princípio da Conservação das Massas (Lavoisier) garante que uma mudança de fase não altera a quantidade de matéria de uma amostra, ou seja, a massa permanece a mesma (constante).
Como indicado no enunciado, a densidade (ou massa específica) do gelo é menor que a da água líquida ($d_{gelo} < d_{liquida}$). A fórmula da densidade é $d = \frac{m}{V}$.
Isolando o volume: $V = \frac{m}{d}$. Como a massa $m$ é constante e a densidade $d$ da fase sólida é menor, o volume obrigatoriamente tem que ser maior. Portanto, ao se solidificar, o volume aumenta.
Q55
Termologia — Calorimetria (Taxa de Resfriamento)
Foi realizado um experimento para analisar o resfriamento de bebidas colocadas em um refrigerador. Nesse experimento, a temperatura de certa quantidade de suco, colocado em um recipiente de vidro e mantido em um refrigerador, foi medida a cada 5 minutos. Os resultados obtidos estão elencados na tabela.
Tempo (minutos)
Temperatura (°C)
0
25,0
5
17,5
10
12,3
15
8,6
20
6,0
25
4,2
30
2,9
Analisando a tabela, conclui-se que a taxa com que o suco perdeu calor foi
A)maior no início do experimento e depois diminuiu.
B)constante durante todo o experimento.
C)menor no início do experimento e depois aumentou.
D)praticamente constante até a temperatura de 15 °C e depois aumentou.
E)praticamente constante até a temperatura de 15 °C e depois diminuiu.
Gabarito oficial FMJU2301
A
Resolução
A taxa de perda de calor (fluxo de calor) é diretamente proporcional à variação de temperatura em determinado intervalo de tempo ($\Phi \propto |\Delta T|$), dado que a massa e o calor específico da bebida não se alteram.
Analisando as quedas de temperatura a cada período fixo de 5 minutos, notamos:
De 0 a 5 min: $25{,}0 - 17{,}5 = \mathbf{7{,}5 ^\circ\text{C}}$
De 5 a 10 min: $17{,}5 - 12{,}3 = \mathbf{5{,}2 ^\circ\text{C}}$
De 10 a 15 min: $12{,}3 - 8{,}6 = \mathbf{3{,}7 ^\circ\text{C}}$
De 15 a 20 min: $8{,}6 - 6{,}0 = \mathbf{2{,}6 ^\circ\text{C}}$
... e assim por diante.
Como as variações (quedas) de temperatura são cada vez menores para o mesmo intervalo de tempo, conclui-se que a taxa com que o suco perde calor foi maior no início e foi diminuindo com o passar do tempo. (Esse é o comportamento padrão descrito pela Lei do Resfriamento de Newton).
Q56
Termodinâmica — Gases Ideais (Equação de Clapeyron)
Certa massa de gás ideal sofreu a transformação cíclica PQRSTP mostrada no diagrama pressão x volume.
Entre os pontos P, Q, R, S e T, aquele no qual a massa do gás apresenta a menor temperatura é:
A)Q.
B)P.
C)R.
D)T.
E)S.
Gabarito oficial FMJU2301
D
Resolução
De acordo com a Equação de Clapeyron, $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$. Como $n$ e $R$ são constantes para uma dada massa de gás enclausurada, a temperatura $T$ será diretamente proporcional ao produto $P \cdot V$.
Assim, o ponto de menor temperatura será aquele com o menor produto entre a Pressão e o Volume. Vamos calcular o produto $P \times V$ para cada um dos vértices (ignoraremos as potências de $10^5$, pois buscamos apenas a proporção):
Ponto P: $P \times V = 1{,}5 \times 0{,}5 = \mathbf{0{,}75}$
Ponto Q: $P \times V = 1{,}5 \times 1{,}5 = \mathbf{2{,}25}$
Ponto R: $P \times V = 1{,}0 \times 2{,}0 = \mathbf{2{,}00}$
Ponto S: $P \times V = 0{,}5 \times 2{,}0 = \mathbf{1{,}00}$
Ponto T: $P \times V = 1{,}0 \times 0{,}5 = \mathbf{0{,}50}$
O menor valor do produto ocorre em T ($0{,}50$), logo é lá que o gás se encontra na sua temperatura mínima do ciclo.
Q57
Óptica Geométrica — Refração (Lâmina de Faces Paralelas)
Um raio de luz monocromática propaga-se em um meio 1 e incide em uma lâmina de faces paralelas, formando um ângulo $\theta$ com a reta normal à face da lâmina. Após atravessar a lâmina, esse raio emerge pela face oposta em um meio 3, formando um ângulo $\delta$ com a normal, como mostra a figura.
Considerando o meio 2 como meio de propagação da luz no interior da lâmina, o ângulo $\delta$
A)é sempre igual ao ângulo $\theta$.
B)é sempre menor do que o ângulo $\theta$.
C)é igual ao ângulo $\theta$ quando os índices de refração absolutos dos meios 1 e 3 forem iguais.
D)é menor do que o ângulo $\theta$ quando o índice de refração absoluto do meio 3 for menor do que o do meio 2.
E)é maior do que o ângulo $\theta$ quando o índice de refração absoluto do meio 1 for maior do que o do meio 2.
Gabarito oficial FMJU2301
C
Resolução
Sendo a lâmina de faces paralelas, as retas normais traçadas nas duas interfaces (Meio 1 para 2 e Meio 2 para 3) são paralelas entre si.
Seja $\alpha$ o ângulo de refração interno no meio 2. Aplicando a Lei de Snell-Descartes na primeira face: $n_1 \cdot \sin(\theta) = n_2 \cdot \sin(\alpha)$.
Pela geometria das retas paralelas, o ângulo de incidência na segunda face também será $\alpha$. Aplicando Snell na segunda face: $n_2 \cdot \sin(\alpha) = n_3 \cdot \sin(\delta)$.
Igualando as duas relações através do termo intermediário, temos a condição de extremidade: $n_1 \cdot \sin(\theta) = n_3 \cdot \sin(\delta)$.
Desta forma, se os meios externos forem idênticos (mesmo material, $n_1 = n_3$), a equação se resume a $\sin(\theta) = \sin(\delta)$, provando que os ângulos $\theta$ e $\delta$ são necessariamente iguais (e o raio emergente sai paralelo à direção inicial).
Q58
Ondulatória e MHS — Oscilador Massa-Mola
Uma esfera de massa $m$ é presa à extremidade de uma mola de constante elástica $k$, que tem a outra extremidade presa a uma parede, como mostra a figura.
Essa esfera é posta a oscilar em uma superfície plana, horizontal e sem atrito, situação em que o período de oscilação é $T_1 = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}$ e a frequência é $f_1$.
Se a mola for substituída por outra, de constante elástica igual a $4k$, a esfera passa a oscilar com frequência $f_2$, tal que
A)$f_2 = \frac{\sqrt{2}}{2}f_1$
B)$f_2 = \frac{1}{2}f_1$
C)$f_2 = 2f_1$
D)$f_2 = \sqrt{2}f_1$
E)$f_2 = 4f_1$
Gabarito oficial FMJU2301
C
Resolução
O período ($T$) e a frequência ($f$) são grandezas inversas ($f = \frac{1}{T}$). Assim, a frequência inicial do sistema massa-mola é dada por: $f_1 = \dfrac{1}{2\pi} \cdot \sqrt{\dfrac{k}{m}}$.
Se a nova mola possui rigidez 4 vezes maior ($k' = 4k$), calculamos a nova frequência ($f_2$): $f_2 = \dfrac{1}{2\pi} \cdot \sqrt{\dfrac{4k}{m}}$.
Tirando o 4 de dentro da raiz quadrada ($\sqrt{4} = 2$), evidenciamos a frequência inicial na nova equação: $f_2 = 2 \cdot \left( \dfrac{1}{2\pi} \cdot \sqrt{\dfrac{k}{m}} \right)$ $f_2 = 2 \cdot f_1$.
Q59
Eletrodinâmica — Potência e Consumo de Energia
A imagem representa um selo do INMETRO que indica o consumo de energia elétrica de determinado aparelho condicionador de ar.
Sabendo que o INMETRO considera que o tempo de funcionamento dos condicionadores de ar durante um ano é de 2000 h, a potência utilizada no cálculo do consumo de energia desse condicionador de ar foi, aproximadamente,
A)35 W.
B)150 W.
C)70 W.
D)700 W.
E)350 W.
Gabarito oficial FMJU2301
E
Resolução
A energia elétrica ($E$) expressa em kWh é calculada multiplicando-se a potência nominal do aparelho em kilowatts ($P$) pelo tempo de uso em horas ($\Delta t$): $E = P \cdot \Delta t$.
Temos do selo que o consumo é $E = 708{,}4$ kWh/ano. O tempo base estipulado na questão é $\Delta t = 2000$ h. Substituindo: $708{,}4 = P \cdot 2000$ $P = \dfrac{708{,}4}{2000} = 0{,}3542$ kW.
Como as alternativas estão em Watts (W), multiplicamos o valor em kW por 1000: $P = 0{,}3542 \cdot 1000 = 354{,}2$ W, o que corresponde, aproximadamente, a 350 W.
Q60
Eletromagnetismo e Eletrostática — Linhas de Força
Analise a figura 1, que mostra as linhas de força de um campo elétrico produzido por duas cargas elétricas de sinais opostos, e a figura 2, que mostra as linhas de força de um campo magnético produzido por um ímã em forma de barra.
A figura 3 mostra as linhas de força de um campo produzido por
A)uma carga elétrica positiva e isolada, apenas.
B)um polo norte isolado, apenas.
C)uma carga elétrica negativa e isolada, apenas.
D)uma carga elétrica negativa e isolada ou um polo norte isolado.
E)um polo sul isolado, apenas.
Gabarito oficial FMJU2301
A
Resolução
Na figura 3 temos linhas de campo com simetria radial que nascem no ponto central e apontam para fora (são divergentes). Na Física, essas são as linhas de força geradas por uma carga elétrica positiva e isolada.
Embora o polo norte de um ímã também dissipe linhas de campo "para fora", na Física Clássica não existem monopólos magnéticos (ou seja, não se pode ter um polo norte ou um polo sul magnético isolados; eles sempre ocorrem em pares – dipolos, como atesta a própria figura 2). Portanto, a representação só pode pertencer ao campo elétrico de uma carga elétrica positiva e isolada.
