Resolução comentada das questões de Física do vestibular da UDESC – 2016

Resolução comentada das questões de Física do vestibular da

UDESC – 2016

01- Vamos entender a ultrapassagem

Se um móvel de tamanho não desprezível com velocidade V1 ultrapassar outro também de dimensão não desprezível com velocidade V2, deve-se proceder da seguinte maneira, quando eles se movem no mesmo sentido:

Parar um deles, como por exemplo, o caminhão (como se fosse uma ponte ou túnel) e fazer o ônibus ultrapassá-lo utilizando velocidade relativa que no caso é VR = Vo – Vc, pois estão no mesmo sentido (se estivessem em sentidos contrários a velocidade relativa seria VR = Vo + Vc).

VR = ΔS / Δt VR = (Vo – Vc) = (comprimento do ônibus + comprimento do caminhão)/(intervalo de tempo de duração da ultrapassagem)

No caso do exercício, conforme o enunciado, o carro e o caminhão possuem velocidades constantes, e mesmo sentido e, logo podemos determinar a velocidade relativa entre eles:

Vrel = Vcar – Vcam Vrel = 100 – 80 Vrel = 20 km/h

Parando o caminhão, a distância que um ponto fixo na traseira do carro deve percorrer para ultrapassar totalmente o caminhão é (veja figura) ∆S = (0,0045 + 1,0 + 0,030) = 1,0345 km

Agora, podemos calcular o intervalo de tempo que o carro demora para alcançar o caminhão:

R- E

02- Nesse caso, temos um caso de plano inclinado sem atrito:

Cálculo da intensidade de PP e PN utilizando o triângulo retângulo da figura abaixo:

Como não existe atrito, o bloco desce com aceleração de intensidade a, tal que FR = m.a    PP = m.a m.g.senα = m.a    a = g.senα (aceleração de descida do bloco de massa m).

Se o bloco estiver em equilíbrio (estático ou dinâmico), a força resultante sobre ele seria nula e, nesse caso haveria ou uma força de atrito (Fat) ou uma força externa (F) anulando PP

Agora, para facilitar a visualização, assinalamos as forças atuantes no sistema:

R- C

03- I. Correta Quando temos uma colisão perfeitamente elástica significa que o sistema é conservativo, isto é, a quantidade de movimento e a energia cinética permanecem constantes.

IV. Errada Analogamente a afirmação III, como m1 < m2 V’2 < V’1, porém, V’1 será menor que V1.

R- C

04- Lei de Coulomb ou Força elétrica

A expressão matemática acima é denominada lei de Coulomb e de enunciado:

Esta constante K é dependente do meio onde estão as cargas (denominada constante eletrostática do meio ou constante dielétrica) e, no sistema internacional de unidades (SI) e, no vácuo e aproximadamente no ar, tem valor K = 1/4πε≈ 8,9876.109 Nm2/C2 costuma ser arredondado para K = 9.109 Nm2/C2. 

Pelo enunciado, QA + QB = 20 nC QA = 20.10-9 – QB e aplicando a Lei de Coulomb, temos:

Resolvendo a equação do segundo grau:

R- E

ou

RESPOSTA: E

 

05- Carga elétrica q lançada com velocidade  lançada perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético uniforme   —  observe que, neste caso o ângulo entre e é 90o e que sen90o =1.

Na figura abaixo uma carga positiva q penetra com velocidade no ponto A numa região em que existe um campo magnético uniforme  penetrando na folha. Observe que e são perpendiculares e, como a velocidade  é sempre tangente à trajetória em cada ponto, a força magnética , obtida pela regra da mão esquerda e indicada na figura é sempre dirigida para o

 centro de uma circunferência de raio R. Assim, a carga q realizará um movimento circular uniforme com velocidade de intensidade constante .

A expressão matemática dessa força magnética é Fm=q.V.B.senθ=q.V.B.1  —  Fm=q.V.B  —  lembrando que a força magnética Fm é responsável pelo movimento circular é a força resultante centrípeta de intensidade Fc=m.V2/R  —  Fm=Fc  —  q.V.B=m.V2/R  —

 

R=m.V/q.B (I)  —  o período T (tempo que a carga q demora para efetuar uma volta completa) é fornecido por  —  V=ΔS/Δt  —  numa volta completa  —  ΔS=2πR e Δt=T  —  V=2πR/T (II)  —  substituindo II em I  —  R=m. (2πR/T)/q.B  —  T=2πm/q.B  —  

Observe que o período (T) do movimento circular não depende da velocidade com que a partícula q penetra no campo magnético.

Conforme o enunciado, o elétron se movimenta perpendicularmente ao campo magnético, logo, a força magnética é a força centrípeta, sendo assim:

R- A

06- I. Correta Lei de Faraday-Lenz. Força eletromotriz gerada por um condutor móvel num campo elétrico uniforme  —  esse condutor tem o comportamento de um gerador mecânico de eletricidade

 de fem ε  —  quando você movimenta o condutor RS de comprimento L com velocidade constante, para a direita, você está aumentando a área da espira de ΔS=y.L, provocando uma variação de fluxo magnético que por sua vez faz surgir na espira uma corrente elétrica induzida e consequentemente uma tensão (força eletromotriz induzida)  —  ε=ΔΦ/Δt  —   a variação de fluxo, num campo magnético uniforme, é fornecida por ΔΦ=B.(ΔS).cosα  —  ΔΦ=B.(ΔS).cos0o  —  ΔΦ=B.(ΔS).1  —  ΔΦ=B.(y.L)  —   ε=ΔΦ/Δt  —  ε= B.y.L/Δt  —  V=ΔS/Δt=y/Δt  —  ε=B.L.V    o sentido da corrente elétrica induzida é fornecida pela lei de Lenz “a força eletromotriz induzida e a corrente induzida geram um fluxo magnético que se opõe à variação do fluxo causador da indução”

II. Correta Todo campo magnético depende de uma orientação, portanto,formam sempre dois polos.

III. Falsa Todo campo magnético depende de uma orientação, portanto,formam sempre dois polos.

IV. Falsa Toda força magnética atua somente sobre cargas elétricas em movimento. Somente desta forma as cargas acabam possuindo seu próprio campo para ocorrer interação.

R- D

07- Máquinas térmicasqualquer dispositivo capaz de transformar a energia interna de um combustível em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de transformar parte de calor em trabalho.

Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da seguinte maneira: “É impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho”

Rendimento (η) de uma máquina térmica  —  η = energia útil/energia total = W/Q  —  exemplo: quando uma máquina térmica recebe, por exemplo, 300J de energia ou calor de uma fonte quente e só aproveita 150J desse calor na realização de trabalho (W), seu rendimento será  —  η = W/Q = 150/300 = 0,5×100  —  η = 50%.

Agora, podemos determinar a temperatura da fonte fria com outra equação de rendimento:

R- B

08-

R- D

09-

Lorde Kelvin menciona apenas “duas pequenas nuvens no horizonte da física”: o resultado negativo da experiência de Michelson-Morley e o chamado problema da radiação do corpo negro.

O éter era tido como um meio material que servia de suporte à propagação das ondas eletromagnéticas luz, por exemplo.

Em 1887, os físicos norte-americanos Albert Michelson (1852-1931) e Edward Morley (1838-1923), em um dos experimentos mais famosos e importantes da física, não conseguiram comprovar como estava inicialmente previsto a existência do éter.

Já o problema do corpo negro diz respeito à intensidade de radiação emitida por um corpo aquecido.

O nome ‘corpo negro’ vem do fato de que se trata de um corpo que deve ter a propriedade de absorver toda a radiação que incida sobre ele, reemitindo-a, depois de reprocessar a energia absorvida, segundo apenas propriedades gerais suas, notadamente a temperatura.

Hoje, o exemplo mais notável de corpo negro é o próprio universo como um todo, que contém ‘radiação de fundo’ o que exclui de consideração as altas temperaturas de estrelas; por exemplo, do Sol, em particular correspondente a uma temperatura de 2,74 kelvin.

A física da época não conseguia explicar, como, a uma dada temperatura, a intensidade da radiação emitida dependia do valor da freqüência com a qual ela era emitida.

Ainda em 1900, a segunda das pequenas nuvens se transformaria em ativa tempestade, com o sucesso da hipótese dos ‘quanta’ do físico alemão Max Planck (1858-1947), ou seja, a de que, na natureza, a energia é emitida e absorvida em ‘pacotes’ daí o uso do termo latino quanta, que no singular ( quantum ) significa ‘quanto’ ou ‘quantidade’ e não como um fluxo contínuo, como se acreditava.

A outra pequena nuvem mostraria sua face demolidora cinco anos mais tarde, com os trabalhos de Albert Einstein (1879-1955) sobre a teoria da relatividade restrita, em que ele mostrou que o conceito de éter era totalmente desnecessário.

R- E

10-

Consumo de energia elétrica (E)

 Sendo o joule (J) uma unidade de energia elétrica muito pequena, para medir o consumo de energia elétrica de  residências, prédios, fábricas, etc.

Sendo que essa medida, em joules (J) é expressa por um número muito grande e, assim, na prática usa-se o quilowatt-hora (kWh), cuja relação com o joule é a seguinte    E = Po.Δt  1kWh =

1000W.1h = 1.000W.3.600s    1kWh = 3,6.106J    1 kW.h é a quantidade de energia dissipada por um aparelho elétrico de potencia nominal 1.000 Watts, funcionando durante uma hora.

Os medidores de energia elétrica e o respectivo consumo são expressos em kWh.

Primeiramente, iremos determinar o consumo de energia de cada aparelho:

Custo mensal do chuveiro:

R- A

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