Resolução comentada Colégio Naval 2018/2019

Respostas:

01 – Primeiro, devemos nos atentar que em nenhum momento o enunciado citou que os blocos estavam em repouso, assim o melhor a se supor é que estejam em movimento. Foram dadas as massas dos blocos, a força externa aplicada e o ângulo da corda com a horizontal, tudo já na unidade SI, não necessitando de conversão.

Devemos escrever a segunda lei de Newton para cada bloco e daí tirar o sistema de equações que trará a solução. A segunda lei de newton afirma que a soma de todas as forças sobre um corpo resultam no produto entre massa e a aceleração do corpo:

Como os blocos estão acoplados, o sentido de movimento deve ser o mesmo para ambos. Por exemplo: se o bloco 1 se deslocar para a direita e consideramos esse sentido como o positivo, o bloco 2 que irá se deslocar para baixo também será reconhecido como o sentido positivo.

A equação de forças na horizontal para o primeiro bloco envolve a força F e uma componente da tensão na corda. Essa componente horizontal da tensão (T_H) pode ser obtida através das relações trigonométricas de um triângulo. A tensão total na diagonal é a hipotenusa e a componente horizontal que queremos é o cateto adjacente ao ângulo, logo, podemos usar o cosseno do ângulo, que relaciona ambos:

Considerando a aceleração do bloco na direção da corda como ‘a’, a equação de força para o primeiro bloco fica:

No qual o termo ‘a cos(30°)’ surge também da componente horizontal da aceleração ‘a’ definida. Para o bloco 2, lembrando que o sentido positivo é para baixo, fica:

É importante lembrar que se o primeiro bloco acelera em uma intensidade na direção do fio, o segundo acelera na metade dessa intensidade, pois ambos estão relacionados pela polia móvel. Logo:

A relação para as tensões pode ser obtida sabendo-se que há uma polia móvel envolvida, logo a tensão sentida pelo bloco 2 será duas vezes mais intensa que a tensão vinda do bloco 1.

Substituindo tudo nas equações para os blocos 1 e 2, temos finalmente o conjunto de equações:

02 – Todos os dados já estão no SI. É possível notar que há uma chave aberta e uma chave fechada no circuito. O ramo que está com a chave aberta não permite a passagem de corrente e, portanto, pode ser desconsiderado junto com a resistência que há nele, pois o circuito não o ‘sente’. Assim, a resistência equivalente será a operação entre as duas resistências em paralelo:

A resistência equivalente é a resistência que produz os mesmos efeitos de corrente e tensão quando substitui as duas outras resistências no circuito, com isso e com a lei de Ohm é possível calcular a corrente que flui pelo circuito, a lei de Ohm é dada por:

Onde U é a tensão imposta no resistor e I é a corrente que passa por ele. Usando essa lei chegamos a:

03 – Aqui, a única alternativa incorreta é alternativa (C), pois a carga elétrica é transferida exclusivamente pelo movimento dos elétrons, deixando os prótons fixos. A carga positiva acaba sendo então dada pela ausência de elétrons. Logo, a (C) deve ser a alternativa marcada.

04 – É importante ressaltar os conceitos errados em cada afirmação:

A) A temperatura em muitos casos é diretamente proporcional à energia, mas não é definida como energia.

B) Essa é a alternativa correta. Quando a água atinge o ponto de ebulição, a energia que entra nesse sistema na forma de calor é toda direcionada para a mudança de fase da substância. A temperatura só volta a aumentar quando todo o líquido tiver na forma de gás.

C) Raios de luz se propagam em linha reta em meios homogêneos (de propriedades iguais) mas não são capazes de atravessar meios opacos, como madeira por exemplo, tendo sua trajetória desviada.

D) Como dito na alternativa anterior, se os meios forem homogêneos e transparentes, a trajetória da luz não é alterada.

E) A luz é capaz de se propagar no vácuo porque é composta de ondas eletromagnéticas, que não precisam de meio para se propagar, porém o som é composto de vibrações mecânicas entre as partículas do meio, sendo necessária matéria para poder se propagar.

05 – Para resolver essa questão é necessário primeiro converter todos os dados para o SI:

Assim a massa da água pode ser obtida como:

Em seguida, deve-se utilizar a relação entre calor e temperatura:

No qual é possível chegar em:

Como o enunciado diz, todo o calor envolvido é aproveitado, assim, todo o calor será transformado em trabalho para levantar o bloco.

E o trabalho para levantar o bloco pode ser calculado com a fórmula:

Onde:

m é a massa do bloco, medida em kg;
g é a aceleração da gravidade, medida em m/s²;
h é a diferença entre a altura final e a altura inicial, medida em m.

Por fim, temos então:

06-

Cabe aqui, novamente, comentar cada item:

I) Apesar do satélite se encontrar no espaço, ele ainda é fortemente atraído pela força gravitacional da Terra, pois está em orbita, assim, há peso. Afirmativa falsa.

II) A primeira Lei de Newton, conhecida como a Lei da inércia, afirma que um corpo com força resultante nula agindo sobre esse, mantém sua velocidade constante em relação à um referencial inercial. A afirmativa está compatível com a primeira lei, logo é verdadeira.

III) Falsa, pois como dito no item anterior, um corpo tem velocidade constante quando não há força resultante exercida sobre ele.

IV) Afirmação falsa. A terceira lei de Newton, conhecida como lei da ação e reação, afirma que para uma força sendo aplicada por um corpo sobre outro, há uma força de mesma intensidade e direção, mas de sentido oposto que age sobre o primeiro corpo. Logo, se o Sol atrai a Terra com uma certa força, a Terra também está atraindo o Sol com a mesma força.

V) Como dito no item anterior, as forças de ação e reação agem em corpos diferentes cada uma, enquanto a normal e a força peso agem no mesmo corpo, portanto a afirmativa é falsa.

VI) Uma grandeza vetorial possui intensidade, sentido e direção. A força peso possui esses elementos, mas a massa não. Portanto é falsa.

VII) A energia mecânica não é conservada em alguns processos. Como por exemplo, uma colisão de bolas de bilhar, no qual parte da energia é dissipada em forma de calor assim como outra parte da energia inicial das bolas de bilhar é armazenada na deformação das mesmas. A afirmação, portanto é falsa.

A única alternativa que é compatível com todas as observações é a (E): (F)(V)(F)(F)(F)(F)(F).

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