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Sumário QUADRO DE QUESTÕES DESTA APOSTILA .................................................................................. 2 CAPA DA PROVA DA UFMG .............................................................................................................. 3 QUADRO DE EQUAÇÕES DA UFMG ................................................................................................ 4 1 – GRANDEZAS, UNIDADES E ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS ................................................. 5 2 – MOVIMENTO RETILÍNEO ............................................................................................................. 7 3 – MOVIMENTO RELATIVO ............................................................................................................ 14 4 – MOVIMENTO CURVILÍNEO........................................................................................................ 16 5 – PRIMEIRA LEI DE NEWTON ...................................................................................................... 21 6 – SEGUNDA LEI DE NEWTON...................................................................................................... 22 7 – TERCEIRA LEI DE NEWTON ..................................................................................................... 29 8 – FORÇA DE ATRITO .................................................................................................................... 32 9 – TORQUE ...................................................................................................................................... 35 10 – LANÇAMENTO DE PROJÉTEIS............................................................................................... 37 11 – GRAVITAÇÃO UNIVERSAL ...................................................................................................... 39 12 – HIDROSTÁTICA ........................................................................................................................ 46 13 – TRABALHO E POTÊNCIA......................................................................................................... 58 14 – CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA ........................................................................... 60 15 – CONSERVAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO .......................................................... 66 16 – CALOR E TEMPERATURA ....................................................................................................... 72 17 – TRANSFORMAÇÕES GASOSAS............................................................................................. 89 18 – PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA ..................................................................................... 96 19 – SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA..................................................................................... 99 20 – MOVIMENTOS OSCILATÓRIOS E ONDULATÓRIOS ...........................................................104 21 – REFLEXÃO DA LUZ .................................................................................................................118 22 – REFRAÇÃO DA LUZ ................................................................................................................121 23 – CARGA ELÉTRICA...................................................................................................................135 24 – CAMPO ELÉTRICO ..................................................................................................................138 25 – POTENCIAL ELÉTRICO...........................................................................................................140 26 – CORRENTE ELÉTRICA ...........................................................................................................142 27 – FORÇA ELETROMOTRIZ ........................................................................................................162 28 – CAMPO MAGNÉTICO ..............................................................................................................163 29 – INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA ............................................................................................168 30 – ONDAS ELETROMAGNÉTICAS..............................................................................................189 31 – TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA ................................................................................197 32 – FÍSICA QUÂNTICA ...................................................................................................................199 33 – EFEITO FOTOELÉTRICO ........................................................................................................204 GABARITO ........................................................................................................................................208 2 QUADRO DE QUESTÕES DESTA APOSTILA Instituição ENEM PUC-MG Nível 1 PUC-MG Nível 2 UEMG CEFET-MG UFMG 1a etapa UFMG 2a etapa TOTAL Ano 2016/1 6 6 6 2015/2 2015/1 16 6 2014/2 2014/1 15 6 2013/2 2013/1 16 6 6 6 12 6 2012/2 12 2012/1 17 7 7 6 12 6 2011/2 12 2011/1 17 7 7 6 20 6 2010/2 6 20 2010/1 17 7 7 6 20 8 6 2009/2 7 7 20 2009/1 41 7 7 6 20 8 6 2008/2 2008/1 7 8 8 2007/2 2007/1 11 15 8 Total 157 47 47 54 148 39 46 538 3 CAPA DA PROVA DA UFMG VALORES DE CONSTANTES E GRANDEZAS FÍSICAS (Na solução das questões devem ser utilizados os valores abaixo, quando necessário). carga do elétron (em módulo) e = 1,6 x 10–19 C constante da lei de Coulomb k = 9,0 x 109 Nm2/C2 constante de Avogadro NA = 6,0 x 1023 mol–1 constante de gravitação universal G = 6,7 x 10–11 Nm2/kg2 constante de Planck h = 6,6 x 10–34 J s constante universal dos gases R = 8,3 J/(mol K) massa do elétron melétron = 9,1 x 10–31 kg massa do próton mpróton = 1,7 x 10–27 kg velocidade da luz no vácuo c = 3,0 x 108 m/s aceleração da gravidade g = 10 m/s2 calor específico da água c = 1,0 cal/(g oC) = 4,2 x 103 J/(kg oC) calor latente de fusão da água Lf usão = 80 cal/g = 3,3 x 105 J/kg calor latente de vaporização da água Lv apor = 540 cal/g = 2,26 x 106 J/kg densidade da água r = 1,0 g/cm3 = 1,0 x 103 kg/m3 pressão atmosférica ao nível do mar patm = 1,01 x 105 N/m2 velocidade do som no ar vsom = 340 m/s 4 QUADRO DE EQUAÇÕES DA UFMG ATENÇÃO: A maioria das questões das provas de Física do Vestibular UFMG não requer a memorização de fórmulas. Caso se faça necessário o uso de alguma fórmula, os candidatos podem consultar o quadro abaixo. 5 1 – GRANDEZAS, UNIDADES E ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS Questão 1 (ENEM – 2008) O gráfico ao lado modela a distância percorrida, em km, por uma pessoa em certo período de tempo. A escala de tempo a ser adotada para o eixo das abscissas depende da maneira como essa pessoa se desloca. Qual é a opção que apresenta a melhor associação entre meio ou forma de locomoção e unidade de tempo, quando são percorridos 10 km? A) carroça – semana B) carro – dia C) caminhada – hora D) bicicleta – minuto E) avião – segundo Questão 2 (ENEM – 2008) Suponha que o universo tenha 15 bilhões de anos de idade e que toda a sua história seja distribuída ao longo de 1 ano — o calendário cósmico —, de modo que cada segundo corresponda a 475 anos reais e, assim, 24 dias do calendário cósmico equivaleriam a cerca de 1 bilhão de anos reais. Suponha, ainda, que o universo comece em 1.º de janeiro a zero hora no calendário cósmico e o tempo presente esteja em 31 de dezembro às 23 h 59 min 59,99 s. A escala abaixo traz o período em que ocorreram alguns eventos importantes nesse calendário. Se a arte rupestre representada ao ladofosse inserida na escala, de acordo com o período em que foi produzida, ela deveria ser colocada na posição indicada pela seta de número A) 1. B) 2. C) 3. D) 4. E) 5. 6 Questão 3 (ENEM – 2007) Uma equipe de paleontólogos descobriu um rastro de dinossauro carnívoro e nadador, no norte da Espanha. O rastro completo tem comprimento igual a 15 metros e consiste de vários pares simétricos de duas marcas de três arranhões cada uma, conservadas em arenito. O espaço entre duas marcas consecutivas mostra uma pernada de 2,5 metros. O rastro difere do de um dinossauro não-nadador: “são as unhas que penetram no barro — e não a pisada —, o que demonstra que o animal estava nadando sobre a água: só tocava o solo com as unhas, não pisava”, afirmam os paleontólogos. Internet: <www.noticias.uol.com.br> (com adaptações). Qual dos seguintes fragmentos do texto, considerado isoladamente, é variável relevante para se estimar o tamanho do dinossauro nadador mencionado? A) “O rastro completo tem 15 metros de comprimento” B) “O espaço entre duas marcas consecutivas mostra uma pernada de 2,5 metros” C) “O rastro difere do de um dinossauro não-nadador” D) “são as unhas que penetram no barro — e não a pisada” E) “o animal estava nadando sobre a água: só tocava o solo com as unhas” Questão 4 (UEMG – 2016) “A moça imprimia mais e mais velocidade a sua louca e solitária maratona.” EVARISTO, 2014, p. 67. Conceição Evaristo refere-se claramente a uma grandeza física nesse texto: “imprimia mais e mais velocidade.” Trata-se de uma grandeza relacionada não à velocidade, mas à mudança da velocidade, em relação ao tempo. A unidade dessa grandeza física, no sistema internacional de unidades, é A) m. B) s. C) m.s-1 D) m.s-2 7 2 – MOVIMENTO RETILÍNEO Questão 1 (ENEM – 2012) Para melhorar a mobilidade urbana na rede metroviária é necessário minimizar o tempo entre estações. Para isso a administração do metrô de uma grande cidade adotou o seguinte procedimento entre duas estações: a locomotiva parte do repouso com aceleração constante por um terço do tempo de percurso, mantém a velocidade constante por outro terço e reduz sua velocidade com desaceleração constante no trecho final, até parar. Qual é o gráfico de posição (eixo vertical) em função do tempo (eixo horizontal) que representa o movimento desse trem? A) B) C) D) E) Questão 2 (ENEM – 2012) Uma empresa de transportes precisa efetuar a entrega de uma encomenda o mais breve possível. Para tanto, a equipe de logística analisa o trajeto desde a empresa até o local da entrega. Ela verifica que o trajeto apresenta dois trechos de distâncias diferentes e velocidades máximas permitidas diferentes. No primeiro trecho, a velocidade máxima permitida é de 80 km/h e a distância a ser percorrida é de 80 km. No segundo trecho, cujo comprimento vale 60 km, a velocidade máxima permitida é 120 km/h. Supondo que as condições de trânsito sejam favoráveis para que o veículo da empresa ande continuamente na velocidade máxima permitida, qual será o tempo necessário, em horas, para a realização da entrega? A) 0,7 B) 1,4 C) 1,5 D) 2,0 E) 3,0 8 Questão 3 (ENEM – 2009) O Super-homem e as leis do movimento Uma das razões para pensar sobre a física dos super-heróis é, acima de tudo, uma forma divertida de explorar muitos fenômenos físicos interessantes, desde fenômenos corriqueiros até eventos considerados fantásticos. A figura seguinte mostra o Super-homem lançando-se no espaço para chegar ao topo de um prédio de altura H. Seria possível admitir que com seus superpoderes ele estaria voando com propulsão própria, mas considere que ele tenha dado um forte salto. Neste caso, sua velocidade final no ponto mais alto do salto deve ser zero, caso contrário, ele continuaria subindo. Sendo g a aceleração da gravidade, a relação entre a velocidade inicial do Super-homem e a altura atingida é dada por: v2 = 2gH. A altura que o Super-homem alcança em seu salto depende do quadrado de sua velocidade inicial porque A) a altura do seu pulo é proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele permanece no ar ao quadrado. B) o tempo que ele permanece no ar é diretamente proporcional à aceleração da gravidade e essa é diretamente proporcional à velocidade. C) o tempo que ele permanece no ar é inversamente proporcional à aceleração da gravidade e essa é inversamente proporcional à velocidade média. D) a aceleração do movimento deve ser elevada ao quadrado, pois existem duas acelerações envolvidas: a aceleração da gravidade e a aceleração do salto. E) a altura do seu pulo é proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele permanece no ar, e esse tempo também depende da sua velocidade inicial. Questão 4 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 1) Um bloco sofre um impulso e começa a subir uma rampa com velocidade inicial V0 e para ao atingir uma certa altura na rampa. A aceleração desse bloco é CORRETAMENTE representada pelo gráfico: A) B) C) D) 9 Questão 5 (UEMG – 2015) A velocidade é uma grandeza que relaciona a distância percorrida e o tempo gasto para percorrê-la. A aceleração é uma grandeza que mede a rapidez com que a velocidade varia. Mais rápido, mais lento, são percepções sensoriais. Tentamos medir com relógios tais variações e nos rebelamos, quando elas não concordam com a nossa percepção. Dizemos nunca com muita facilidade, dizemos sempre com muita facilidade, como se fôssemos fiéis a um momento. “Mas o outro já está olhando para o lado.” (LUFT, 2014) O que é constante e imutável num momento não será mais no momento seguinte. Uma velocidade, num momento, pode não ser a mesma num momento seguinte. Assinale a situação em que o móvel apresenta maior valor (positivo ou negativo) de aceleração: A) O móvel estava a 50 m/s e manteve essa velocidade durante 2,0 s. B) O móvel estava a 20 m/s e, em 10 s, aumentou a sua velocidade para 40 m/s. C) O móvel estava a 10 m/s e, em 2,0 s, diminuiu sua velocidade para zero. D) O móvel estava a 40 m/s e, em 10 s, diminuiu sua velocidade para zero. Questão 6 (UEMG – 2012) Numa sala de aula, um professor decidiu mostrar aos seus alunos um pouco do trabalho realizado por Galileu Galilei. Para estudar o movimento de queda de um corpo, ele, como Galileu, usou um plano inclinado, onde a aceleração de queda é menor que a da gravidade. Além disso, ele reduziu os atritos entre a bolinha e o plano inclinado, de tal maneira que estes atritos pudessem ser desprezados. Na situação ilustrada, abaixo, a bolinha era abandonada no alto do plano, no instante t = 0. Após um tempo T, ela percorreu uma distância d. tempo distância 0 0 T d 2T ? Galileu tinha observado que, como o movimento não era uniforme, ou seja, como a velocidade não era constante, quando o tempo do movimento era duas vezes maior, ou seja, 2T, a distância percorrida não era duas vezes maior. Ele fez várias medidas, usando o próprio pulso como relógio, para encontrar a relação entre a distância percorrida e o tempo, num movimento uniformemente acelerado. O professor, juntamente com seus alunos, concluiu que, nas condições descritas neste experimento, no instante 2T, A) a aceleração da bolinha aumentava com o tempo, e a distância percorrida pela bolinha era 2d. B) a aceleração da bolinha permanecia constante com o tempo, e a distância percorrida pela bolinha era 2d. C) a aceleração da bolinha aumentava com o tempo, e a distância percorrida pela bolinha era 4d. D) a aceleração da bolinha permanecia constante com o tempo, e a distância percorrida pela bolinha era 4d. Questão 7 (UEMG – 2011) Em Dubai, no dia 4 de janeiro de2010, foi inaugurado o mais alto arranha-céu da Terra: o Burj Khalifa. Ele tem 828 metros de altura e 160 andares. Ele conta com 57 elevadores. Alguns deles podem se mover a cerca de 1km/min. Em relação a esses elevadores, assinale a alternativa que traz a afirmação CORRETA. A) Com essa velocidade, eles percorreriam os 828 m do edifício em menos de 30 s. B) Sua velocidade é de aproximadamente 60 km/h. C) Uma velocidade de 1 m/s é superior a 1 km/min. D) Quando os elevadores descem, eles se movimentam em queda livre. 10 Questão 8 (UEMG – 2009) Cada ponto mostrado na figura, abaixo, representa a posição ocupada por um mesmo móvel. O intervalo de tempo entre duas posições sucessivas é igual. A posição inicial é a posição 1. Em relação à situação descrita, quatro estudantes fizeram as seguintes afirmações: Felipe: A resultante das forças que atuam no móvel é nula. Ubirajara: A aceleração do móvel é diferente de zero. Fabiana: A energia cinética do móvel aumenta de 1 para 4. Rafael: A energia cinética do móvel permanece constante de 1 para 4, pois o movimento é acelerado. Fizeram afirmações CORRETAS: A) Ubirajara e Rafael. B) Felipe e Fabiana. C) Ubirajara e Fabiana. D) Felipe e Rafael. Questão 9 (UEMG – 2009) Um corpo apresentava uma velocidade de 60 km/h, quando aumentou sua velocidade rapidamente, mantendo-a durante um certo tempo. Depois disso, rapidamente diminuiu sua velocidade, atingindo o repouso e permanecendo nele. Assinale, nas alternativas abaixo, o gráfico da posição d em função do tempo t que MELHOR descreve o que ocorreu com esse corpo: Questão 10 (CEFET-MG – 2013/1) Um automóvel fez uma viagem entre duas cidades separadas por 390 km de distância. O trajeto foi dividido em dois trechos, sendo que o primeiro, de 120 km, foi percorrido a uma velocidade média de 60 km/h. Se a velocidade média total da viagem foi de 78 km/h, então a velocidade média do segundo trecho, em km/h, foi igual a A) 66. B) 72. C) 84. D) 90. E) 96. Questão 11 (CEFET-MG – 2011/1) O gráfico da distancia em função do tempo representa o movimento de uma partícula. Nos intervalos de tempo Δt1 = 0 a 1h e Δt2 = 1 a 2h, essa partícula descreve, respectivamente, movimento ___________ e ___________. Os termos que completam, corretamente, as lacunas são A) uniforme e uniforme. B) acelerado e uniforme. C) desacelerado e uniforme. D) acelerado e desacelerado. E) desacelerado e acelerado. 11 Questão 12 (CEFET-MG – 2011/2) Um objeto se desprende de um balão quando este se encontra a 40 m do solo, subindo com velocidade de 10 m/s. Para que esse objeto, em queda livre, atinja o solo, o intervalo de tempo, em segundos, é A) 1,0. B) 1,5. C) 3,0. D) 4,0. E) 4,5. Questão 13 (CEFET-MG – 2010/1) Dois carros partem de uma cidade A com destino a uma cidade B, separadas por 960 km. O carro 1 sai às 8:00 h, com velocidade constante de 60,0 km/h. Após 2 h, o carro 2 parte com velocidade constante de 80,0 km/h. Considerando-se o movimento dos carros, analise as seguintes afirmações: I. 1 chega à cidade B, às 20:00h. II. 2 chega à cidade B, às 22:00h. III. 2 ultrapassa 1, às 16:00h. IV. 2 ultrapassa 1, na metade do caminho. São corretas apenas A) I e II. B) I e III. C) II e IV D) I, III e IV. E) II, III e IV. Questão 14 (CEFET-MG – 2009/2) O movimento de um corpo em trajetória retilínea está representado pelo seguinte gráfico.Se a distância percorrida, durante 40 s for igual a 280 m, o corpo A) parte do repouso em t = 0 s. B) volta à posição inicial no instante 40 s. C) fica em repouso no intervalo de 10 a 20 s. D) atinge a velocidade máxima igual a 10 m/s. E) muda a direção do movimento nos últimos 20 s. Questão 15 (CEFET-MG – 2009/1) Michael Phelps, o melhor nadador de todos os tempos, conquistou o maior número de medalhas de ouro na história dos Jogos Olímpicos, em uma só edição. Em agosto de 2008, ele quebrou o recorde mundial nos 200 m, em nado borboleta, com um tempo de 1 minuto e 52 segundos. Nesse contexto, é correto afirmar que a A) força de empuxo atuando no nadador é nula. B) velocidade média do nadador foi cerca de 7,82 m/s. C) força resultante atuando no nadador durante a prova foi nula. D) velocidade média do nadador foi aproximadamente 1,78 m/s. E) aceleração do nadador durante a prova manteve-se constante. 12 Questão 16 (UFMG – 2010) Ângela e Tânia iniciam, juntas, um passeio de bicicleta em torno de uma lagoa. Neste gráfico, está registrada a distância que cada uma delas percorre, em função do tempo: Após 30 minutos do início do percurso, Tânia avisa a Ângela, por telefone, que acaba de passar pela igreja. Com base nessas informações, são feitas duas observações: I - Ângela passa pela igreja 10 minutos após o telefonema de Tânia. II - Quando Ângela passa pela igreja, Tânia está 4 km à sua frente. Considerando-se a situação descrita, é CORRETO afirmar que A) apenas a observação I está certa. B) apenas a observação II está certa. C) ambas as observações estão certas. D) nenhuma das duas observações está certa. Questão 17 (UFMG – 2009) Numa corrida, Rubens Barrichelo segue atrás de Felipe Massa, em um trecho da pista reto e plano. Inicialmente, os dois carros movem-se com velocidade constante, de mesmos módulo, direção e sentido. No instante t1, Felipe aumenta a velocidade de seu carro com aceleração constante; e, no instante t2, Barrichelo também aumenta a velocidade do seu carro com a mesma aceleração. Considerando essas informações, assinale a alternativa cujo gráfico melhor descreve o módulo da velocidade relativa entre os dois veículos, em função do tempo. 13 Questão 18 (UFMG – 2011 – 2ª etapa) Em agosto de 2009, em Berlim, Usain Bolt, atleta jamaicano, bateu o recorde da corrida de 100 m rasos, com o tempo de 9,58 s. Neste gráfico, está representada, de maneira aproximada, a velocidade desenvolvida, naquela corrida, por esse atleta em função do tempo: Suponha que o calçado usado por Bolt tinha solado liso. 1. Considerando essas informações, DETERMINE o menor valor do coeficiente de atrito estático entre o calçado e o solo para que o atleta não derrape. 2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Em qual dos seguintes intervalos de tempo a potência do atleta foi maior? De 0,0 s a 2,5 s. De 2,5 s a 5,0 s. De 5,0 s a 7,5 s. De 7,5 s a 9,58 s. JUSTIFIQUE sua resposta. 14 3 – MOVIMENTO RELATIVO Questão 1 (UEMG – 2015) O tempo é um rio que corre. O tempo não é um relógio. Ele é muito mais do que isso. O tempo passa, quer se tenha um relógio ou não. Uma pessoa quer atravessar um rio num local onde a distância entre as margens é de 50 m. Para isso, ela orienta o seu barco perpendicularmente às margens. Considere que a velocidade do barco em relação às águas seja de 2,0 m/s e que a correnteza tenha uma velocidade de 4,0 m/s. Sobre a travessia desse barco, assinale a afirmação CORRETA: A) Se a correnteza não existisse, o barco levaria 25 s para atravessar o rio. Com a correnteza, o barco levaria mais do que 25 s na travessia. B) Como a velocidade do barco é perpendicular às margens, a correnteza não afeta o tempo de travessia. C) O tempo de travessia, em nenhuma situação, seria afetado pela correnteza. D) Com a correnteza, o tempo de travessia do barco seria menor que 25 s, pois a correnteza aumenta vetorialmente a velocidade do barco. Questão 2 (UFMG – 2007) Dois barcos – I e II – movem-se, em um lago, com velocidade constante, de mesmo módulo, como representado nesta figura: Em relação à água, a direção do movimento do barco I é perpendicular à do barco II e as linhas tracejadas indicam o sentido do deslocamentodos barcos. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que a velocidade do barco II, medida por uma pessoa que está no barco I, é mais bem representada pelo vetor A) P. B) Q. C) R. D) S. 15 Questão 3 (UFMG – 2007) Uma caminhonete move-se, com aceleração constante, ao longo de uma estrada plana e reta, como representado nesta figura: A seta indica o sentido da velocidade e o da aceleração dessa caminhonete. Ao passar pelo ponto P, indicado na figura, um passageiro, na carroceria do veículo, lança uma bola para cima, verticalmente em relação a ele. Despreze a resistência do ar. Considere que, nas alternativas abaixo, a caminhonete está representada em dois instantes consecutivos. Assinale a alternativa em que está mais bem representada a trajetória da bola vista por uma pessoa, parada, no acostamento da estrada. 16 4 – MOVIMENTO CURVILÍNEO Questão 1 (ENEM – 2014) Um professor utiliza essa história em quadrinhos para discutir com os estudantes o movimento de satélites. Nesse sentido, pede a eles que analisem o movimento do coelhinho, considerando o módulo da velocidade constante. Desprezando a existência de forças dissipativas, o vetor aceleração tangencial do coelhinho, no terceiro quadrinho, é A) nulo. B) paralelo à sua velocidade linear e no mesmo sentido. C) paralelo à sua velocidade linear e no sentido oposto. D) perpendicular à sua velocidade linear e dirigido para o centro da Terra. E) perpendicular à sua velocidade linear e dirigido para fora da superfície da Terra. 17 Questão 2 (ENEM – 2013) Para serrar ossos e carnes congeladas, um açougueiro utiliza uma serra de fita que possui três polias e um motor. O equipamento pode ser montado de duas formas diferentes, P e Q. Por questão de segurança, é necessário que a serra possua menor velocidade linear. Por qual montagem o açougueiro deve optar e qual a justificativa desta opção? A) Q, pois as polias 1 e 3 giram com velocidades lineares iguais em pontos periféricos e a que tiver maior raio terá menor frequência. B) Q, pois as polias 1 e 3 giram com frequências iguais e a que tiver maior raio terá menor velocidade linear em um ponto periférico. C) P, pois as polias 2 e 3 giram com frequências diferentes e a que tiver maior raio terá menor velocidade linear em um ponto periférico. D) P, pois as polias 1 e 2 giram com diferentes velocidades lineares em pontos periféricos e a que tiver menor raio terá maior frequência. E) Q, pois as polias 2 e 3 giram com diferentes velocidades lineares em pontos periféricos e a que tiver maior raio terá menor frequência. Questão 3 (ENEM – 2009) O Brasil pode se transformar no primeiro país das Américas a entrar no seleto grupo das nações que dispõem de trens-bala. O Ministério dos Transportes prevê o lançamento do edital de licitação internacional para a construção da ferrovia de alta velocidade Rio-São Paulo. A viagem ligará os 403 quilômetros entre a Central do Brasil, no Rio, e a Estação da Luz, no centro da capital paulista, em uma hora e 25 minutos. Disponível em: http://oglobo.globo.com. Acesso em: 14 jul. 2009. Devido à alta velocidade, um dos problemas a ser enfrentado na escolha do trajeto que será percorrido pelo trem é o dimensionamento das curvas. Considerando-se que uma aceleração lateral confortável para os passageiros e segura para o trem seja de 0,1 g, em que g é a aceleração da gravidade (considerada igual a 10 m/s2), e que a velocidade do trem se mantenha constante em todo o percurso, seria correto prever que as curvas existentes no trajeto deveriam ter raio de curvatura mínimo de, aproximadamente, A) 80 m. B) 430 m. C) 800 m. D) 1.600 m. E) 6.400 m. 18 (PUC-MG – 2013/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 4 E 5 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR. FORÇA ESTRANHA Com a Terra girando a quase 1700 km/h no equador, seria de se esperar que todos ficássemos enjoados, certo? Errado. Não é a velocidade que nos afeta, é a aceleração, como qualquer piloto de corridas pode confirmar. O giro “vagaroso” da Terra produz uma aceleração 100 vezes menor do que a experimentada num carrossel de um parque de diversões. Ainda assim, a rotação da Terra pode se fazer notar por seus habitantes, por meio do fenômeno chamado Força de Coriolis, que ganhou esse nome em homenagem ao físico e matemático Gaspard-Gustave Coriolis. Coriolis determinou que qualquer coisa que se mova em conjunto com um objeto em rotação vai perceber a realidade como se tivesse sido retirada do seu curso natural por uma força vinda sabe-se-lá de onde. Por exemplo, uma pessoa num carrossel girando que tente jogar uma bola numa cesta fixa do outro lado do carrossel, vai achar que a bola sempre é desviada do alvo por alguma “força estranha”. Essa tal “força estranha” não existe de fato. Qualquer um que olhe a cena de fora do carrossel vai perceber que o fenômeno é simplesmente o resultado do movimento da cesta, que se moveu em sua rotação enquanto a bola está no ar. Mas, para os que estão no carrossel, a força é bem real. Por isso, ela precisa ser levada em conta quando calculamos os percursos de objetos tão distintos como mísseis e furacões. Adaptado do texto Robert Matthews. Revista Conhecer – Nº 33, março de 2012. Questão 4 (Ver enunciado acima) Considerando-se a velocidade de rotação da Terra informada no texto, uma pessoa na superfície não sente o efeito: A) porque a velocidade relativa é praticamente zero, devido à inércia. B) porque a força centrípeta é igual à força centrífuga. C) porque não há força centrípeta. D) devido à força da gravidade. Questão 5 (Ver enunciado acima) Considerando-se a velocidade de rotação na superfície da Terra informada no texto, o raio da Terra é aproximadamente de: A) 7,0 x 103 Km B) 12 000 Km C) 3 000 Km D) Impossível calcular com os dados fornecidos. Questão 6 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 1) “Nada como um dia após o outro.” Certamente esse dito popular está relacionado de alguma forma com a rotação da Terra em torno de seu próprio eixo, realizando uma rotação completa a cada 24 horas. Pode-se então dizer que cada hora corresponde a uma rotação de: A) 180º B) 360º C) 15º D) 90º Questão 7 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 1) Um objeto percorre uma circunferência em movimento circular uniforme. A força resultante sobre esse objeto A) é nula, porque não há aceleração. B) é dirigida para o centro. C) é tangente à velocidade do objeto. D) tem sentido contrário ao da velocidade. 19 Questão 8 (CEFET-MG – 2011/1) Três polias A, B e C com raios RA = 10,0 cm, RB = 20,0 cm e RC = 90,0 cm, respectivamente, estão acopladas conforme a figura abaixo. Sabendo-se que o eixo do motor elétrico gira com frequência igual a 1,8 x 103 rpm, a velocidade tangencial de um ponto na extremidade da polia B vale, em cm/s, A) 1.500 π. B) 2.300 π. C) 5.400 π. D) 7.600 π. E) 10.800 π. Questão 9 (CEFET-MG – 2010/2) Na extremidade de uma das pás da hélice de um avião estacionado havia um chiclete grudado. O piloto, ao ligar esse avião, ajustou a rotação da hélice para 6,0 x 103 rpm, fazendo com que o chiclete se despregasse a 5,0 metros do solo, no ponto mais alto de seu movimento de rotação. Sabendo-se que a pá tem 1,0 m de comprimento e que a resistência do ar é desprezível, o alcance do chiclete em relação ao solo, em metros, é igual a A) 100 π. B) 200 π. C) 300 π. D) 400 π. E) 600 π. Questão 10 (CEFET-MG – 2009/1) Recentemente, o maior acelerador de partículas do mundo, o LHC (Grande Colisor de Hádrons) entrou em funcionamento. Seu túnel possui uma circunferência de raio R = 4,3 km e está localizado na fronteira da França com a Suíça, como representado na figura. Os prótonsacelerados poderão atingir uma velocidade de, aproximadamente, 99,9% da velocidade da luz. Considerando as leis da física clássica, afirma-se: I. A aceleração das partículas é nula. II. A velocidade angular é cerca de 69,7x103 rad/s. III. Os prótons são partículas que não possuem carga. IV. Os prótons movem-se com freqüência de, aproximadamente, 11,1 kHz. São corretas apenas as afirmativas a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV. 20 Questão 11 (UFMG – 2008) Devido a um congestionamento aéreo, o avião em que Flávia viajava permaneceu voando em uma trajetória horizontal e circular, com velocidade de módulo constante. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, em certo ponto da trajetória, a resultante das forças que atuam no avião é A) horizontal. B) vertical, para baixo. C) vertical, para cima. D) nula. 21 5 – PRIMEIRA LEI DE NEWTON Questão 1 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 2) Os paraquedas são projetados para que os paraquedistas ou cargas não caiam em queda livre. O objetivo é que, ao atingirem o solo, as pessoas ou objetos apresentem velocidade constante. A figura a seguir mostra um paraquedista e as duas forças que agem sobre ele: o peso e a força de resistência do ar. Considerando-se os instantes que antecedem a chegada do paraquedista ao solo, é CORRETO afirmar: A) A aceleração do paraquedas é igual à aceleração da gravidade. B) P = FR C) A resultante das forças está na vertical para cima. D) A resultante das forças é diferente de zero. Questão 2 (UFMG – 2010) Nesta figura, está representado um balão dirigível, que voa para a direita, em altitude constante e com velocidade v, também constante: Sobre o balão, atuam as seguintes forças: o peso P, o empuxo E, a resistência do ar R e a força M, que é devida à propulsão dos motores. Assinale a alternativa que apresenta o diagrama de forças em que estão mais bem representadas as forças que atuam sobre esse balão. 22 6 – SEGUNDA LEI DE NEWTON Questão 1 (ENEM – 2013) Em um dia sem vento, ao saltar de um avião, um paraquedista cai verticalmente até atingir a velocidade limite. No instante em que o paraquedas é aberto (instante TA), ocorre a diminuição de sua velocidade de queda. Algum tempo após a abertura do paraquedas, ele passa a ter velocidade de queda constante, que possibilita sua aterrissagem em segurança. Que gráfico representa a força resultante sobre o paraquedista, durante o seu movimento de queda? A) D) B) E) C) 23 Questão 2 (ENEM – 2011) Para medir o tempo de reação de uma pessoa, pode-se realizar a seguinte experiência: I. Mantenha uma régua (com cerca de 30 cm) suspensa verticalmente, segurando-a pela extremidade superior, de modo que o zero da régua esteja situado na extremidade inferior. II. A pessoa deve colocar os dedos de sua mão, em forma de pinça, próximos do zero da régua, sem tocá-la. III. Sem aviso prévio, a pessoa que estiver segurando a régua deve soltá-la. A outra pessoa deve procurar segurá-la o mais rapidamente possível e observar a posição onde conseguiu segurar a régua, isto é, a distância que ela percorre durante a queda. O quadro seguinte mostra a posição em que três pessoas conseguiram segurar a régua e os respectivos tempos de reação. Distância percorrida pela régua durante a queda (metro) Tempo de reação (segundo) 0,30 0,24 0,15 0,17 0,10 0,14 Disponível em: http://br.geocities.com. Acesso em: 1 fev. 2009. A distância percorrida pela régua aumenta mais rapidamente que o tempo de reação porque a A) energia mecânica da régua aumenta, o que a faz cair mais rápido. B) resistência do ar aumenta, o que faz a régua cair com menor velocidade. C) aceleração de queda da régua varia, o que provoca um movimento acelerado. D) força peso da régua tem valor constante, o que gera um movimento acelerado. E) velocidade da régua é constante, o que provoca uma passagem linear de tempo. Questão 3 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 2) Um fabricante de elevadores estabelece, por questões de segurança, que a força aplicada nos cabos de aço que sustentam seus elevadores não pode ser superior a 1,2 x 104 N. Considere um desses elevadores com uma massa total de 1,0 x 103 Kg (massa do elevador com os passageiros) e admita g = 10m/s2. Nessas condições, a aceleração máxima do elevador na subida não pode ser superior a: A) 9,8 m/s2 B) 1,2 m/s2 C) 2,0 m/s2 D) 5,0 m/s2 Questão 4 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 1) Uma força horizontal, constante e de intensidade 20 N, atua sobre um corpo de 10 kg de massa, inicialmente em repouso, que desliza sem atrito sobre uma superfície horizontal. A velocidade adquirida pelo objeto após percorrer 4 m é de: A) 5 m/s B) 4 m/s C) 2 m/s D) 1 m/s Questão 5 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 1) Quando em queda livre, uma pedra pesada e uma pedra leve têm a mesma aceleração porque: A) a força gravitacional é a mesma em cada pedra. B) a resistência do ar é sempre zero em queda livre. C) a inércia das duas pedras é a mesma. D) a razão força/massa é a mesma para as duas pedras. 24 Questão 6 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 1) A massa de um veículo em repouso é 900 kg. Esse veículo entra em movimento numa estrada pavimentada e é acelerado até sua velocidade atingir 100 km/h. Considerando-se g = 10m/s, é CORRETO afirmar: A) À medida que a velocidade do veículo aumenta, o seu peso diminui e, a 100 km/h, seu peso é mínimo. B) À medida que a velocidade do veículo aumenta, aumenta também sua aderência ao solo fazendo com que seu peso aumente. C) Pode-se considerar que, até a velocidade de 100 km/h, o peso do veículo não se altera, porém, para velocidades muito maiores que 100 km/h, o peso do veículo vai se reduzindo de maneira muito acentuada. D) O peso do veículo é o mesmo, estando ele em repouso ou em alta velocidade. (PUC-MG – 2009/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 5 E 6 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR. Estudando-se o movimento de um objeto de massa 2 kg, obteve-se o gráfico velocidade x tempo abaixo. A velocidade está em m/s e o tempo, em segundo. Questão 7 (Ver enunciado acima) É CORRETO afirmar que a distância percorrida pelo objeto entre t = 0 e t = 1,4 s foi aproximadamente de: A) 0,7 m B) 1,8 m C) 0,1 m D) 1,6 m Questão 8 (Ver enunciado acima) Entre os instantes t = 0,4 s e t = 0,8 s o módulo da força resultante sobre o objeto foi aproximadamente de: A) 2,0 N B) 1,5 N C) 0,2 N D) 0,8 N 25 Questão 9 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 2) Na montagem experimental ilustrada a seguir, os fios e a polia têm massas desprezíveis e pode-se desconsiderar o atrito no eixo da polia. Considere g = 10 m/s2. Nessas condições, é CORRETO afirmar: A) Os corpos movem-se com velocidade constante. B) A tensão no fio é de 30 N. C) A força do conjunto sobre a haste de sustentação é de 50 N. D) A aceleração dos corpos é de 5,0 m/s2. Questão 10 (UEMG – 2016) “Kimbá caminhava firme, estava chegando. Parou na porta do prédio, olhando tudo. Sorriu para o porteiro. O elevador demorou.” EVARISTO, 2014, p. 94. Ao ler o texto, dois candidatos fizeram as seguintes afirmações: Candidato 1: Kimbá caminhava firme, mas diminuiu sua velocidade, pois estava chegando. Enquanto ela parava, a força resultante e a aceleração de Kimbá tinham a mesma direção e sentido, mas sentido contrário à sua velocidade. Candidato 2: Kimbá parou em frente à porta do prédio. Nessa situação, a velocidade e a aceleração dela são nulas, mas não a força resultante, que não pode ser nula para manter Kimbá em repouso. Fizeram afirmações CORRETAS: A) Os candidatos 1 e 2. B) Apenas o candidato 1. C) Apenaso candidato 2. D) Nenhum dos dois candidatos. Questão 11 (CEFET-MG – 2012/2) Dispondo-se de uma régua milimetrada, uma roldana fixa e de um cronômetro, um estudante realizou o seguinte experimento para determinar o valor de uma massa desconhecida, conforme mostrado abaixo. Nessa montagem, o estudante liberou os corpos, mediu a distância percorrida pela massa de 5,00 kg e o correspondente intervalo de tempo, calculou a aceleração e encontrou 5,00 m/s2. A partir desses resultados e, desprezando os atritos e a massa da roldana, o valor da massa X encontrado, em kg, foi igual a A) 0,50. B) 1,00. C) 1,50. D) 2,00. E) 2,50. Questão 12 (CEFET-MG – 2011/2) A figura mostra os blocos 1 e 2, com massas iguais a 8,0 e 10 kg, respectivamente, ligados por um cordel em um plano inclinado. Desprezando-se as massas da polia e do cordel, assim como os atritos, a aceleração dos blocos, em m/s2, é igual a A) 1,0. B) 2,0. C) 3,0. D) 4,0. E) 5,0. sen 53º = 0,8 cos 53º = 0,6 26 Questão 13 (CEFET-MG – 2010/2) Com relação às contribuições científicas de Isaac Newton, afirma-se: I. Matéria atrai matéria na razão inversa de suas massas. II. Um par de forças de ação e reação tem resultante nula. III. As leis da mecânica clássica são válidas para velocidades baixas em relação à da luz. IV. Um corpo na Terra, em repouso sobre uma mesa, permanece nesse estado, desde que a força resultante sobre ele seja nula. São corretos somente os itens A) I e II. B) I e IV. C) III e IV. D) I, II e III. E) II, III e IV. Questão 14 (CEFET-MG – 2009/1) Uma dentista, a fim de efetuar o alinhamento de um dos dentes incisivos com os outros da arcada, fixou um elástico em dois molares, passando pelo dente incisivo, como mostra a figura. Se a tensão no elástico for 12 N, as componentes da força resultante nos eixos x e y valem, respectivamente, em newtons, A) 0,56 e 10,0. B) 0,60 e –0,72. C) 0,72 e –19,9. D) 3,50 e –4,73. E) 12,0 e 67,7. sen 31º = 0,51 cos 31º = 0,85 sen 35º = 0,57 cos 35º = 0,81 27 Questão 15 (UFMG – 2008) Durante uma aula de Física, o professor Domingos Sávio faz, para seus alunos, a demonstração que se descreve a seguir. Inicialmente, dois blocos — I e II — são colocados, um sobre o outro, no ponto P, no alto de uma rampa, como representado nesta figura: Em seguida, solta-se o conjunto formado por esses dois blocos. Despreze a resistência do ar e o atrito entre as superfícies envolvidas. Assinale a alternativa cuja figura melhor representa a posição de cada um desses dois blocos, quando o bloco I estiver passando pelo ponto Q da rampa. 28 Questão 16 (UFMG – 2009 – 2ª etapa) Considere que dois objetos de massas M e m estão pendurados nas extremidades de uma corda que passa por uma polia, como representado na figura ao lado: O eixo da polia é sustentado por um dinamômetro. Considere que M > m; que a massa da corda e a da polia são desprezíveis; que a corda é inextensível; e que a polia pode girar livremente em torno de seu eixo. Considerando essas informações, 1. A) DESENHE e NOMEIE, diretamente na figura, as forças que atuam nos objetos M e m. B) DETERMINE a aceleração do objeto de massa m em função de M, m e g. 2. DETERMINE a força indicada no dinamômetro em função de M, m e g. 29 7 – TERCEIRA LEI DE NEWTON (PUC-MG – 2012/1 – Nível 2) As questões 1 e 2 referem-se à figura abaixo, que mostra uma montagem com três corpos ligados através de cordas de massas desprezíveis. Também é desprezível a massa da roldana. A corda C1 liga os corpos A e B enquanto a corda C2 liga os corpos B e C passando pela roldana. O sistema está em repouso, e T1 e T2 representam respectivamente as forças com que as cordas C1 e C2 estão tracionadas. O corpo de maior massa está apoiado sobre o prato da balança. Questão 1 (Ver enunciado acima) Sobre as forças de tração T1 e T2 nas cordas, é CORRETO afirmar: A) T1 >T2 B) T1 = T2 C) T1 < T2 D) T1 = T2 = 0, pois o sistema está em repouso. Questão 2 (Ver enunciado acima) A leitura da balança, graduada em Kg, será de: A) 8 Kg B) 10 Kg C) 13 Kg D) 15 Kg Questão 3 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 1) Duas pessoas jogam “cabo de guerra”, a certa altura do jogo, os participantes estão essencialmente em repouso, cada um deles puxando a corda com a força de 350 N. Nessa situação, a tensão na corda é, em Newtons, igual a: A) 350 B) 700 C) 175 D) 0 30 Questão 4 (UEMG – 2010/2) Sobre o modo de andar de uma pessoa, Gabriela e Mateus fizeram as seguintes afirmações: Gabriela: ao andar, uma pessoa empurra o chão para trás, então o chão responde empurrando-a para frente. Mateus: A pessoa só consegue se mover para frente porque a resposta do chão é maior que a força que ela exerce empurrando-o para trás. Fizeram afirmações corretas: A) Gabriela e Mateus. B) Apenas Gabriela. C) Apenas Mateus. D) Nenhum dos dois. Questão 5 (CEFET-MG – 2012/1) Uma pessoa de massa igual a 60 kg está de pé sobre uma balança dentro de um elevador. Se, em todo o percurso, essa balança registra o valor de 72 kg, então, é correto afirmar que o elevador A) subiu com velocidade constante de 4 m/s, do terceiro ao sétimo andar. B) partiu do terceiro andar com uma aceleração de 3 m/s2 dirigida para cima. C) despencou do último andar, a 45 m de altura, com aceleração de 10 m/s2. D) partiu do térreo, passando pelo sexto andar, a 16 m de altura, com uma velocidade de 8 m/s. E) passou pelo nono andar, com velocidade de 6 m/s, percorrendo 12 m até parar no segundo andar. Questão 6 (CEFET-MG – 2010/1) Os dois carrinhos da figura abaixo são empurrados por uma força F = 24,0 N. Desprezando-se as forças de atrito, a força aplicada ao carrinho B, em N, vale A) 24,0. B) 16,0. C) 14,4. D) 9,60. E) 8,00. Questão 7 (CEFET-MG – 2009/2) A respeito das leis de Newton, afirma-se: I. As forças de ação e reação atuam no mesmo corpo, possuem mesma direção e sentidos opostos. II. Para manter o movimento de um corpo, na presença de atrito, a resultante das forças sobre ele é diferente de zero. III. A segunda lei relaciona a massa de um corpo com sua aceleração, sendo válida apenas em referenciais inerciais. IV. Para manter o movimento circular uniforme de um corpo, a componente tangencial da força resultante sobre ele é nula. V. Para manter o movimento retilíneo uniforme de um corpo, na ausência de atrito, a resultante das forças sobre ele é nula. São corretas apenas as afirmativas A) I, II e III. B) I, II e IV. C) I, IV e V. D) II, III e V E) III, IV e V. 31 Questão 8 (UFMG – 2007) Um ímã e um bloco de ferro são mantidos fixos numa superfície horizontal, como mostrado nesta figura: Em determinado instante, ambos são soltos e movimentam-se um em direção ao outro, devido à força de atração magnética. Despreze qualquer tipo de atrito e considere que a massa m do ímã é igual à metade da massa do bloco de ferro. Sejam ai o módulo da aceleração e Fi o módulo da resultante das forças sobre o ímã. Para o bloco de ferro, essas grandezas são, respectivamente, af e Ff . Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que A) Fi = Ff e ai = af. B) Fi = Ff e ai = 2af. C) Fi = 2Ff e ai = 2af . D) Fi = 2Ff e ai = af . 32 8 – FORÇA DE ATRITO Questão 1 (ENEM – 2013) Uma pessoa necessita da força de atrito em seus pés para se deslocar sobre uma superfície. Logo, uma pessoa que sobe uma rampa em linha reta será auxiliada pela força de atrito exercida pelo chão em seus pés. Em relação ao movimentodessa pessoa, quais são a direção e o sentido da força de atrito mencionada no texto? A) Perpendicular ao plano e no mesmo sentido do movimento. B) Paralelo ao plano e no sentido contrário ao movimento. C) Paralelo ao plano e no mesmo sentido do movimento. D) Horizontal e no mesmo sentido do movimento. E) Vertical e sentido para cima. Questão 2 (ENEM – 2012) Os freios ABS são uma importante medida de segurança no trânsito, os quais funcionam para impedir o travamento das rodas do carro quando o sistema de freios é acionado, liberando as rodas quando estão no limiar do deslizamento. Quando as rodas travam, a força de frenagem é governada pelo atrito cinético. As representações esquemáticas da força de atrito fat entre os pneus e a pista, em função da pressão p aplicada no pedal de freio, para carros sem ABS e com ABS, respectivamente, são: A) B) C) D) E) Questão 3 (CEFET-MG – 2010/2) Um estudante, desejando medir o coeficiente de atrito estático entre um plano inclinado e um bloco feitos do mesmo material, executa os seguintes procedimentos: * coloca o bloco sobre o plano horizontal; * inclina, lentamente, o plano. Ao perceber que o bloco começa a escorregar, quando o plano forma um ângulo θ com a horizontal, o estudante deduz que o coeficiente de atrito estático é expresso, corretamente, por A) cosec θ. B) cos θ. C) sen θ. D) sec θ. E) tan θ. 33 Questão 4 (CEFET-MG – 2010/1) O bloco da figura ao lado está em repouso. Além do que está indicado, considere μe o coeficiente de atrito estático entre as superfícies e, N a reação normal da parede sobre o bloco. Analisando essa situação, é correto afirmar que a (o) A) reação normal da parede é dada por N = P. B) reação normal da parede é obtida por N = μe.F. C) força de atrito é sempre calculada por FA = μe.P. D) força F é maior que a reação normal da parede. E) produto μe.F pode ser maior do que o peso do bloco. Questão 5 (CEFET-MG – 2009/2) A figura mostra um bloco de peso igual a 10 N, prestes a se mover sobre um plano inclinado de ângulo 30°. Analisando essa situação, é correto concluir que a(o) A) força de atrito estática máxima sobre o bloco vale 8,0 N. B) força de reação normal do plano sobre o bloco é 5√3 N. C) aceleração do bloco, caso ele desça o plano, é 5 m/s2. D) coeficiente de atrito cinético entre o plano e o bloco vale 0,5. E) coeficiente de atrito estático entre o plano e o bloco é 3 3 . Questão 6 (CEFET-MG – 2009/1) A figura, abaixo, mostra um paciente de massa 60 kg submetido a um tratamento de tração. Se o coeficiente de atrito estático entre o paciente e a cama é 0,20, então, o valor máximo da massa m, em kg, a ser pendurada para produzir uma força de tensão T, sem que ele se desloque, é, aproximadamente, A) 12,6. B) 13,2. C) 14,9. D) 15,4. E) 16,9. cos 31º = 0,85 sen 31º = 0,51 34 Questão 7 (CEFET-MG – 2009/1) Um bloco de massa igual a 2,0 kg é empurrado por uma pessoa sobre uma superfície horizontal. Ao adquirir a velocidade de 10 m/s, ele é solto e pára a uma distância de 20 m. O coeficiente de atrito entre esse bloco e a superfície é, aproximadamente, A) 0,02. B) 0,13. C) 0,25. D) 0,63. E) 0,73. Questão 8 (UFMG – 2007 – 2ª etapa) (Constituída de dois itens.) Um automóvel move-se em uma estrada reta e plana, quando, em certo instante, o motorista pisa fundo no pedal de freio e as rodas param de girar. O automóvel, então, derrapa até parar. A velocidade inicial do automóvel é de 72 km/h e os coeficientes de atrito estático e cinético entre o pneu e o solo são, respectivamente, 1,0 e 0,8. Despreze a resistência do ar. Considerando essas informações, 1. CALCULE a distância que o automóvel percorre, desde o instante em que o freio é acionado, até parar. Quando se pisa no pedal de freio a fim de se fazer parar um automóvel, vários dispositivos entram em ação e fazem com que uma pastilha seja pressionada contra um disco metálico preso à roda. O atrito entre essa pastilha e o disco faz com que a roda, depois de certo tempo, pare de girar. Na figura ao lado, está representado, esquematicamente, um sistema simplificado de freio de um automóvel. Nesse sistema, o pedal de freio é fixado a uma alavanca, que, por sua vez, atua sobre o pistão de um cilindro, C1. Esse cilindro, cheio de óleo, está conectado a outro cilindro, C2, por meio de um tubo. A pastilha de freio mantém-se fixa ao pistão deste último cilindro. Ao se pisar no pedal de freio, o pistão comprime o óleo existente em C1, o que faz com que o pistão de C2 se mova e pressione a pastilha contra o disco de freio. Considere que o raio do cilindro C2 é três vezes maior que o do C1 e que a distância d do pedal de freio ao pivô da alavanca corresponde a quatro vezes a distância do pistão C1 ao mesmo pivô. Com base nessas informações, 2. DETERMINE a razão entre a força exercida sobre o pedal de freio e a força com que a pastilha comprime o disco de freio. 35 9 – TORQUE Questão 1 (ENEM – 2015) Em um experimento, um professor levou para a sala de aula um saco de arroz, um pedaço de madeira triangular e uma barra de ferro cilíndrica e homogênea. Ele propôs que fizessem a medição da massa da barra utilizando esses objetos. Para isso, os alunos fizeram marcações na barra, dividindo-a em oito partes iguais, e em seguida apoiaram-na sobre a base triangular, com o saco de arroz pendurado em uma de suas extremidades, até atingir a situação de equilíbrio. Nessa situação, qual foi a massa da barra obtida pelos alunos? A) 3,00 kg B) 3,75 kg C) 5,00 kg D) 6,00 kg E) 15,00 kg Questão 2 (ENEM – 2012) O mecanismo que permite articular uma porta (de um móvel ou de acesso) é a dobradiça. Normalmente, são necessárias duas ou mais dobradiças para que a porta seja fixada no móvel ou no portal, permanecendo em equilíbrio e podendo ser articulada com facilidade. No plano, o diagrama vetorial das forças que as dobradiças exercem na porta está representado em A) B) C) D) E) Questão 3 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 1) Um astronauta na Lua quer medir a massa e o peso de uma pedra. Para isso ele realiza as seguintes experiências: I. Para medir a massa, ele utiliza uma balança de braços iguais, colocando em um dos pratos a pedra e, no outro, massas de valor conhecido, até obter o equilíbrio da balança. II. Para medir o peso, ele utiliza um dinamômetro na vertical, pendurando a pedra na extremidade e lendo seu peso na escala do aparelho. III. Para medir a massa, ele deixa a pedra cair de uma certa altura e mede o tempo de queda, comparando-o com o tempo de queda de um objeto de massa conhecida, solto da mesma altura; a relação entre os tempos é igual à relação entre as massas. IV. Para medir o peso da pedra, o astronauta a prende na ponta de um fio que passa por uma roldana fixa vertical; na outra ponta do fio, ele pendura objetos de peso conhecido, um de cada vez, até que consiga o equilíbrio, isto é, até que a roldana pare de girar. As experiências CORRETAS são: A) I e II apenas. B) III e IV apenas. C) I, II e IV apenas. D) I, II, III e IV. 36 Questão 4 (UFMG – 2010) Para pintar uma parede, Miguel está sobre um andaime suspenso por duas cordas. Em certo instante, ele está mais próximo da extremidade direita do andaime, como mostrado nesta figura: Sejam TE e TD os módulos das tensões nas cordas, respectivamente, da esquerda e da direita e P o módulo da soma do peso do andaime com o peso de Miguel. Analisando-se essas informações, é CORRETO afirmar que A) TE = TD e TE + TD = P. B) TE = TD e TE + TD > P. C) TE < TD e TE + TD = P. D) TE < TD e TE + TD > P. Questão 5 (UFMG– 2009) Observe estes quatro sistemas de roldanas, em que objetos de mesma massa são mantidos suspensos, em equilíbrio, por uma força aplicada na extremidade da corda: Sejam F1, F2, F3 e F4 as forças que atuam numa das extremidades das cordas em cada um desses sistemas, como representado na figura. Observe que, em dois desses sistemas, a roldana é fixa e, nos outros dois, ela é móvel. Considere que, em cada um desses sistemas, a roldana pode girar livremente ao redor do seu eixo; que a corda é inextensível; e que a massa da roldana e a da corda são desprezíveis. Considerando-se essas informações, em relação aos módulos dessas quatro forças, é CORRETO afirmar que A) F1 = F2 e F3 = F4. B) F1 < F2 e F3 < F4. C) F1 = F2 e F3 < F4. D) F1 < F2 e F3 = F4. Questão 6 (UFMG – 2010 – 2ª etapa) O Manual do Usuário de um automóvel contém estas informações: • a distância entre os eixos das rodas é de 2,5 m; e • 60% do peso do veículo está concentrado sobre as rodas dianteiras e 40%, sobre as rodas traseiras. 1. Considerando essas informações, CALCULE a distância horizontal entre o eixo da roda dianteira e o centro de gravidade desse automóvel. 2. Durante uma arrancada, a roda desse automóvel pode deslizar sobre o solo. Considerando a situação descrita e as informações do Manual, RESPONDA: Esse tipo de deslizamento ocorre mais facilmente se o automóvel tiver tração nas rodas dianteiras ou nas rodas traseiras? JUSTIFIQUE sua resposta. 37 10 – LANÇAMENTO DE PROJÉTEIS Questão 1 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 1) Um arqueiro atira uma flecha, que percorre uma trajetória parabólica vertical até atingir o alvo. No ponto mais alto da trajetória da flecha, A) a velocidade e a aceleração são nulas. B) a aceleração é nula. C) o vetor velocidade e o vetor aceleração são horizontais. D) a componente vertical da velocidade é nula. Questão 2 (UEMG – 2010/2) Uma pequena bola é arremessada segundo uma trajetória parabólica, como mostra a figura, abaixo: Nessa figura, sendo P o ponto mais alto atingido pela bolinha, pode-se afirmar CORRETAMENTE que o vetor mostrado neste ponto P melhor representa A) a aceleração da bolinha. B) a força com que a bolinha foi arremessada. C) a velocidade da bolinha. D) a resultante das forças que atuam sobre a bolinha. (CEFET-MG – 2010/2) As questões (3) e (4) referem-se à seguinte situação. Uma partícula, com velocidade inicial 8 m/s, tem seu movimento representado por uma parábola simétrica, conforme o gráfico do deslocamento em função do tempo abaixo. Questão 3 (Ver enunciado acima) O módulo da aceleração da partícula, em m/s², durante o intervalo de tempo considerado, é igual a A) 1. B) 2. C) 3. D) 4. E) 5. Questão 4 (Ver enunciado acima) Em relação à origem, a distância total, em m, percorrida pela partícula, é igual a A) 4. B) 8. C) 16. D) 24. E) 32. 38 Questão 5 (CEFET-MG – 2009/1) Um malabarista lança uma de suas bolinhas com velocidade inicial v = 3 m/s com ângulo α = 45o em relação à horizontal, conforme representado abaixo. Desprezando a resistência do ar, é correto afirmar que a(o) A) altura máxima h é 45 cm. B) alcance horizontal máximo d é 90 cm. C) energia cinética da bolinha, no ponto h, é máxima. D) tempo para atingir a altura máxima h é igual a 0,6 s. E) energia mecânica da bolinha, ao atingir a outra mão do malabarista, é nula. Questão 6 (UFMG – 2009 – 2ª etapa) Uma bola é lançada horizontalmente, de certa altura, e cai sobre uma superfície rígida, plana e horizontal. Uma parte da trajetória dessa bola está mostrada nesta fotografia estroboscópica, que consiste na superposição de diversas imagens registradas em instantes consecutivos: Nessa figura, tanto na escala horizontal quanto na vertical, cada divisão mede 10 cm. A massa da bola é de 0,20 kg e, na foto, o intervalo de tempo entre uma exposição e outra é de 0,020 s. Considerando essas informações, 1. DETERMINE o módulo da velocidade da bola no instante em que ela é lançada horizontalmente. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. CALCULE a energia dissipada na segunda colisão da bola com a superfície. JUSTIFIQUE sua resposta. cos 45º = 0,71 sen 45º = 0,71 39 11 – GRAVITAÇÃO UNIVERSAL Questão 1 (ENEM – 2012) A característica que permite identificar um planeta no céu é o seu movimento relativo às estrelas fixas. Se observarmos a posição de um planeta por vários dias, verificaremos que sua posição em relação às estrelas fixas se modifica regularmente. A figura destaca o movimento de Marte observado em intervalos de 10 dias, registrado da Terra. Qual a causa da forma da trajetória do planeta Marte registrada na figura? A) A maior velocidade orbital da Terra faz com que, em certas épocas, ela ultrapasse Marte. B) A presença de outras estrelas faz com que sua trajetória seja desviada por meio da atração gravitacional. C) A órbita de Marte, em torno do Sol, possui uma forma elíptica mais acentuada que a dos demais planetas. D) A atração gravitacional entre a Terra e Marte faz com que este planeta apresente uma órbita irregular em torno do Sol. E) A proximidade de Marte com Júpiter, em algumas épocas do ano, faz com que a atração gravitacional de Júpiter interfira em seu movimento. Questão 2 (ENEM – 2009) Na linha de uma tradição antiga, o astrônomo grego Ptolomeu (100-170 d.C.) afirmou a tese do geocentrismo, segundo a qual a Terra seria o centro do universo, sendo que o Sol, a Lua e os planetas girariam em seu redor em órbitas circulares. A teoria de Ptolomeu resolvia de modo razoável os problemas astronômicos da sua época. Vários séculos mais tarde, o clérigo e astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), ao encontrar inexatidões na teoria de Ptolomeu, formulou a teoria do heliocentrismo, segundo a qual o Sol deveria ser considerado o centro do universo, com a Terra, a Lua e os planetas girando circularmente em torno dele. Por fim, o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler (1571-1630), depois de estudar o planeta Marte por cerca de trinta anos, verificou que a sua órbita é elíptica. Esse resultado generalizou-se para os demais planetas. A respeito dos estudiosos citados no texto, é correto afirmar que A) Ptolomeu apresentou as ideias mais valiosas, por serem mais antigas e tradicionais. B) Copérnico desenvolveu a teoria do heliocentrismo inspirado no contexto político do Rei Sol. C) Copérnico viveu em uma época em que a pesquisa científica era livre e amplamente incentivada pelas autoridades. D) Kepler estudou o planeta Marte para atender às necessidades de expansão econômica e científica da Alemanha. E) Kepler apresentou uma teoria científica que, graças aos métodos aplicados, pôde ser testada e generalizada. 40 Questão 3 (ENEM – 2009) O ônibus espacial Atlantis foi lançado ao espaço com cinco astronautas a bordo e uma câmera nova, que iria substituir uma outra danificada por um curto-circuito no telescópio Hubble. Depois de entrarem em órbita a 560 km de altura, os astronautas se aproximaram do Hubble. Dois astronautas saíram da Atlantis e se dirigiram ao telescópio. Ao abrir a porta de acesso, um deles exclamou: “Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno.” Considerando o texto e as leis de Kepler, pode-se afirmar que a frase dita pelo astronauta A) se justifica porque o tamanho do telescópio determina a sua massa, enquanto seu pequeno peso decorre da falta de ação da aceleração da gravidade. B) se justifica ao verificar que a inércia do telescópio é grande comparada à dele próprio, e que o peso do telescópio é pequeno porque a atração gravitacional criada por sua massa era pequena. C) não se justifica, porque a avaliação da massa e do peso de objetos em órbita tem por base as leis de Kepler, quenão se aplicam a satélites artificiais. D) não se justifica, porque a força-peso é a força exercida pela gravidade terrestre, neste caso, sobre o telescópio e é a responsável por manter o próprio telescópio em órbita. E) não se justifica, pois a ação da força-peso implica a ação de uma força de reação contrária, que não existe naquele ambiente. A massa do telescópio poderia ser avaliada simplesmente pelo seu volume. Questão 4 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 1) Um estudante, ao medir seu peso, ficou em dúvida quanto à leitura da balança, pois sabia que, na posição em que se encontrava na Terra, o valor encontrado era o menor possível. Assinale a opção que indica a posição do aluno. A) Latitude de 45o. B) Em qualquer ponto do Equador. C) Latitude de 90o. D) A leitura independe da localização da balança, já que a massa do objeto é invariável. 41 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 2) AS QUESTOES 5 E 6 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR. A ideia de lançar satélites de telecomunicações surgiu pouco depois da Segunda Guerra Mundial. Em 1945, no número de outubro da revista “Wireless World”, foi publicado um artigo intitulado “Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?” o autor era um oficial de radar da RAF (força aérea inglesa), chamado ARTHUR C. CLARKE. Mais tarde, ele seria conhecido por seus livros de divulgação cientifica (dentre eles, 2001 Uma Odisseia no Espaço); propunha em seu artigo a colocação em órbita de três satélites separados entre si de 120° a 36000 km acima da superfície da Terra situados num plano coincidente com o equador terrestre. Questão 5 (Ver enunciado acima) Considerando-se o raio equatorial da Terra como 6000 km e aproximando-se o valor de π como 3, a velocidade linear desses satélites estacionários em relação a um ponto fixo no espaço é aproximadamente de: A) v = 48000 Km/h B) v = 36000 Km/h C) v = 15000 Km/h D) v = 0 Questão 6 (Ver enunciado acima) Considerando-se que a única força que age no satélite é a força centrípeta, exercida pela atração gravitacional da Terra, pode-se afirmar que, na posição em que se encontram os satélites propostos por Arthur Clarke, a aceleração da gravidade terrestre vale aproximadamente: A) g = 10 m/s2 B) g = 9,8 m/s2 C) g = 3,4 m/s2 D) g = 0,4 m/s2 Questão 7 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 1) Os movimentos de rotação fazem parte de nosso cotidiano. Eles acontecem desde os níveis atômicos até a escala cósmica em que existem por exemplo a rotação da Terra em torno de seu próprio eixo, a rotação da Lua em torno da Terra e o movimento de nosso planeta em torno do Sol. Sobre esses movimentos, é CORRETO afirmar: A) A frequência do movimento terrestre em torno de seu próprio eixo é menor que a frequência do movimento terrestre em torno do Sol. B) O período de rotação da Lua em torno da Terra é de aproximadamente sete dias. C) Os três movimentos têm o mesmo período por não haver força de atrito, já que esses corpos giram livremente pelo universo. D) O período de rotação da Lua em torno da Terra é maior que o período de rotação da Terra em torno de seu próprio eixo. (PUC-MG – 2009/2 – Nível 2) A questão 8 refere-se ao texto a seguir. Uma das constantes fundamentais da Física é a velocidade da luz. Ela desempenha um papel importantíssimo no estudo da óptica, do eletromagnetismo, da relatividade, da astronomia, etc. A ideia de que a velocidade da luz é finita começa com Galileu Galilei, ao tentar medir o intervalo de tempo que a luz gastava para percorrer a distância de ida e volta entre duas colinas. Galileu não conseguiu seu propósito. Naquela época não era possível medir intervalos de tempo extremamente pequenos. Galileu deixou plantada a ideia. Coube ao astrônomo dinamarquês O. Roemer (1644-1710) demonstrar pela primeira vez que a velocidade da luz era finita. Conforme ilustrado na figura abaixo, Roemer observou que os eclipses de um dos satélites de Júpiter, observados na Terra, em certas épocas do ano, não ocorriam nos horários previstos por ele. Roemer interpretou o fato da seguinte maneira: A luz proveniente do satélite de Júpiter percorreria uma distância maior para chegar até a Terra quando ela estava no ponto B do que quando ela, a Terra, estava no ponto A, em sua órbita em torno do Sol. Em pleno século XVII, Roemer raciocinou que, em seis meses, enquanto a Terra se deslocava de A para B, Júpiter praticamente não saia de sua posição em relação ao Sol. Com essas considerações, ele mostrou que a velocidade da luz é finita e determinou seu valor como c = 200.000 km/s. Nos anos seguintes, a velocidade da luz foi determinada como c = 300.000 km/s. Já no início do século XX, uma nova propriedade para a velocidade da luz foi postulada por Einstein e confirmada experimentalmente 42 pelos cientistas americanos Michelson e Morley: a velocidade da luz é absoluta, ou seja, ela não depende do referencial em relação ao qual ela é medida. Questão 8 (Ver enunciado acima) Tomando-se como base a experiência de Roemer (c = 200.000 km/s) e a figura, e admitindo-se que a órbita da Terra em torno do Sol tem um raio médio R = 1,50 x 1011 m, o atraso de um eclipse do satélite de Júpiter com a Terra na posição A para um outro eclipse, do mesmo satélite, com a Terra na posição B, seria de aproximadamente: A) 25 minutos B) 2 horas C) 30 segundos D) 2 dias. Questão 9 (UEMG – 2014) No poema O que se afasta, o eu-poético de Sísifo desce a montanha afirma, por comparação, que as coisas perdem seu peso e gravidade, percepção que está relacionada ao envelhecimento do homem: "De repente você começa a se despedir das pessoas, paisagens e objetos como se um trem — fosse se afastando (...)". Aproveitando o ensejo literário, imagine um objeto próximo à superfície da Terra e uma situação hipotética, porém sem abrir mão de seus importantes conhecimentos de Física. Supondo a possibilidade de haver alteração no raio e/ou na massa da Terra, assinale a opção que traz uma hipótese que justificaria a diminuição do peso desse objeto, que se mantém próximo à superfície do Planeta: A) diminuição do raio da Terra e manutenção de sua massa. B) aumento da massa da Terra e manutenção de seu raio. C) aumento do raio da Terra e diminuição de sua massa, na mesma proporção. D) diminuição do raio da Terra e aumento de sua massa, na mesma proporção. Questão 10 (UEMG – 2013) Imagine que, num mesmo instante, uma pedra seja abandonada por uma pessoa, na Terra, e por um astronauta, na Lua, de uma mesma altura. Sabe-se que a gravidade na Lua é 6 vezes menor do que na Terra. Na Terra, despreze a resistência do ar no movimento da pedra. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que A) as duas pedras chegarão juntas ao solo. B) as duas pedras chegarão ao solo com a mesma velocidade. C) o tempo gasto pela pedra para atingir o solo será maior na Terra do que na Lua. D) a velocidade com que a pedra atinge o solo na Terra é maior do que na Lua. 43 Questão 11 (UEMG – 2013) O Sol é uma estrela que tem oito planetas movendo-se em torno dele. Na ordem de afastamento do Sol, temos, em sequência: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Três estudantes fizeram afirmações sobre o Sistema Solar: Margarete : "Marte leva mais de um ano para dar uma volta completa em torno do Sol"; Mardânio: "Forças gravitacionais mantêm o planeta Netuno girando em torno do Sol"; Fabiano: "Mercúrio é o planeta que leva mais tempo para dar uma volta em torno do Sol". Fizeram afirmações CORRETAS A) todos eles. B) apenas Mardânio e Fabiano. C) apenas Margarete e Mardânio. D) apenas Margarete e Fabiano. Questão 12 (UEMG – 2011) A figura a seguir representa dois satélites artificiais em órbita, em torno da Terra. Baseando-se nas leis de Kepler, e diante darepresentação mostrada, É CORRETO afirmar que A) os satélites 1 e 2 possuem a mesma velocidade. B) o satélite 2 percorre uma distância maior que o satélite 1, num mesmo intervalo de tempo. C) o satélite 2 leva mais tempo que o satélite 1 para dar uma volta completa em torno da Terra. D) os satélites 1 e 2 dão uma volta completa em torno da Terra no mesmo intervalo de tempo. Questão 13 (UEMG – 2010/1) Em seu movimento em torno do Sol, o nosso planeta obedece às leis de Kepler. A tabela a seguir mostra, em ordem alfabética, os 4 planetas mais próximos do Sol: Baseando-se na tabela apresentada acima, só é CORRETO concluir que A) Vênus leva mais tempo para dar uma volta completa em torno do Sol do que a Terra. B) a ordem crescente de afastamento desses planetas em relação ao Sol é: Marte, Terra, Vênus e Mercúrio. C) Marte é o planeta que demora menos tempo para dar uma volta completa em torno de Sol. D) Mercúrio leva menos de um ano para dar uma volta completa em torno do Sol. Questão 14 (UEMG – 2010/1) Em seu movimento em torno do Sol, a Terra descreve uma trajetória elíptica, como na figura, abaixo: São feitas duas afirmações sobre esse movimento: 1. A velocidade da Terra permanece constante em toda a trajetória. 2. A mesma força que a Terra faz no Sol, o Sol faz na Terra. Sobre tais afirmações, só é CORRETO dizer que A) as duas afirmações são verdadeiras. B) apenas a afirmação 1 é verdadeira. C) apenas a afirmação 2 é verdadeira. D) as duas afirmações são falsas. 44 Questão 15 (CEFET-MG – 2011/1) A massa da Terra é cerca de 80 vezes maior que a da Lua e o seu raio é de, aproximadamente, 4 vezes maior que o da Lua. Se um pêndulo oscila na Terra com o período TT e, na Lua, com TL, então, a razão TT / TL, entre os períodos, é igual a A) 5 1 B) 4 1 C) 35 D) 80 E) 320 Questão 16 (CEFET-MG – 2011/1) Com referência à cinemática gravitacional, afirma-se: I. A velocidade do planeta Terra no afélio é maior que no periélio. II. Os planetas giram em torno do Sol, varrendo áreas iguais em tempos iguais. III. O período de translação de Júpiter é o maior, comparado ao dos outros planetas. IV. O período de translação dos planetas é proporcional à raiz quadrada do cubo do raio médio das suas órbitas. São corretas apenas as afirmativas A) I e III. B) I e IV. C) II e IV. D) I, II e III. E) II, III e IV. Questão 17 (CEFET-MG – 2010/1) Considere os valores das seguintes grandezas relacionadas ao movimento da Terra em torno do Sol: T: período de translação da Terra. F: força de atração entre os dois. v: velocidade tangencial em sua órbita ao redor do Sol. Se a massa do Sol dobrar, então, A) F dobra, v e T não se alteram. B) T e F não se alteram e v dobra. C) F e v ficam multiplicados por √2. D) T fica dividido por √2 e F duplica. E) T fica dividido por √2 e v duplica. Questão 18 (UFMG – 2007) Três satélites – I, II e III – movem-se em órbitas circulares ao redor da Terra. O satélite I tem massa m e os satélites II e III têm, cada um, massa 2m. Os satélites I e II estão em uma mesma órbita de raio r e o raio da órbita do satélite III é r/2. Nesta figura (fora de escala), está representada a posição de cada um desses três satélites: Sejam FI, FII e FIII os módulos das forças gravitacionais da Terra sobre, respectivamente, os satélites I, II e III. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que A) FI = FII < FIII. B) FI = FII > FIII. C) FI < FII < FIII. D) FI < FII = FIII. 45 Questão 19 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) Um astronauta, de pé sobre a superfície da Lua, arremessa uma pedra, horizontalmente, a partir de uma altura de 1,25 m, e verifica que ela atinge o solo a uma distância de 15 m. Considere que o raio da Lua é de 1,6 x 106 m e que a aceleração da gravidade na sua superfície vale 1,6 m/s2. Com base nessas informações, 1. CALCULE o módulo da velocidade com que o astronauta arremessou a pedra. 2. CALCULE o módulo da velocidade com que, nas mesmas condições e do mesmo lugar, uma pedra deve ser lançada, também horizontalmente, para que, após algum tempo, ela passe novamente pelo local de lançamento. 46 12 – HIDROSTÁTICA Questão 1 (ENEM – 2014) Uma pessoa, lendo o manual de uma ducha que acabou de adquirir para sua casa, observa o gráfico, que relaciona a vazão na ducha com a pressão, medida em metros de coluna de água (mca). Nessa casa residem quatro pessoas. Cada uma delas toma um banho por dia, com duração média de 8 minutos, permanecendo o registro aberto com vazão máxima durante esse tempo. A ducha é instalada em um ponto seis metros abaixo do nível da lâmina de água, que se mantém constante dentro do reservatório. Ao final de 30 dias, esses banhos consumirão um volume de água, em litros, igual a A) 69 120. B) 17 280. C) 11 520. D) 8 640. E) 2 880. Questão 2 (ENEM – 2013) Para realizar um experimento com uma garrafa PET cheia d´água, perfurou-se a lateral da garrafa em três posições a diferentes alturas. Com a garrafa tampada, a água não vazou por nenhum dos orifícios, e, com a garrafa destampada, observou-se o escoamento da água conforme ilustrado na figura. Como a pressão atmosférica interfere no escoamento da água, nas situações com a garrafa tampada e destampada, respectivamente? A) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água. B) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo. C) Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo. D) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; regula a velocidade de escoamento, que só depende da pressão atmosférica. E) Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água. 47 Questão 3 (ENEM – 2013) Para oferecer acessibilidade aos portadores de dificuldades de locomoção, é utilizado, em ônibus e automóveis, o elevador hidráulico. Nesse dispositivo é usada uma bomba elétrica, para forçar um fluido a passar de uma tubulação estreita para outra mais larga, e dessa forma acionar um pistão que movimenta a plataforma. Considere um elevador hidráulico cuja área da cabeça do pistão seja cinco vezes maior do que a área da tubulação que sai da bomba. Desprezando o atrito e considerando uma aceleração gravitacional de 10 m/s2, deseja-se elevar uma pessoa de 65 kg em uma cadeira de rodas de 15 kg sobre a plataforma de 20 kg. Qual deve ser a força exercida pelo motor da bomba sobre o fluido, para que o cadeirante seja elevado com velocidade constante? A) 20 N B) 100 N C) 200 N D) 1000 N E) 5000 N Questão 4 (ENEM – 2012) Um consumidor desconfia que a balança do supermercado não está aferindo corretamente a massa dos produtos. Ao chegar a casa resolve conferir se a balança estava descalibrada. Para isso, utiliza um recipiente provido de escala volumétrica, contendo 1,0 litro d’água. Ele coloca uma porção dos legumes que comprou dentro do recipiente e observa que a água atinge a marca de 1,5 litro e também que a porção não ficara totalmente submersa, com 1/3 de seu volume fora d’água. Para concluir o teste, o consumidor, com ajuda da internet, verifica que a densidade dos legumes, em questão, é a metade da densidade da água, onde, ρágua = 1 g/cm3. No supermercado a balança registrou a massa da porção de legumes igual a 0,500 kg (meio quilograma). Considerando que o método adotado tenha boa precisão, o consumidorconcluiu que a balança estava descalibrada e deveria ter registrado a massa da porção de legumes igual a A) 0,073 kg. B) 0,167 kg. C) 0,250 kg. D) 0,375 kg. E) 0,750 kg. Questão 5 (ENEM – 2012) Um dos problemas ambientais vivenciados pela agricultura hoje em dia é a compactação do solo, devida ao intenso tráfego de máquinas cada vez mais pesadas, reduzindo a produtividade das culturas. Uma das formas de prevenir o problema de compactação do solo é substituir os pneus dos tratores por pneus mais A) largos, reduzindo a pressão sobre o solo. B) estreitos, reduzindo a pressão sobre o solo. C) largos, aumentando a pressão sobre o solo. D) estreitos, aumentando a pressão sobre o solo. E) altos, reduzindo a pressão sobre o solo. Questão 6 (ENEM – 2012) O manual que acompanha uma ducha higiênica informa que a pressão mínima da água para o seu funcionamento apropriado é de 20 kPa. A figura mostra a instalação hidráulica com a caixa d’água e o cano ao qual deve ser conectada a ducha. O valor da pressão da água na ducha está associado à altura A) h1. B) h2. C) h3. D) h4. E) h5. 48 Questão 7 (ENEM – 2011) Em um experimento realizado para determinar a densidade da água de um lago, foram utilizados alguns materiais conforme ilustrado: um dinamômetro D com graduação de 0 N a 50 N e um cubo maciço e homogêneo de 10 cm de aresta e 3 kg de massa. Inicialmente, foi conferida a calibração do dinamômetro, constatando-se a leitura de 30 N quando o cubo era preso ao dinamômetro e suspenso no ar. Ao mergulhar o cubo na água do lago, até que metade do seu volume ficasse submersa, foi registrada a leitura de 24 N no dinamômetro. Considerando que a aceleração da gravidade local é de 10 m/s2, a densidade da água do lago, em g/cm3, e A) 0,6. B) 1,2. C) 1,5. D) 2,4. E) 4,8. Questão 8 (ENEM – 2011) Em Um tipo de vaso sanitário que vem substituindo as válvulas de descarga está esquematizado na figura. Ao acionar a alavanca, toda a água do tanque é escoada e aumenta o nível no vaso, até cobrir o sifão. De acordo com o Teorema de Stevin, quanto maior a profundidade, maior a pressão. Assim, a água desce levando os rejeitos até o sistema de esgoto. A válvula da caixa de descarga se fecha e ocorre o seu enchimento. Em relação às válvulas de descarga, esse tipo de sistema proporciona maior economia de água. Faça você mesmo. Disponível em: http://www.facavocemesmo.net. Acesso em: 22 jul. 2010. A característica de funcionamento que garante essa economia e devida A) à altura do sifão de água. B) ao volume do tanque de água. C) à altura do nível de água no vaso. D) ao diâmetro do distribuidor de água. E) à eficiência da válvula de enchimento do tanque. 49 Questão 9 (ENEM – 2010) Para explicar a absorção de nutrientes, bem como a função das microvilosidades das membranas das células que revestem as paredes internas do intestino delgado, um estudante realizou o seguinte experimento: Colocou 200mL de água em dois recipientes. No primeiro recipiente, mergulhou, por 5 segundos, um pedaço de papel liso, como na FIGURA 1; no segundo recipiente, fez o mesmo com um pedaço de papel com dobras simulando as microvilosidades, conforme FIGURA 2. Os dados obtidos foram: a quantidade de água absorvida pelo papel liso foi de 8mL, enquanto pelo papel dobrado foi de 12mL. Com base nos dados obtidos, infere-se que a função das microvilosidades intestinais com relação à absorção de nutrientes pelas células das paredes internas do intestino é a de A) manter o volume de absorção. B) aumentar a superfície de absorção. C) diminuir a velocidade de absorção. D) aumentar o tempo de absorção. E) manter a seletividade na absorção. Questão 10 (ENEM – 2010) Durante uma obra em um clube, um grupo de trabalhadores teve de remover uma escultura de ferro maciço colocada no fundo de uma piscina vazia. Cinco trabalhadores amarraram cordas à escultura e tentaram puxá-la para cima, sem sucesso. Se a piscina for preenchida com água, ficará mais fácil para os trabalhadores removerem a escultura, pois a A) escultura flutuará. Dessa forma, os homens não precisarão fazer força para remover a escultura do fundo. B) escultura ficará com peso menor. Dessa forma, a intensidade da força necessária para elevar a escultura será menor. C) água exercerá uma força na escultura proporcional a sua massa, e para cima. Esta força se somará à força que os trabalhadores fazem para anular a ação da força peso da escultura. D) água exercerá uma força na escultura para baixo, e esta passará a receber uma força ascendente do piso da piscina. Esta força ajudará a anular a ação da força peso na escultura. E) água exercerá uma força na escultura proporcional ao seu volume, e para cima. Esta força se somará à força que os trabalhadores fazem, podendo resultar em uma força ascendente maior que o peso da escultura. Questão 11 (ENEM – 2009) O pó de café jogado no lixo caseiro e, principalmente, as grandes quantidades descartadas em bares e restaurantes poderão se transformar em uma nova opção de matéria prima para a produção de biodiesel, segundo estudo da Universidade de Nevada (EUA). No mundo, são cerca de 8 bilhões de quilogramas de pó de café jogados no lixo por ano. O estudo mostra que o café descartado tem 15% de óleo, o qual pode ser convertido em biodiesel pelo processo tradicional. Além de reduzir significativamente emissões prejudiciais, após a extração do óleo, o pó de café é ideal como produto fertilizante para jardim. Revista Ciência e Tecnologia no Brasil, n° 155, jan 2009 Considere o processo descrito e a densidade do biodiesel igual a 900 kg/m3. A partir da quantidade de pó de café jogada no lixo por ano, a produção de biodiesel seria equivalente a A) 1,08 bilhões de litros. B) 1,20 bilhões de litros. C) 1,33 bilhões de litros. D) 8,00 bilhões de litros. E) 8,80 bilhões de litros. 50 Questão 12 (ENEM – 2009) O uso da água do subsolo requer o bombeamento para um reservatório elevado. A capacidade de bombeamento (litros/hora) de uma bomba hidráulica depende da pressão máxima de bombeio, conhecida como altura manométrica H (em metros), do comprimento L da tubulação que se estende da bomba até o reservatório (em metros), da altura de bombeio h (em metros) e do desempenho da bomba (exemplificado no gráfico). De acordo com os dados a seguir, obtidos de um fabricante de bombas, para se determinar a quantidade de litros bombeados por hora para o reservatório com uma determinada bomba, deve-se: 1. Escolher a linha apropriada na tabela correspondente à altura (h), em metros, da entrada de água na bomba até o reservatório. 2. Escolher a coluna apropriada, correspondente ao comprimento total da tubulação (L), em metros, da bomba até o reservatório. 3. Ler a altura manométrica (H) correspondente ao cruzamento das respectivas linha e coluna na tabela. 4. Usar a altura manométrica no gráfico de desempenho para ler a vazão correspondente. Considere que se deseja usar uma bomba, cujo desempenho é descrito pelos dados acima, para encher um reservatório de 1.200 L que se encontra 30 m acima da entrada da bomba. Para fazer a tubulação entre a bomba e o reservatório seriam usados 200 m de cano. Nessa situação, é de se esperar que a bomba consiga encher o reservatório A) entre 30 e 40 minutos. B) em menos de 30 minutos. C) em mais de 1 h e 40 minutos. D) entre 40 minutos e 1 h e 10 minutos. E) entre 1 h e 10 minutos e 1 h e 40 minutos. 51 Questão 13 (ENEM – 2009) O controle de qualidade é uma exigência da sociedade moderna na qual os bens de consumo são produzidos em escala industrial. Nesse controle de qualidade são determinados parâmetros que permitem checar a qualidade de cada produto. O álcool combustível é um produtode amplo consumo muito adulterado, pois recebe adição de outros materiais para aumentar a margem de lucro de quem o comercializa. De acordo com a Agência Nacional de Petróleo (ANP), o álcool combustível deve ter densidade entre 0,805 g/cm3 e 0,811 g/cm3. Em algumas bombas de combustível a densidade do álcool pode ser verificada por meio de um densímetro similar ao desenhado abaixo, que consiste em duas bolas com valores de densidade diferentes e verifica quando o álcool está fora da faixa permitida. Na imagem, são apresentadas situações distintas para três amostras de álcool combustível. A respeito das amostras ou do densímetro, pode-se afirmar que A) a densidade da bola escura deve ser igual a 0,811 g/cm3. B) a amostra 1 possui densidade menor do que a permitida. C) a bola clara tem densidade igual à densidade da bola escura. D) a amostra que está dentro do padrão estabelecido é a de número 2. E) o sistema poderia ser feito com uma única bola de densidade entre 0,805 g/cm3 e 0,811 g/cm3. Questão 14 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 2) Um edifício tem sua caixa de água localizada no último andar. A pressão hidrostática em uma torneira localizada na garagem térrea é de 4,0 x 105 N/m2, enquanto a pressão de uma torneira localizada dez andares acima da garagem é de 1,0 x 105 N/m2. Pode se afirmar que o pé direito (altura) de cada pavimento é de: Dados: ρágua = 1000 kg/m3 , Aceleração da gravidade 10 m/s2 A) 2,5 m B) 3,0 m C) 4,0 m D) 5,0m Questão 15 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 1) O navio Solstício, pesando cerca de 134 mil toneladas, tem mais de mil pés (304 m) de comprimento e pode transportar até 4.250 passageiros. Sobre o fato de o navio flutuar, é CORRETO afirmar: A) O empuxo da água do mar sobre o navio é igual ao seu peso. B) O empuxo da água do mar sobre o navio é maior que o seu peso. C) A maioria dos materiais usados na construção do navio tem densidade menor que a da água. D) A maioria dos materiais usados na construção do navio tem densidade maior que a da água. (PUC-MG – 2011/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 12 E 13 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR. Dispositivos para observar o fundo dos oceanos Para suportar as pressões no fundo dos oceanos, que podem chegar a 11000 atm, dispositivos especiais foram projetados para não serem esmagados quando em operação nessas profundidades. Por exemplo, a Batisfera tem formato esférico e é utilizada para observações submarinas, podendo alcançar profundidades de até 900m. Em 1960, o cientista Frances Jaques Piccard, utilizando um equipamento semelhante à batisfera, o Batiscafo, mergulhou no oceano Pacifico e atingiu uma profundidade de 11000 m. (Adaptado de Física. Volume único. Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga, pág.165.) 52 Questão 16 (Ver enunciado acima) É CORRETO afirmar que a Batisfera foi projetada para ser submetida a pressões de até: A) 1,10 x 108 Pa B) 1,1 x 107 Pa C) 4,0 x 107 Pa D) 9,1 x 106 Pa Questão 17 (Ver enunciado acima) Considerando-se a Batisfera como uma esfera com 2,0 m de diâmetro, quando ela estiver a 900 m de profundidade, a força sobre sua superfície vale aproximadamente: A) 1,0 x 108 N B) 2,8 x 107 N C) 5,7 x 107 N D) 4,0 x 107 N. Questão 18 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 1) Quando tomamos refrigerante, utilizando canudinho, o refrigerante chega até nós, porque o ato de puxarmos o ar pela boca: A) reduz a aceleração da gravidade no interior do tubo. B) aumenta a pressão no interior do tubo. C) aumenta a pressão fora do canudinho. D) reduz a pressão no interior do canudinho. Questão 19 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 1) A frase “Isso é apenas a ponta do iceberg” é aplicada a situações em que a extensão conhecida de um determinado fato ou objeto é muito pequena, comparada ao restante, ainda encoberto, não revelado. No caso dos “icebergs” nos oceanos, isso ocorre porque: A) a densidade do gelo é muito menor que da água salgada. B) a densidade da água dos oceanos é ligeiramente maior que a densidade do gelo. C) as correntes marítimas arrastam os “icebergs” para regiões mais profundas dos oceanos, deixando acima da superfície da água uma pequena parte do volume dos mesmos. D) o empuxo da água salgada sobre os “icebergs” é menor que o peso dos mesmos. Questão 20 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 1) A figura representa duas caixas d’água, abertas para o ar, interligadas por um cano com uma válvula de passagem. A caixa da esquerda está cheia. Quando a válvula é aberta, a caixa da direita começa a encher até que o nível da água nas duas caixas seja o mesmo. É CORRETO afirmar: A) Ao final do processo, a pressão no fundo da caixa à esquerda será menor que no início. B) Durante o processo, a velocidade de escoamento da água é constante. C) Ao final do processo, a pressão no fundo da caixa à direita será maior que a pressão no fundo da caixa à esquerda. D) Durante o processo, a velocidade de escoamento da água aumenta. 53 Questão 21 (UEMG – 2010/2) A cidade de Joanesburgo, onde foi disputada a Copa do Mundo de futebol, está a 1.700 m acima do nível do mar. A Jabulani foi a bola usada nesse torneio esportivo. Júlio César e Felipe Melo, pouco antes de se chocarem e acontecer o gol de empate da Holanda, tiveram os seguintes pensamentos: Júlio César: a força de resistência do ar sobre a Jabulani, quando ela é chutada contra mim, é menor do que quando está no nível do mar. Felipe Melo: a pressão atmosférica aqui em Joanesburgo é menor do que no Rio de Janeiro, que é ao nível do mar. Fizeram afirmações corretas: A) Júlio César e Felipe Melo. B) Apenas Júlio César. C) Apenas Felipe Melo. D) Nenhum dos dois. Questão 22 (CEFET-MG – 2013/1) A figura seguinte mostra dois tubos de diâmetros diferentes, fechados e preenchidos com líquidos idênticos. A relação P1/P2 entre as pressões nos fundos dos tubos 1 e 2 é A) 4. B) 2. C) 1. D) 1/2. E) 1/4. Questão 23 (CEFET-MG – 2012/2) Um mergulhador, cuja massa total é de 88,0 kg e densidade média de 1,12 x 103 kg/m3, usando bolsas de ar presas à sua cintura, consegue emergir com maior facilidade. Considerando-se a aceleração da gravidade igual a 10,0 m/s2, a densidade da água do mar igual a 1,10 x 103 kg/m3 e desprezando-se a resistência com a água, o volume de ar a ser injetado nas bolsas, em m3, para que o mergulhador suba com velocidade constante igual a 0,50 m/s, é A) 1,4 x 10–3. B) 1,6 x 10–3. C) 4,0 x 10–3. D) 7,6 x 10–3. E) 8,0 x 10–3. 54 Questão 24 (CEFET-MG – 2012/1) A figura representa um tubo em “U” contendo água e óleo, sob pressão atmosférica normal. Nessa situação, é correto afirmar que A) as pressões nos pontos B e E são iguais. B) a relação entre as alturas ED e AC é 0,80. C) o líquido mais denso está do lado esquerdo. D) os dois lados do tubo deveriam ter a mesma altura. E) as pressões em cada lado são iguais apenas no fundo do tubo. Questão 25 (CEFET-MG – 2010/2) Uma esfera de massa 0,100 kg e volume 1,025 x 10-4 m3 encontra-se presa ao fundo de uma piscina que contém água e a 2,00 m da superfície, por um fio inextensível, conforme figura seguinte. Se em um dado instante, a esfera desprende-se do fio, então, o tempo para ela atingir a superfície da piscina, em segundos, é igual a A) 0,50. B) 1,00. C) 2,00. D) 3,00. E) 4,00. Questão 26 (CEFET-MG – 2010/1) Um joalheiro é solicitado a verificar se uma jóia é feita de ouro puro, ou se é uma liga de ouro e prata, como na clássica experiência de Arquimedes. Ao medir o peso desse objeto no ar e depois totalmente mergulhado em água, obteve-se, respectivamente, 2,895 N e 2,745 N. Ele conclui que a jóia é ____________, com _____________ de massa de ouro. A opção que completa, corretamente, o texto é A) uma liga; 15,0 g. B) umaliga; 28,0 g. C) de ouro puro; 43,0 g. D) de ouro puro; 274,5 g. E) de ouro puro; 289,5 g. 55 Questão 27 (CEFET-MG – 2009/2) Um cilindro de madeira de massa igual a 600 g flutua com 3/4 do seu volume submerso em água. Nessas condições, a(o) A) peso do cilindro é igual a 8,0 N. B) volume do cilindro é igual a 750 cm3. C) empuxo sobre o cilindro vale 0,60 N. D) densidade do cilindro vale 0,75 g/cm3. E) volume de água deslocado é igual a 800 cm3. Questão 28 (CEFET-MG – 2009/1) O empuxo é uma força que surge quando um corpo é imerso em um fluido, portanto é correto afirmar que A) o volume do corpo submerso é igual ao volume da água deslocada. B) a força de empuxo sobre um corpo submerso varia com a profundidade. C) o peso aparente de um corpo imerso em um fluido é igual a sua massa. D) o volume do corpo submerso é igual ao dobro do volume da água deslocada. E) a força de empuxo é inversamente proporcional ao volume do corpo deslocado. Questão 29 (UFMG – 2009) Um estudante enche dois balões idênticos – K e L –, usando, respectivamente, gás hélio (He) e gás hidrogênio (H2). Em seguida, com um barbante, ele prende cada um desses balões a um dinamômetro, como mostrado nesta figura: Os dois balões tem o mesmo volume e ambos estão à mesma temperatura. Sabe-se que, nessas condições, o gás hélio é mais denso que o gás hidrogênio. Sejam EK e EL os módulos do empuxo da atmosfera sobre, respectivamente, os balões K e L. Pela leitura dos dinamômetros, o estudante verifica, então, que os módulos da tensão nos fios dos balões K e L são, respectivamente, TK e TL. Considerando-se essas informações, e CORRETO afirmar que A) TK > TL e EK = EL. B) TK < TL e EK = EL. C) TK < TL e EK ≠ EL. D) TK > TL e EK ≠ EL. 56 Questão 30 (UFMG – 2007) Um reservatório de água é constituído de duas partes cilíndricas, interligadas, como mostrado nesta figura: A área da seção reta do cilindro inferior é maior que a do cilindro superior. Inicialmente, esse reservatório está vazio. Em certo instante, começa-se a enchê-lo com água, mantendo-se uma vazão constante. Assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa a pressão, no fundo do reservatório, em função do tempo, desde o instante em que se começa a enchê-lo até o instante em que ele começa a transbordar. Questão 31 (UFMG – 2011 – 2ª etapa) Um béquer contendo água está colocado sobre uma balança e, ao lado deles, uma esfera de aço maciça, com densidade de 5,0 g/cm3, pendurada por uma corda, está presa a um suporte, como mostrado na Figura I. Nessa situação, a balança indica um peso de 12 N e a tensão na corda é de 10 N. Em seguida, a esfera de aço, ainda pendurada pela corda, é colocada dentro do béquer com água, como mostrado na Figura II. Considerando essa nova situação, DETERMINE: A) a tensão na corda. B) o peso indicado na balança. 57 Questão 32 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) Considere a experiência que se descreve a seguir, realizada pelo Professor Márcio: Inicialmente, ele coloca um copo cheio de água, à temperatura ambiente e prestes a transbordar, sobre um prato vazio, como mostrado na figura ao lado. Em seguida, lentamente, ele abaixa um bloco de 18 g de gelo sobre a água, até que ele alcance o equilíbrio mecânico. Considere que a densidade do gelo e a da água são constantes e valem, respectivamente, 0,90 g/cm3 e 1,0 g/cm3. A partir dessas informações, DETERMINE 1. a massa de água que transborda do copo para o prato, antes que o gelo inicie seu processo de fusão. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. a massa de água no prato, após a fusão completa do gelo. JUSTIFIQUE sua resposta. 58 13 – TRABALHO E POTÊNCIA Questão 1 (ENEM – 2015) Uma análise criteriosa do desempenho de Usain Bolt na quebra do recorde mundial dos 100 metros rasos mostrou que, apesar de ser o último dos corredores a reagir ao tiro e iniciar a corrida, seus primeiros 30 metros foram os mais velozes já feitos em um recorde mundial, cruzando essa marca em 3,78 segundos. Até se colocar com o corpo reto, foram 13 passadas, mostrando sua potência durante a aceleração, o momento mais importante da corrida. Ao final desse percurso, Bolt havia atingido a velocidade máxima de 12 m/s. Disponível em: http://esporte.uol.com.br. Acesso em: 5 ago. 2012 (adaptado). Supondo que a massa desse corredor seja igual a 90 kg, o trabalho total realizado nas 13 primeiras passadas é mais próximo de: A) 5,4×102 J. B) 6,5×103 J. C) 8,6×103 J. D) 1,3×104 J. E) 3,2×104 J. Questão 2 (ENEM – 2010) A energia elétrica consumida nas residências é medida, em quilowatt-hora, por meio de um relógio medidor de consumo. Nesse relógio, da direita para esquerda, tem-se o ponteiro da unidade, da dezena, da centena e do milhar. Se um ponteiro estiver entre dois números, considera-se o último número ultrapassado pelo ponteiro. Suponha que as medidas indicadas nos esquemas seguintes tenham sido feitas em uma cidade em que o preço do quilowatt-hora fosse de R$ 0,20. FILHO, A.G.; BAROLLI, E. Instalação Elétrica. São Paulo: Scipione, 1997. O valor a ser pago pelo consumo de energia elétrica registrado seria de A) R$ 41,80. B) R$ 42.00. C) R$ 43.00. D) R$ 43,80. E) R$ 44,00. 59 Questão 3 (ENEM – 2010) Com o objetivo de se testar a eficiência de fornos de micro-ondas, planejou-se o aquecimento em 10°C de amostras de diferentes substâncias, cada uma com determinada massa, em cinco fornos de marcas distintas. Nesse teste, cada forno operou à potência máxima. O forno mais eficiente foi aquele que A) forneceu a maior quantidade de energia às amostras. B) cedeu energia à amostra de maior massa em mais tempo. C) forneceu a maior quantidade de energia em menos tempo. D) cedeu energia à amostra de menor calor específico mais lentamente. E) forneceu a menor quantidade de energia às amostras em menos tempo. Questão 4 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 1) Trabalho mecânico é feito quando: A) um objeto se move. B) uma força move um objeto. C) uma força é aplicada a um objeto. D) a energia não se conserva. Questão 5 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 1) A figura mostra quatro situações em que uma força age sobre um mesmo bloco apoiado sobre uma superfície de atrito desprezível. As forças são iguais em módulo e, em cada caso, o bloco se desloca a uma distância x. O maior trabalho é realizado na situação: Questão 6 (CEFET-MG – 2010/2) Referindo-se à relação entre trabalho e energia, afirma-se: I. A energia total de um sistema fechado é sempre conservada. II. A energia cinética é igual ao trabalho realizado pela força resultante. III. O trabalho realizado por forças conservativas independe da trajetória. IV. O trabalho realizado por forças dissipativas, numa trajetória fechada, é nulo. O princípio da conservação da energia é obedecido nos itens A) I e III. B) I e IV. C) II e III. D) II e IV. E) III e IV. Questão 7 (UFMG – 2007) Antônio precisa elevar um bloco até uma altura h. Para isso, ele dispõe de uma roldana e de uma corda e imagina duas maneiras para realizar a tarefa, como mostrado nestas figuras: Despreze a massa da corda e a da roldana e considere que o bloco se move com velocidade constante. Sejam FI o módulo da força necessária para elevar o bloco e TI o trabalho realizado por essa força na situação mostrada na Figura I. Na situação mostrada na Figura II, essas grandezas são, respectivamente, FII e TII. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que A) 2FI = FII e TI = TII. B) FI = 2FII e TI = TII. C) 2FI = FII e 2TI = TII. D) FI = 2FII e TI = 2TII. 60 14 – CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA Questão 1 (ENEM – 2015) Um garoto foi à loja comprarum estilingue e encontrou dois modelos: um com borracha mais “dura” e outro com borracha mais “mole”. O garoto concluiu que o mais adequado seria o que proporcionasse maior alcance horizontal, D, para as mesmas condições de arremesso, quando submetidos à mesma força aplicada. Sabe-se que a constante elástica kd (do estilingue mais “duro”) é o dobro da constante elástica km (do estilingue mais “mole”). A razão entre os alcances Dd/Dm, referentes aos estilingues com borrachas “dura” e “mole”, respectivamente, é igual a A) 1/4. B) 1/2. C) 1. D) 2. E) 4. F) Questão 2 (ENEM – 2012) Os carrinhos de brinquedo podem ser de vários tipos. Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a criança puxa o carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial. O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é verificado em A) um dínamo. B) um freio de automóvel. C) um motor a combustão. D) uma usina hidroelétrica. E) uma atiradeira (estilingue). Questão 3 (ENEM – 2011) Uma das modalidades presentes nas olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta estão representados na figura: Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou seja, o máximo de energia seja conservada, é necessário que A) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica representada na etapa IV. B) a energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV. C) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III. D) a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV. E) a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III. 61 Questão 4 (ENEM – 2009) Considere a ação de se ligar uma bomba hidráulica elétrica para captar água de um poço e armazená-la em uma caixa d'água localizada alguns metros acima do solo. As etapas seguidas pela energia entre a usina hidroelétrica e a residência do usuário podem ser divididas da seguinte forma: I. na usina: água flui da represa até a turbina, que aciona o gerador para produzir energia elétrica; II. na transmissão: no caminho entre a usina e a residência do usuário a energia elétrica flui por condutores elétricos; III. na residência: a energia elétrica aciona um motor cujo eixo está acoplado ao de uma da bomba hidráulica e, ao girar, cumpre a tarefa de transferir água do poço para a caixa. As etapas l, II e III acima mostram, de forma resumida e simplificada, a cadeia de transformações de energia que se processam desde a fonte de energia primária até o seu uso final. A opção que detalha o que ocorre em cada etapa é: A) Na etapa l, energia potencial gravitacional da água armazenada na represa transforma-se em energia potencial da água em movimento na tubulação, a qual, lançada na turbina, causa a rotação do eixo do gerador elétrico e a correspondente energia cinética, dá lugar ao surgimento de corrente elétrica. B) Na etapa l, parte do calor gerado na usina se transforma em energia potencial na tubulação, no eixo da turbina e dentro do gerador; e também por efeito Joule no circuito interno do gerador. C) Na etapa II, elétrons movem-se nos condutores que formam o circuito entre o gerador e a residência; nessa etapa, parte da energia elétrica transforma-se em energia térmica por efeito Joule nos condutores e parte se transforma em energia potencial gravitacional. D) Na etapa III, a corrente elétrica é convertida em energia térmica, necessária ao acionamento do eixo da bomba hidráulica, que faz a conversão em energia cinética ao fazer a água fluir do poço até a caixa, com ganho de energia potencial gravitacional pela água. E) Na etapa III, parte da energia se transforma em calor devido a forças dissipativas (atrito) na tubulação; e também por efeito Joule no circuito interno do motor; outra parte é transformada em energia cinética da água na tubulação e potencial gravitacional da água na caixa d'água. Questão 5 (ENEM – 2007) Representar objetos tridimensionais em uma folha de papel nem sempre é tarefa fácil. O artista holandês Escher (1898-1972) explorou essa dificuldade criando várias figuras planas impossíveis de serem construídas como objetos tridimensionais, a exemplo da litografia Belvedere, reproduzida ao lado. Considere que um marceneiro tenha encontrado algumas figuras supostamente desenhadas por Escher e deseje construir uma delas com ripas rígidas de madeira que tenham o mesmo tamanho. Qual dos desenhos a seguir ele poderia reproduzir em um modelo tridimensional real? A) C) E) B) D) 62 Questão 6 (ENEM – 2007) Istoé, n.o 1.864, set./2005, p. 69 (com adaptações). Com o projeto de mochila ilustrado acima, pretende-se aproveitar, na geração de energia elétrica para acionar dispositivos eletrônicos portáteis, parte da energia desperdiçada no ato de caminhar. As transformações de energia envolvidas na produção de eletricidade enquanto uma pessoa caminha com essa mochila podem ser assim esquematizadas: As energias I e II, representadas no esquema acima, podem ser identificadas, respectivamente, como A) cinética e elétrica. B) térmica e cinética. C) térmica e elétrica. D) sonora e térmica. E) radiante e elétrica. 63 Questão 7 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 1) Um corpo pode descer de uma dada altura até o solo por três caminhos diferentes, conforme figura a seguir. Assinale a afirmativa CORRETA. A) O trabalho realizado pelo peso é maior em (3). B) O trabalho do peso na descida é negativo em qualquer dos casos. C) A variação da energia potencial gravitacional tem um valor negativo e diferente para cada uma das trajetórias. D) O trabalho realizado pelo peso é o mesmo em qualquer das trajetórias. Questão 8 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 1) Três massas idênticas são lançadas de uma altura h e correm sobre os trilhos A, B e C. As massas atingem as alturas hA, hB e hC, respectivamente. É CORRETO afirmar que: A) hA >hB > hC B) hB > hA > hC C) hC > hB > hA D) hA = hB = hC Questão 9 (UEMG – 2010/1) Dois objetos de mesma massa são abandonados, simultaneamente, da mesma altura, na Lua e na Terra, em queda livre. Sobre essa situação, Carolina e Leila chegaram às seguintes conclusões: Carolina: Como partiram do repouso e de uma mesma altura, ambos atingiram o solo com a mesma energia cinética. Leila: Como partiram do repouso e da mesma altura, ambos atingiram o solo no mesmo instante. Sobre tais afirmações, é CORRETO dizer que A) as duas afirmações são falsas. B) as duas afirmações são verdadeiras. C) apenas Carolina fez uma afirmação verdadeira. D) apenas Leila fez uma afirmação verdadeira. 64 Questão 10 (CEFET-MG – 2013/1) Um corpo desce escorregando, partindo do repouso do ponto mais alto de uma rampa, conforme mostrado na figura. Durante esse trajeto até o solo, 20% de sua energia mecânica é dissipada na forma de calor. Se a velocidade de chegada ao solo foi igual a 8,0 m/s, então a altura (h) da rampa de lançamento, em metros, é A) 8,0. B) 6,4. C) 5,2. D) 4,0. E) 2,0. Questão 11 (CEFET-MG – 2010/2) Uma mola, de constante elástica k = 100 N/m, encontra-se comprimida em 20,0 cm por um bloco de massa m = 1,00 kg,apoiado sobre uma superfície horizontal, conforme figura abaixo. Após abandonar a mola, esse bloco passa a se mover sobre uma superfície, cujo coeficiente de atrito cinético vale 0,50. Nessas condições, o tempo necessário, em s, para atingir o repouso é igual a A) 0,20. B) 0,40. C) 0,60. D) 0,80. E) 1,00. Questão 12 (CEFET-MG – 2010/1) Um bloco de massa m = 2,0 kg pressiona uma mola de constante elástica k = 400 N/m, comprimindo-a em 20 cm. Ao ser liberada, a mola projeta-o ao longo da superfície AB, sobe a rampa inclinada, alcança a plataforma horizontal de altura H = 0,20 m e passa pelo ponto C com velocidade igual a 1,0 m/s. Ao longo do percurso AC, o trabalho realizado pela força de atrito, em J, vale A) 1,0. B) 2,0. C) 3,0. D) 4,0. E) 8,0. 65 Questão 13 (UFMG – 2008) Observe o perfil de uma montanha russa representado nesta figura: Um carrinho é solto do ponto M , passa pelos pontos N e P e só consegue chegar até o ponto Q. Suponha que a superfície dos trilhos apresenta as mesmas características em toda a sua extensão. Sejam ECN e ECP as energias cinéticas do carrinho, respectivamente, nos pontos N e P e ETP e ETQ as energias mecânicas totais do carrinho, também respectivamente, nos pontos P e Q. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que A) ECN = ECP e ETP = ETQ. B) ECN = ECP e ETP > ETQ. C) ECN > ECP e ETP = ETQ. D) ECN > ECP e ETP > ETQ. Questão 14 (UFMG – 2007 – 2ª etapa) (Constituída de dois itens.) Um bungee-jump é instalado no alto de um edifício, como mostrado na Figura I: Esse aparelho é constituído de uma corda elástica que tem uma das extremidades presa a uma haste, acima de uma plataforma de salto. A extremidade livre dessa corda alcança o mesmo nível que a plataforma, a 50 m do solo, como mostrado na Figura I. Guilherme decide pular desse bungee-jump. Inicialmente, ele é amarrado à extremidade da corda, que se distende, lentamente, até que ele fique em equilíbrio, pendurado a 20 m da plataforma, como mostrado na Figura II. A massa de Guilherme é 60 kg. Em seguida, Guilherme retorna à plataforma, de onde se deixa cair, verticalmente, preso à corda elástica. Considerando essas informações, 1. CALCULE a constante elástica da corda. 2. CALCULE a menor distância que Guilherme vai atingir em relação ao solo. 66 15 – CONSERVAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO Questão 1 (ENEM – 2014) Para entender os movimentos dos corpos, Galileu discutiu o movimento de uma esfera de metal em dois planos inclinados sem atritos e com a possibilidade de se alterarem os ângulos de inclinação, conforme mostra a figura. Na descrição do experimento, quando a esfera de metal é abandonada para descer um plano inclinado de um determinado nível, ela sempre atinge, no plano ascendente, no máximo, um nível igual àquele em que foi abandonada. Galileu e o plano inclinado. Disponível em www.fisica.ufpp.br. Acesso em: 21 ago. 2012 (adaptado). Se o ângulo de inclinação do plano de subida for reduzido a zero, a esfera A) manterá sua velocidade constante, pois o impulso resultante sobre ela será nulo. B) manterá sua velocidade constante, pois o impulso da descida continuará a empurrá-la. C) diminuirá gradativamente a sua velocidade, pois não haverá mais impulso para empurrá-la. D) diminuirá gradativamente a sua velocidade, pois o impulso resultante será contrário ao seu movimento. E) aumentará gradativamente a sua velocidade, pois não haverá nenhum impulso contrário ao seu movimento. Questão 2 (ENEM – 2014) O pêndulo de Newton pode ser constituído por cinco pêndulos idênticos suspensos em um mesmo suporte. Em um dado instante, as esferas de três pêndulos são deslocadas para a esquerda e liberadas, deslocando-se para a direita e colidindo elasticamente com as outras duas esferas, que inicialmente estavam paradas. O movimento dos pêndulos após a primeira colisão está representado em: A) B) C) D) E) 67 Questão 3 (PUC-MG – 2013/1 – Nível 1) Uma bola de borracha é solta de uma altura de 5 m e cai livremente, chocando- se diversas vezes com um piso rígido. Observa-se que, após cada colisão, a bola sobe e atinge uma altura que corresponde a 80% da altura anterior. Após a terceira colisão, com o piso rígido, a bola atinge uma altura aproximadamente, em metros, de: A) 4,0 B) 3,2 C) 2,5 D) 1,0 Questão 4 (PUC-MG – 2013/1 – Nível 1) Considerando-se, por exemplo, a primeira colisão da questão acima, é CORRETO afirmar: A) A velocidade com que a bola atinge o solo é igual à velocidade com que ela abandona o solo. B) A velocidade com que a bola se solta do solo é 80% da velocidade com que ela atinge o solo. C) A velocidade com que a bola se solta do solo é menor que 80% da velocidade com que ela atinge o solo, já que a energia cinética depende da velocidade ao quadrado. D) A velocidade com que a bola se solta do solo é maior que 80% da velocidade com que ela atinge o solo, já que a energia cinética depende da velocidade ao quadrado. (PUC-MG – 2010/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 5 A 7 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR, ADAPTADO DE FOLHA DE S.PAULO, 26/07/2009. NA HORA DO ACIDENTE, BRASILEIRO REDUZIA Eram os instantes finais do segundo bloco do treino classificatório para o GP da Hungria. Felipe Massa tinha o terceiro melhor tempo, mas decidiu abrir uma volta rápida, tentando melhorar, buscando o acerto ideal para o Q3, a parte decisiva da sessão, a luta pela pole position. Percorria a pequena reta entre as curvas 3 e 4 da pista de Hungaroring e começava a reduzir de quase 360 km/h para 270 km/h quando apagou. Com os pés cravados tanto no freio como no acelerador, não virou o volante para a esquerda, passou por uma faixa de grama, retornou para a pista e percorreu a área de escape até bater de frente na barreira de pneus. Atônito, o autódromo assistiu às cenas sem entender a falta de reação do piloto. O mistério só foi desfeito pelas imagens da câmera on board: uma peça atingiu o flanco esquerdo do capacete, fazendo com que o ferrarista perdesse os reflexos. A mola mede cerca de 10 cm x 5 cm e pesa aproximadamente 1 kg, segundo o piloto da Brawn, que, antes de saber que ela havia causado o acidente, disse que seu carro ficou "inguiável" quando a suspensão quebrou. Quando a mola atingiu o capacete, considerando a velocidade do carro e da própria mola, Felipe Massa sentiu como se tivesse caído em sua cabeça um objeto de aproximadamente 150 Kg. Para as questões que se seguem, considere as aproximações. A variação da velocidade no carro de Felipe Massa e da mola sempre se deu em um movimento retilíneo uniformemente variado. Considere a mola com uma massa de 1 kg e que, no momento da colisão, o carro de Felipe Massa tinha uma velocidade de 270 km/h e a mola com 198 km/h, em sentido contrário. Considere ainda que a colisão teve uma duração de 1 x 10-1 s e que levou a mola ao repouso, em relação ao carro de Felipe Massa. Questão 5 (Ver enunciado acima) Considerando os dados do texto, marque a opção que indica a força exercida pela mola contra o capacete de Felipe Massa. A) F = 2,0 x 102 N B) F = 4,7 x 103 N C) F = 7,2 x 102 N D) F = 1,3 x 103 N 68 Questão 6 (Ver enunciado acima) Como informado no texto e considerando as aproximações feitas, marque a opção cujo gráfico melhor representa a velocidade do veículo de Felipe Massa em função do tempo. A) B) C) D) Questão 7 (Ver enunciado acima) De que altura a mola deveria cair, em movimento de queda livre, para atingir a mesma velocidade com que se deu o impacto? A) 15 m B) 152 m C) 456 m D) 845 m (PUC-MG – 2009/2 – Nível 2) As questões 8 e 9 referem-se aotexto a seguir. A ideia da conservação de algumas grandezas nas ciências é muito antiga. O poeta romano Lucrécio (século I a.c) afirmava que nada pode mudar o conjunto das coisas porque não há lugar exterior para onde possa ir ou de onde possa vir qualquer espécie de coisa. Mais tarde, o cientista francês Antoine L. Lavousier (1743-1794) mostrou através de experiências cuidadosas que a massa contida em qualquer sistema fechado permanece constante. Mas, em se tratando de movimento, a questão de sua conservação vai além de se conservar apenas a velocidade. Uma compreensão para a conservação do movimento surgiu junto com o conceito da grandeza denominada quantidade de movimento (p), definida inicialmente como uma grandeza escalar da seguinte forma: p = mv em que m e v são respectivamente a massa e a velocidade escalar do objeto. Porém a conservação da quantidade de movimento só se tornou possível depois que Newton lhe atribuiu um caráter vetorial substituindo-a por p = mv (os negritos em p e v indicam que são grandezas vetoriais). A partir daí, foi possível atribuir sinal (+/-) à quantidade de movimento bem como obter seus componentes no plano e no espaço, que são condições essenciais para que a quantidade de movimento de um sistema antes e depois de uma interação pudesse manter-se inalterada. (GASPAR, Alberto. Física. Vol. Único. Manual do professor, pág.22) Questão 8 (Ver enunciado acima) A figura mostra um objeto de massa m1 = 2 kg, que desliza sobre um superfície sem atrito com uma velocidade de 6 m/s. O objeto colide com um segundo corpo em repouso, de massa m2 = 4 kg. A partir daí, os objetos passam a se mover juntos em linha reta com uma velocidade Vc. É CORRETO afirmar que a velocidade do conjunto é: A) Vc = 6 m/s B) Vc = 2 m/s C) Vc = 0,8 m/s D) Vc = 4 m/s 69 Questão 9 (Ver enunciado acima) Se considerarmos que o movimento ocorre sem a presença de atrito, é CORRETO afirmar sobre a energia cinética do sistema: A) A energia cinética tem o mesmo valor antes e depois da colisão, ou seja, a energia cinética se conserva. B) A energia cinética antes da colisão é menor que após a colisão. C) Não é possível aplicar o conceito de conservação de energia a esse caso. D) A energia cinética antes da colisão é maior que após a colisão. Questão 10 (CEFET-MG – 2012/2) Dois meninos arremessam suas bolinhas de gude (vidro) frontalmente uma contra a outra. Se, antes de se chocarem, elas se moviam com energias cinéticas EA e EB e com quantidades de movimento qA e qB, então, a quantidade de movimento e a energia cinética do conjunto formado por essas bolinhas, supondo uma colisão inelástica, serão, respectivamente, igual a __________________ e ________________ . As expressões que completam, respectivamente, as lacunas de forma correta são A) qA + qB / igual a EA – EB B) qA + qB / igual a EA + EB C) qA – qB / igual a EA + EB D) qA + qB / menor que EA + EB E) qA – qB / menor que EA + EB Questão 11 (CEFET-MG – 2012/1) Em uma quadra poliesportiva, um jogador, com os braços estendidos à altura de sua cabeça, solta uma bola de futebol verticalmente a partir do repouso. Em seguida essa bola colide com o piso horizontal da quadra e, logo após, ela atinge uma altura menor do que a inicial. Desprezando-se a resistência do ar, nessas circunstâncias, A) a colisão com o piso horizontal é elástica. B) a quantidade de movimento da bola é variável. C) a energia mecânica conserva-se durante o trajeto. D) a energia cinética conserva-se durante o movimento. E) a energia potencial permanece constante durante o movimento. Questão 12 (CEFET-MG – 2011/2) Analise as seguintes situações: I. Uma bola de gude, após chocar-se frontalmente com uma parede, inverte o sentido do seu movimento mantendo o módulo da velocidade. II. Em um pátio de manobras de uma ferrovia, uma locomotiva colide com um vagão, em repouso, e os dois passam a se mover juntos, presos pelo sistema de engate. III. Uma bola de bilhar A, após atingir frontalmente uma bola B, idêntica e em repouso, ficará em repouso e a B passará a se mover na direção inicial. IV. Um bloco é solto verticalmente sobre uma plataforma que se movimenta horizontalmente, e ambos passam a se mover juntos. Pode-se concluir que ocorre conservação da quantidade de movimento e de energia mecânica apenas em A) II. B) III. C) I e III. D) I e IV. E) II e IV. 70 Questão 13 (CEFET-MG – 2011/1) Se dois corpos sofrem uma colisão perfeitamente inelástica, então, a energia mecânica _____________, a energia cinética ______________ e o momento linear ______________. Os termos que completam, correta e respectivamente, as lacunas são: A) varia, varia, varia. B) varia, varia, conserva-se. C) conserva-se, conserva-se, varia. D) varia, conserva-se, conserva-se. E) conserva-se, conserva-se, conserva-se. Questão 14 (CEFET-MG – 2010/1) Um homem, de massa m, está em pé e parado na extremidade de uma canoa, de massa M, que flutua em repouso em relação à água parada. De repente, o homem move-se em direção à extremidade oposta da embarcação, com uma velocidade v, relativa à água. Desprezando-se o atrito entre a água e a canoa, o módulo da velocidade V desta, em relação à água, é dado por A) v M mV = B) v m MV = C) v Mm mV + = D) v m MmV += E) v m mMV −= Questão 15 (UFMG – 2013 – 2ª etapa) A professora Beatriz deseja medir o coeficiente de restituição de algumas bolinhas fazendo-as colidir com o chão em seu laboratório. Esse coeficiente de restituição é a razão entre a velocidade da bolinha imediatamente após a colisão e a velocidade da bolinha imediatamente antes da colisão. Neste caso, o coeficiente só depende dos materiais envolvidos. Nos experimentos que a professora realiza, a força de resistência do ar é desprezível. Inicialmente, a professora Beatriz solta uma bolinha – a bolinha 1 – em queda livre da altura de 1,25 m e verifica que, depois bater no chão, a bolinha retorna até a altura de 0,80 m. 1. CALCULE a velocidade da bolinha no instante em que A) Ela chega ao chão. B) Ela perde o contato com o chão, na subida. Depois de subir até a altura de 0,80 m, a bolinha desce e bate pela segunda vez no chão. 2. DETERMINE a velocidade da bolinha imediatamente após essa segunda batida. A seguir, a professora Beatriz pega outra bolinha – a bolinha 2 –, que tem o mesmo tamanho e a mesma massa, mas é feita de material diferente da bolinha 1. Ela solta a bolinha 2 em queda livre, também da altura de 1,25 m, e verifica que essa bolinha bate no chão e fica parada, ou seja, o coeficiente de restituição é nulo. Considere que os tempos de colisão das bolinhas 1 e 2 com o chão são iguais. Sejam F1 e F2 os módulos das forças que as bolinhas 1 e 2 fazem, respectivamente, sobre o chão durante a colisão. 3. ASSINALE com um X a opção que indica a relação entre F1 e F2. ( ) F1 < F2 ( ) F1 = F2 ( ) F1 > F2 JUSTIFIQUE sua resposta. 71 Questão 16 (UFMG – 2012 – 2ª etapa) Nesta figura, está representada, de forma esquemática, a órbita de um cometa em torno do Sol: Nesse esquema, estão assinalados os pontos – P, Q, R e S – da órbita do cometa. 1. Assinalando com um X a quadrícula apropriada INDIQUE em qual dos pontos – P, Q, R ou S – o módulo da aceleração do cometa é maior. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Na trajetória descrita pelo cometa, a quantidade de movimento do cometa se conserva? JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 17 (UFMG – 2010 – 2ª etapa) Duas esferas – R e S – estão penduradas por fios de mesmo comprimento. Inicialmente, a esfera S está na posição de equilíbrio e o fio da esfera R faz um ângulo de 60° coma vertical, como mostrado na figura ao lado. Em seguida, a esfera R é solta, colide com a esfera S e retorna a um ponto em que seu fio faz um ângulo de 45° com a vertical. Analisando a situação descrita, RESPONDA: A) Logo após a colisão, qual das duas esferas – R ou S – tem mais energia cinética? JUSTIFIQUE sua resposta. B) Logo após a colisão, o módulo da quantidade de movimento da esfera R é menor, igual ou maior que o da esfera S? JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 18 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) Em julho de 1994, um grande cometa denominado Shoemaker-Levi 9 atingiu Júpiter, em uma colisão frontal e inelástica. De uma nave no espaço, em repouso em relação ao planeta, observou-se que a velocidade do cometa era de 6,0 x 104 m/s antes da colisão. Considere que a massa do cometa é 3,0 x 1014 kg e que a massa de Júpiter é 1,8 x 1027 kg. Com base nessas informações, CALCULE 1. a velocidade, em relação à nave, com que Júpiter se deslocou no espaço, após a colisão. 2. a energia mecânica total dissipada na colisão do cometa com Júpiter. 72 16 – CALOR E TEMPERATURA Questão 1 (ENEM – 2015) As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores a combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera. Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência? A) Alto calor específico. B) Alto calor latente de fusão. C) Baixa condutividade térmica. D) Baixa temperatura de ebulição. E) Alto coeficiente de dilatação térmica. Questão 2 (ENEM – 2015) Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura. Tipo de selo Variação de temperatura A menor que 10% B entre 10% e 25% C entre 25% e 40% D entre 40% e 55% E maior que 55% Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10 oC e outra a 40 oC, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16 oC. Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada? A) A B) B C) C D) D E) E Questão 3 (ENEM – 2013) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70 °C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30 °C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25 °C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal? A) 0,111. B) 0,125. C) 0,357. D) 0,428. E) 0,833. 73 Questão 4 (ENEM – 2013) Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente. A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi A) igual no aquecimento e igual no resfriamento. B) maior no aquecimento e igual no resfriamento. C) menor no aquecimento e igual no resfriamento. D) maior no aquecimento e menor no resfriamento. E) maior no aquecimento e maior no resfriamento. Questão 5 (ENEM – 2011) Partículas suspensas em um fluido apresentam contínua movimentação aleatória, chamado movimento browniano, causado pelos choques das partículas que compõem o fluido. A ideia de um inventor era construir uma série de palhetas, montadas sobre um eixo, que seriam postas em movimento pela agitação das partículas ao seu redor. Como o movimento ocorreria igualmente em ambos os sentidos de rotação, o cientista concebeu um segundo elemento, um dente de engrenagem assimétrico. Assim, em escala muito pequena, este tipo de motor poderia executar trabalho, por exemplo, puxando um pequeno peso para cima. O esquema, que já foi testado, é mostrado a seguir. Inovação Tecnológica. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado). A explicação para a necessidade do uso da engrenagem com trava é: A) O travamento do motor, para que ele não se solte aleatoriamente. B) A seleção da velocidade, controlada pela pressão nos dentes da engrenagem. C) O controle do sentido da velocidade tangencial, permitindo, inclusive, uma fácil leitura do seu valor. D) A determinação do movimento, devido ao caráter aleatório, cuja tendência é o equilíbrio. E) A escolha do ângulo a ser girado, sendo possível, inclusive, medi-lo pelo número de dentes da engrenagem. 74 Questão 6 (ENEM – 2011) Certas ligas estanho-chumbo com composição específica formam um eutético simples, o que significa que uma liga com essas características se comporta como uma substância pura, com um ponto de fusão definido, no caso 183 ºC. Essa é uma temperatura inferior mesmo ao ponto de fusão dos metais que compõem esta liga (o estanho puro funde a 232 ºC e o chumbo puro a 320 ºC), o que justifica sua ampla utilização na soldagem de componentes eletrônicos, em que o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado. De acordo com as normas internacionais, os valores mínimo e máximo das densidades para essas ligas são de 8,74 g/mL e 8,82 g/mL, respectivamente. As densidades do estanho e do chumbo são 7,3 g/mL e 11,3 g/mL, respectivamente. Um lote contendo 5 amostras de solda estanho- chumbo foi analisado por um técnico, por meio da determinação de sua composição percentual em massa, cujos resultados estão mostrados no quadro a seguir. Disponível em: http://www.eletrica.ufpr.br. Com base no texto e na analise realizada pelo técnico, as amostras que atendem as normas internacionais são A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) III e V. E) IV e V. Questão 7 (ENEM – 2010) Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras “calor” e “temperatura” de forma diferente de como elas são usadas no meio científico. Na linguagem corrente, calor é identificado como “algo quente” e temperatura mede a “quantidade de calor de um corpo”. Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática. Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura? A) A temperatura da água pode ficar constante durante o tempo em que estiver fervendo. B) Uma mãe coloca a mão na água da banheira do bebê para verificar a temperatura da água. C) A chama de um fogão pode ser usada para aumentar a temperatura daágua em uma panela. D) A água quente que está em uma caneca é passada para outra caneca a fim de diminuir sua temperatura. E) Um forno pode fornecer calor para uma vasilha de água que está em seu interior com menor temperatura do que a dele. Questão 8 (ENEM – 2010) Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100°C. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência: • Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa. • Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosamente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando-a em seguida. • Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo. Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento A) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa. B) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa. C) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água. D) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água. E) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição. 75 Questão 9 (ENEM – 2010) No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoóis vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, alcoóis como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. Dados: Massas molares em g/mol: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0. BAIRD, C. Química Ambiental. São Paulo: Artmed, 1995 (adaptado). Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar A) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 22,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. B) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 29,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. C) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. D) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. E) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado. Questão 10 (ENEM – 2010) As cidades industrializadas produzem grandes proporções de gases como o CO2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de combustíveis fósseis queimados, principalmente no transporte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por “ilhas de calor”. Tal fenômeno ocorre porque esses materiais absorvem o calor e o devolvem para o ar sob a forma de radiação térmica. Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito estufa e das “ilhas de calor”, espera-se que o consumo de energia elétrica A) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias metalúrgicas. B) aumente devido ao bloqueio da luz do sol pelos gases do efeito estufa. C) diminua devido à não necessidade de aquecer a água utilizada em indústrias. D) aumente devido à necessidade de maior refrigeração de indústrias e residências. E) diminua devido à grande quantidade de radiação térmica reutilizada. Questão 11 (ENEM – 2009) Durante uma ação de fiscalização em postos de combustíveis, foi encontrado um mecanismo inusitado para enganar o consumidor. Durante o inverno, o responsável por um posto de combustível compra álcool por R$ 0,50/litro, a uma temperatura de 5 °C. Para revender o líquido aos motoristas, instalou um mecanismo na bomba de combustível para aquecê-lo, para que atinja a temperatura de 35 °C, sendo o litro de álcool revendido a R$ 1,60. Diariamente o posto compra 20 mil litros de álcool a 5 ºC e os revende. Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool é de 1×10-3 ºC-1, desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustível, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de vendas estaria entre A) R$ 500,00 e R$ 1.000,00. B) R$ 1.050,00 e R$ 1.250,00. C) R$ 4.000,00 e R$ 5.000,00. D) R$ 6.000,00 e R$ 6.900,00. E) R$ 7.000,00 e R$ 7.950,00. 76 Questão 12 (ENEM – 2009) Umidade relativa do ar é o termo usado para descrever a quantidade de vapor de água contido na atmosfera. Ela é definida pela razão entre o conteúdo real de umidade de uma parcela de ar e a quantidade de umidade que a mesma parcela de ar pode armazenar na mesma temperatura e pressão quando está saturada de vapor, isto é, com 100% de umidade relativa. O gráfico representa a relação entre a umidade relativa do ar e sua temperatura ao longo de um período de 24 horas em um determinado local. Considerando-se as informações do texto e do gráfico, conclui-se que A) a insolação é um fator que provoca variação da umidade relativa do ar. B) o ar vai adquirindo maior quantidade de vapor de água à medida que se aquece. C) a presença de umidade relativa do ar é diretamente proporcional à temperatura do ar. D) a umidade relativa do ar indica, em termos absolutos, a quantidade de vapor de água existente na atmosfera. E) a variação da umidade do ar se verifica no verão, e não no inverno, quando as temperaturas permanecem baixas. Questão 13 (ENEM – 2009) O Sol representa uma fonte limpa e inesgotável de energia para o nosso planeta. Essa energia pode ser captada por aquecedores solares, armazenada e convertida posteriormente em trabalho útil. Considere determinada região cuja insolação — potência solar incidente na superfície da Terra — seja de 800 watts/m2. Uma usina termossolar utiliza concentradores solares parabólicos que chegam a dezenas de quilômetros de extensão. Nesses coletores solares parabólicos, a luz refletida pela superfície parabólica espelhada é focalizada em um receptor em forma de cano e aquece o óleo contido em seu interior a 400 °C. O calor desse óleo é transferido para a água, vaporizando-a em uma caldeira. O vapor em alta pressão movimenta uma turbina acoplada a um gerador de energia elétrica. Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de largura e que focaliza no receptor os 800 watts/m2 de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal g-1 ºC-1 = 4.200 J kg-1 ºC-1, então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1 m3 (equivalente a 1 t) de água de 20 °C para 100 °C, em uma hora, estará entre A) 15 m e 21 m. B) 22 m e 30 m. C) 105 m e 125 m. D) 680 m e 710 m. E) 6.700 m e 7.150 m. 77 Questão 14 (ENEM – 2009) De maneira geral, se a temperatura de um líquido comum aumenta, ele sofre dilatação. O mesmo não ocorre com a água, se ela estiver a uma temperatura próxima a de seu ponto de congelamento. O gráfico mostra como o volume específico (inverso da densidade) da água varia em função da temperatura, com uma aproximação na região entre 0 ºC e10 ºC, ou seja, nas proximidades do ponto de congelamento da água. A partir do gráfico, é correio concluir que o volume ocupado por certa massa de água A) diminui em menos de 3% ao se resfriar de 100 ºC a 0 ºC. B) aumenta em mais de 0,4% ao se resfriar de 4 ºC a 0 °C. C) diminui em menos de 0,04% ao se aquecer de 0 ºC a 4 ºC. D) aumenta em mais de 4% ao se aquecer de 4 ºC a 9 ºC. E) aumenta em menos de 3% ao se aquecer de 0 ºC a 100 ºC. Questão 15 (ENEM – 2009) Para que todos os órgãos do corpo humano funcionem em boas condições, é necessário que a temperatura do corpo fique sempre entre 36 ºC e 37 ºC. Para manter-se dentro dessa faixa, em dias de muito calor ou durante intensos exercícios físicos, uma série de mecanismos fisiológicos é acionada. Pode-se citar como o principal responsável pela manutenção da temperatura corporal humana o sistema A) digestório, pois produz enzimas que atuam na quebra de alimentos calóricos. B) imunológico, pois suas células agem no sangue, diminuindo a condução do calor. C) nervoso, pois promove a sudorese, que permite perda de calor por meio da evaporação da água. D) reprodutor, pois secreta hormônios que alteram a temperatura, principalmente durante a menopausa. E) endócrino, pois fabrica anticorpos que, por sua vez, atuam na variação do diâmetro dos vasos periféricos. 78 Questão 16 (ENEM – 2009) A atmosfera terrestre é composta pelos gases nitrogênio (N2) e oxigênio (O2), que somam cerca de 99%, e por gases traços, entre eles o gás carbônico (CO2), vapor de água (H2O), metano (CH4), ozônio (O3) e o óxido nitroso (N2O), que compõem o restante 1% do ar que respiramos. Os gases traços, por serem constituídos por pelo menos três átomos, conseguem absorver o calor irradiado pela Terra, aquecendo o planeta. Esse fenômeno, que acontece há bilhões de anos, é chamado de efeito estufa. A partir da Revolução Industrial (século XIX), a concentração de gases traços na atmosfera, em particular o CO2, tem aumentado significativamente, o que resultou no aumento da temperatura em escala global. Mais recentemente, outro fator tornou-se diretamente envolvido no aumento da concentração de CO2 na atmosfera: o desmatamento. BROWN, I. F.; ALECHANDRE, A. S. Conceitos básicos sobre clima, carbono, florestas e comunidades. A.G. Moreira & S. Schwartzman. As mudanças climáticas globais e os ecossistemas brasileiros. Brasília: Instituto de Pesquisa Ambiental da Amazônia, 2000 (adaptado). Considerando o texto, uma alternativa viável para combater o efeito estufa é A) reduzir o calor irradiado pela Terra mediante a substituição da produção primária pela industrialização refrigerada. B) promover a queima da biomassa vegetal, responsável pelo aumento do efeito estufa devido à produção de CH4. C) reduzir o desmatamento, mantendo-se, assim, o potencial da vegetação em absorver o CO2 da atmosfera. D) aumentar a concentração atmosférica de H2O, molécula capaz de absorver grande quantidade de calor. E) remover moléculas orgânicas polares da atmosfera, diminuindo a capacidade delas de reter calor. Questão 17 (ENEM – 2009) O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera. Disponível em: http://www.keroagua.blogspot.com. Acesso em: 30 mar.2009 (adaptado). A transformação mencionada no texto é a A) fusão. B) liquefação. C) evaporação. D) solidificação. E) condensação. Questão 18 (ENEM – 2009) A água apresenta propriedades físico-químicas que a coloca em posição de destaque como substância essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as propriedades térmicas biologicamente muito importantes, por exemplo, o elevado valor de calor latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à quantidade de calor que deve ser adicionada a um líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertê-lo em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias por grama. A propriedade físico-química mencionada no texto confere à água a capacidade de A) servir como doador de elétrons no processo de fotossíntese. B) funcionar como regulador térmico para os organismos vivos. C) agir como solvente universal nos tecidos animais e vegetais. D) transportar os íons de ferro e magnésio nos tecidos vegetais. E) funcionar como mantenedora do metabolismo nos organismos vivos. 79 Questão 19 (ENEM – 2009) Em grandes metrópoles, devido a mudanças na superfície terrestre - asfalto e concreto em excesso, por exemplo - formam-se ilhas de calor. A resposta da atmosfera a esse fenômeno é a precipitação convectiva. Isso explica a violência das chuvas em São Paulo, onde as ilhas de calor chegam a ter 2 a 3 graus centígrados de diferença em relação ao seu entorno. Revista Terra da Gente. Ano 5, n° 60, Abril 2009 (adaptado). As características físicas, tanto do material como da estrutura projetada de uma edificação, são a base para compreensão de resposta daquela tecnologia construtiva em termos de conforto ambiental. Nas mesmas condições ambientais (temperatura, umidade e pressão), uma quadra terá melhor conforto térmico se A) pavimentada com material de baixo calor específico, pois quanto menor o calor específico de determinado material, menor será a variação térmica sofrida pelo mesmo ao receber determinada quantidade de calor. B) pavimentada com material de baixa capacidade térmica, pois quanto menor a capacidade térmica de determinada estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao receber determinada quantidade de calor. C) pavimentada com material de alta capacidade térmica, pois quanto maior a capacidade térmica de determinada estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao receber determinada quantidade de calor. D) possuir um sistema de vaporização, pois ambientes mais úmidos permitem uma mudança de temperatura lenta, já que o vapor d'água possui a capacidade de armazenar calor sem grandes alterações térmicas, devido ao baixo calor específico da água (em relação à madeira, por exemplo). E) possuir um sistema de sucção do vapor d'água, pois ambientes mais secos permitem uma mudança de temperatura lenta, já que o vapor d'água possui a capacidade de armazenar calor sem grandes alterações térmicas, devido ao baixo calor específico da água (em relação à madeira, por exemplo). Questão 20 (ENEM – 2009) Além de ser capaz de gerar eletricidade, a energia solar é usada para muitas outras finalidades. A figura a seguir mostra o uso da energia solar para dessalinizar a água. Nela, um tanque contendo água salgada é coberto por um plástico transparente e tem a sua parte central abaixada pelo peso de uma pedra, sob a qual se coloca um recipiente (copo). A água evaporada se condensa no plástico e escorre até o ponto mais baixo, caindo dentro do copo. HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado). Nesse processo, a energia solar cedida à água salgada A) fica retida na água doce que cai no copo, tornando-a, assim, altamente energizada. B) fica armazenada na forma de energia potencial gravitacional contida na água doce. C) é usada para provocar a reação química que transforma a água salgada em água doce. D) é cedida ao ambiente externo através do plástico, onde ocorre a condensação do vapor. E) é reemitida como calor para fora do tanque, no processo de evaporação da água salgada. 80 Questão 21(ENEM – 2009) A Constelação Vulpécula (Raposa) encontra-se a 63 anos-luz da Terra, fora do sistema solar. Ali, o planeta gigante HD 189733b, 15% maior que Júpiter, concentra vapor de água na atmosfera. A temperatura do vapor atinge 900 graus Celsius. "A água sempre está lá, de alguma forma, mas às vezes é possível que seja escondida por outros tipos de nuvens", afirmaram os astrônomos do Spitzer Science Center (SSC), com sede em Pasadena, Califórnia, responsável pela descoberta. A água foi detectada pelo espectrógrafo infravermelho, um aparelho do telescópio espacial Spitzer. De acordo com o texto, o planeta concentra vapor de água em sua atmosfera a 900 graus Celsius. Sobre a vaporização infere-se que A) se há vapor de água no planeta, é certo que existe água no estado líquido também. B) a temperatura de ebulição da água independe da pressão, em um local elevado ou ao nível do mar, ela ferve sempre a 100 graus Celsius. C) o calor de vaporização da água é o calor necessário para fazer 1 kg de água líquida se transformar em 1 kg de vapor de água a 100 graus Celsius. D) um líquido pode ser superaquecido acima de sua temperatura de ebulição normal, mas de forma nenhuma nesse líquido haverá formação de bolhas. E) a água em uma panela pode atingir a temperatura de ebulição em alguns minutos, e é necessário muito menos tempo para fazer a água vaporizar completamente. Questão 22 (ENEM – 2007) O gráfico abaixo ilustra o resultado de um estudo sobre o aquecimento global. A curva mais escura e contínua representa o resultado de um cálculo em que se considerou a soma de cinco fatores que influenciaram a temperatura média global de 1900 a 1990, conforme mostrado na legenda do gráfico. A contribuição efetiva de cada um desses cinco fatores isoladamente é mostrada na parte inferior do gráfico. Os dados apresentados revelam que, de 1960 a 1990, contribuíram de forma efetiva e positiva para aumentar a temperatura atmosférica: A) aerossóis, atividade solar e atividade vulcânica. B) atividade vulcânica, ozônio e gases estufa. C) aerossóis, atividade solar e gases estufa. D) aerossóis, atividade vulcânica e ozônio. E) atividade solar, gases estufa e ozônio. 81 Questão 23 (ENEM – 2007) O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura ao lado, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar. A. Hinrichs e M. Kleinbach. Energia e meio ambiente. São Paulo: Thompson, 3.ª ed., 2004, p. 529 (com adaptações). Nesse sistema de aquecimento, A) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. B) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento. C) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. D) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. E) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa. Questão 24 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 1) A tabela mostra o calor específico de três materiais. Material c (cal/goC) Alumínio 0,20 Cobre 0,080 Ferro 0,10 Considere três baldes com dimensões iguais e construídos com esses materiais. Os recipientes com a mesma massa e temperatura foram pintados de preto e colocados ao sol. Após certo tempo, é CORRETO afirmar: A) Os recipientes estarão na mesma temperatura, pois receberam igual quantidade de calor. B) O recipiente de cobre vai apresentar maior temperatura. C) O recipiente de alumínio vai apresentar maior temperatura. D) Os recipientes vão apresentar temperaturas crescentes na seguinte ordem: cobre, alumínio e ferro. Questão 25 (PUC-MG – 2013/1 – Nível 1) O gás de cozinha é constituído principalmente de butano e é comercializado basicamente nos botijões de 13 Kg. Se se agitar um desses botijões, nota-se que em seu interior existe uma grande quantidade de líquido. Por outro lado, quando os queimadores estão abertos, o que chega aos bicos é material em estado gasoso. Sobre essa situação, é CORRETO afirmar: A) Quando o butano vai do botijão até os queimadores, ele se aquece e passa do estado líquido para o estado gasoso. B) Quando o butano está no interior, a pressão sobre ele é suficiente para que a maioria do material se apresente na forma líquida. C) Na realidade o butano chega aos queimadores no estado líquido e só toma a forma gasosa devido ao calor vindo da queima. D) O butano só se torna gasoso ao chegar aos queimadores, porque ele é um produto inflamável. Questão 26 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 1) Deseja-se passar uma esfera metálica através de um orifício localizado no centro de uma chapa metálica quadrada. O diâmetro da esfera é levemente maior que o diâmetro do furo. Para conseguir esse objetivo, o procedimento CORRETO é: A) aquecer igualmente a esfera e a chapa. B) resfriar apenas a chapa. C) resfriar igualmente a esfera e a chapa. D) aquecer a chapa. 82 Questão 27 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 1) Num dia “frio”, em sua casa, uma pessoa desloca-se descalça da sala para a cozinha. Trata-se na verdade de um mesmo ambiente, com pisos diferentes. O piso da sala é de madeira, enquanto o da cozinha é de cerâmica lisa. Quando ela pisa no chão da cozinha, sente um “frio” intenso em seus pés. Essa sensação ocorre porque: A) a temperatura da sala é maior do que a da cozinha, uma vez que a cerâmica é mais densa que a madeira. B) a cerâmica tem uma temperatura menor que a madeira, devido à sua condutividade térmica ser menor. C) a cerâmica tem maior condutividade térmica e, portanto, parece mais fria, embora os dois pisos estejam à mesma temperatura. D) a madeira tem maior condutividade térmica e, portanto, parece mais quente, embora os dois pisos estejam à mesma temperatura. Questão 28 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 2) O gás natural veicular (GNV) tem sido utilizado por parte da frota de veículos no Brasil. Embora ele seja menos agressivo do ponto de vista ambiental, o uso do GNV requer algumas adaptações técnicas, inclusive na questão de armazenamento no próprio veiculo. O quadro a seguir mostra duas propriedades do GNV e da gasolina em condições ambientes. Combustível Densidade (kg/m3) Poder calorífico (KJ/kg) GNV 0,8 50.000 Gasolina 750 47000 Dado: 1 KJ = 1000 J Sobre esses combustíveis, é CORRETO afirmar: A) Um veículo com 20 litros de gasolina no tanque está transportando combustível capaz de liberar uma energia de 6,2 x 109J. B) Um veículo equipado com um recipiente (cilindro pressurizado) capaz de armazenar 20 kg de GNV tem disponível uma energia de 1,0 x 109 J. C) A grande vantagem do GNV é que, sendo muito menos denso que a gasolina (0,8 contra 750), faz com que o veículo transporte muito menos massa de combustível em um mesmo volume. D) Dois veículos equipados com volumes iguais de GNV e de gasolina terão praticamente a mesma disponibilidade de energia, já que seus poderes caloríficos são praticamente iguais (50.000 e 47.000). Questão 29 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 1) Quando aquecemos água em nossas casas utilizando um recipiente aberto, sua temperatura nunca ultrapassa os 100 ºC. Isso ocorre porque: A) ao atingir essa temperatura, a água perde sua capacidade de absorver calor. B) ao atingir essa temperatura, a água passa a perder exatamente a mesma quantidade de calor que está recebendo, mantendo assim sua temperatura constante. C) as mudanças de fase ocorrem à temperatura constante. D) ao atingir essa temperatura, a água começa a expelir o oxigênio e outros gases nela dissolvidos. Questão 30 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 1) Ainda nos dias atuais, povos quevivem no deserto usam roupas de lã branca como parte de seu vestuário para se protegerem do intenso calor, já que a temperatura ambiente pode chegar a 50ºC durante o dia. Para nós, brasileiros, que utilizamos a lã principalmente no inverno, a atitude dos povos do deserto pode parecer estranha ou equivocada, contudo ela pode ser explicada pelo fato de que: A) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor branca absorve toda a luz evitando que ela aqueça ainda mais as pessoas. B) a lã é naturalmente quente e, num ambiente a 50ºc, ela contribui para resfriar um pouco os corpos das pessoas. C) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor branca reflete toda a luz diminuindo assim o aquecimento da própria lã. D) a lã é naturalmente quente, e o branco é uma “cor fria.” Esses fatos combinados contribuem para o resfriamento dos corpos daquelas pessoas. 83 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 2) Responda às questões de 31 a 33 a partir da leitura do texto a seguir, adaptado de Scientific American, Brasil. Ano 6, num. 70, págs. 49 e 50. Uma colaboração entre cientistas do mundo todo está sendo preparada para dar início ao maior experimento já realizado na Física de Partículas. O Grande Colisor de Hádrons (LHC em inglês), que está quase concluído, vai investigar a Física nas distâncias mais curtas e as mais altas energias já testadas. Ele produzirá feixes de prótons de energias muito maiores do que já se conseguiu. Seus 7 mil ímãs, refrigerados a Hélio líquido à temperatura 2 K, deverão focalizar feixes de prótons que se deslocarão com velocidades próximas à velocidade da luz. Cada próton terá 5 Tev de energia. O feixe terá 2000 blocos de prótons com bilhões de prótons em cada bloco. Essa energia gerada (máxima) será igual à energia cinética de 2000 automóveis viajando a 36 Km/h, ou suficiente para elevar a temperatura de 1200 litros de água até uma temperatura final de 100oC. Questão 31 (Ver enunciado acima) Considerando que 1 Tev equivale a um trilhão de elétron-volt (eV), o valor da energia máxima transferida pelo LHC ao conjunto prótons (Ehc) medida, em Joules, está na seguinte faixa de valores: A) 1 x 10-3 ≤ Ehc ≤ 1 x 10-2 B) 1 x 105 ≤ Ehc ≤ 1 x 106 C) 1 x 107 ≤ Ehc ≤ 1 x 108 D) 1 x 10-9 ≤ Ehc ≤ 1 x 10-6 Questão 32 (Ver enunciado acima) Considerando-se que a energia gerada pelo LHC foi a máxima, o valor da massa para cada automóvel a que se refere o texto é aproximadamente de: A) 350 Kg B) 950 Kg C) 1440 Kg D) 2200 Kg Questão 33 (Ver enunciado acima) Sabendo-se que a energia máxima gerada pelo LHC é capaz de elevar os 1200 litros de água até 100oC, a temperatura inicial da água é: A) 56 oC B) 79 oC C) 21 oC D) 16 oC Questão 34 (UEMG – 2010/2) Uma borracha e uma régua metálica encontram-se sobre uma mesma mesa. Um estudante pega com uma das mãos a borracha e com a outra a régua, observando uma sensação de frio bem maior na mão que tocou a régua. Seus colegas comentam o fato: Alan: “A borracha, por ser isolante, retém mais calor que o metal” Berenice : “Esta diferença se dá em função do metal sempre ter menor calor específico” Eduardo: “O metal tem maior condutividade térmica que a borracha” Bernadete: “Isso só acontece porque o metal está a uma temperatura menor que a borracha” Está(ão) CORRETO(S) o(s) comentário(s) de: A) Alan e Berenice B) Eduardo e Bernadete C) Bernadete D) Eduardo 84 Questão 35 (CEFET-MG – 2013/1) O gráfico seguinte estabelece a relação entre uma escala de temperatura X e a escala de temperatura Celsius. Nessa nova escala, a temperatura de 30 ºC corresponde, em °X, a A) –50 B) –30 C) +24 D) +64 E) +80 Questão 36 (CEFET-MG – 2012/2) A figura seguinte representa um termostato usado em aquários para evitar que a temperatura da água atinja valores baixos. O aquecedor é constituído de uma lâmina bimetálica e um contato ligado na rede elétrica (V) e numa resistência (R), como mostrado no circuito. Na tabela são fornecidos valores dos coeficientes de dilatação linear de alguns metais. A uma temperatura próxima a 22 ºC, a lâmina encontra-se na posição mostrada na figura. Ao reduzir a temperatura da água, ela curva-se até fechar o contato a 18 ºC, estabelecendo uma corrente elétrica. Nessas condições, ela é aquecida e volta à sua forma original, desligando o circuito. Para que essa lâmina apresente maior curvatura para a referida variação de temperatura, os metais A e B podem ser, respectivamente, de A) cobre e aço. B) latão e cobre. C) alumínio e aço. D) alumínio e latão. E) cobre e alumínio. Questão 37 (CEFET-MG – 2012/1) Uma massa de 20 g de substância pura, acondicionada em um recipiente bem isolado termicamente, é aquecida com o fornecimento de calor a uma taxa constante de 30 cal/min. Esse processo está representado pelo gráfico seguinte. Analisando esses dados, é correto concluir que o A) calor específico no trecho AB é 1,0 cal/g°C. B) calor específico no trecho BC é 1,5 cal/g°C. C) calor específico no trecho CD é 2,0 cal/g°C. D) calor total fornecido à substância é 600 cal. E) calor latente na transição de fase é 22,5 cal/g. 85 Questão 38 (CEFET-MG – 2011/2) O gráfico da pressão em função da temperatura abaixo representa o diagrama de fases de uma determinada substância. De acordo com o gráfico, quando se caminha ao longo da linha pontilhada de ___________ tem-se uma ___________ . A opção que completa, corretamente, as lacunas acima é A) B para A, fusão. B) B para C, liquefação. C) D para C, sublimação. D) C para B, vaporização. E) A para B, solidificação. Questão 39 (CEFET-MG – 2011/1) A tabela apresenta dados referentes a duas esferas colocadas sobre a mesma barra de gelo. Esferas Tipo Material Raio Temperatura inicial 1 maciça ferro R T 2 maciça ferro 2R T As quantidades de calor Q1 e Q2, cedidas pelas esferas ao gelo, após atingirem o equilíbrio térmico, estão relacionadas por A) Q1 = Q2. B) Q1 = Q2/2. C) Q1 = Q2/4. D) Q1 = Q2/6. E) Q1 = Q2/8. Questão 40 (CEFET-MG – 2010/2) Duas esferas metálicas maciças, de massas iguais e materiais diferentes, a 100 ºC, são colocadas sobre um bloco de gelo a 0 ºC, que se encontra em um recipiente fechado e de paredes isolantes. Ao atingir o equilíbrio térmico, nota-se que ainda há gelo nesse experimento. Analisando esse procedimento, é correto afirmar que a(s) A) quantidades de calor recebidas pelas esferas são iguais, porque suas massas são iguais. B) massas de gelo derretidas por esfera são iguais, porque os seus calores específicos são iguais. C) massas de gelo derretidas por esfera são diferentes, porque as massas das esferas são iguais. D) quantidades de calor cedidas pelas esferas são iguais, pois seus calores específicos são diferentes. E) massas de gelo derretidas por esfera são diferentes, porque os seus calores específicos são diferentes. Questão 41 (CEFET-MG – 2010/2) Um botijão aberto contém 50 kg de nitrogênio líquido em ebulição a 77 K. Se colocarmos 1,0 litro de água a 0ºC no recipiente, a massa de nitrogênio, em kg, que vaporiza é, aproximadamente, igual a A) 1,5. B) 2,6. C) 3,1. D) 5,1. E) 7,4. Lv aporizaçãoNitrogênio = 48Kcal/kg Lf usãoGelo = 80Kcal/kg cgelo = 0,35 Kcal/kg.K 86 Questão 42 (CEFET-MG – 2009/2) O conceito de temperatura foi aprimorado nos últimos séculos. Nos dias atuais está relacionado à(ao) A) ponto tríplice da água. B) grau de agitação térmica. C) equilíbrio térmico do meio. D) mudança de estado físico. E) sensação de quente e frio. Questão 43 (CEFET-MG – 2009/2) Uma placa de material metálico apresentaum orifício de pequenas dimensões. Ao ser aquecida, sua superfície ____________ e o orifício ____________. Os termos da opção que preenchem, corretamente, as lacunas são: A) dilata, dilata. B) dilata, contrai. C) contrai, contrai. D) não se altera, dilata. E) contrai, não se altera. Questão 44 (CEFET-MG – 2009/2) A grandeza física, que classifica os materiais quanto à sua variação de temperatura em função do calor absorvido ou cedido, é a(o) A) calor latente. B) calor específico. C) emissão térmica. D) absorção térmica. E) transmissão térmica. Questão 45 (CEFET-MG – 2009/1) Uma barra de zinco e outra de alumínio de mesmo comprimento, L0 = 100,00 cm, à temperatura de 20°C, estão soldadas como mostra a figura. A barra formada por esses materiais, ao ser aquecida até 220 °C, apresentará um comprimento final, Lf, em metros, igual a A) 2,0044. B) 2,0048. C) 2,0052. D) 2,0069. E) 2,0096. 87 Questão 46 (UFMG – 2010) Considere estas informações: • a temperaturas muito baixas, a água está sempre na fase sólida; • aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão da água diminui. Assinale a alternativa em que o diagrama de fases pressão versus temperatura para a água está de acordo com essas informações. Questão 47 (UFMG – 2009) Num Laboratório de Física, faz-se uma experiência com dois objetos de materiais diferentes – R e S –, mas de mesma massa, ambos, inicialmente, no estado sólido e à temperatura ambiente. Em seguida, os dois objetos são aquecidos e, então, mede-se a temperatura de cada um deles em função da quantidade de calor que lhes é fornecida. Os resultados obtidos nessa medição estão representados neste gráfico: Sejam LR e LS o calor latente de fusão dos materiais R e S, respectivamente, e cR e cS o calor específico dos materiais, no estado sólido, também respectivamente. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que A) cR < cS e LR < LS . B) cR < cS e LR > LS . C) cR > cS e LR < LS . D) cR > cS e LR > LS . 88 Questão 48 (UFMG – 2008) Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas não a queima ao tocar no bolo. Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque A) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do bolo. B) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão. C) o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois de os dois serem retirados do forno. D) o tabuleiro retém mais calor que o bolo. Questão 49 (UFMG – 2007) Numa aula de Física, o Professor Carlos Heitor apresenta a seus alunos esta experiência: dois blocos – um de alumínio e outro de ferro –, de mesma massa e, inicialmente, à temperatura ambiente, recebem a mesma quantidade de calor, em determinado processo de aquecimento. O calor específico do alumínio e o do ferro são, respectivamente, 0,90 J / (g oC) e 0,46 J / (g oC). Questionados quanto ao que ocorreria em seguida, dois dos alunos, Alexandre e Lorena, fazem, cada um deles, um comentário: • Alexandre: “Ao final desse processo de aquecimento, os blocos estarão à mesma temperatura.” • Lorena: “Após esse processo de aquecimento, ao se colocarem os dois blocos em contato, fluirá calor do bloco de ferro para o bloco de alumínio.” Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que A) apenas o comentário de Alexandre está certo. B) apenas o comentário de Lorena está certo. C) ambos os comentários estão certos. D) nenhum dos dois comentários está certo. Questão 50 (UFMG – 2012 – 2ª etapa) Um copo com 200 g de água está inicialmente a 25 ºC. Carolina coloca 50 g de gelo, a 0 ºC, nesse copo. Após algum tempo, todo o gelo derrete e toda água no copo está à mesma temperatura. 1. Considerando o sistema água e gelo isolado, CALCULE a temperatura no instante em que o sistema chega ao equilíbrio térmico. 2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Considerando-se, agora, o sistema isolado como água, gelo e copo, o valor obtido para a temperatura do sistema será menor, igual ou maior ao valor obtido no item 1, desta questão? JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 51 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) Em uma aula no Laboratório de Física, o Professor Jésus realiza o experimento que se descreve a seguir. Inicialmente, ele imerge um aquecedor elétrico em 1,0 kg de água, à temperatura de 23 ºC, contida num recipiente de isopor. Em seguida, o recipiente é tampado e o aquecedor é ligado, até a temperatura da água atingir 45 ºC. Considere que a tensão e a corrente elétricas, no aquecedor, são, respectivamente, de 220 V e de 1,0 A. Despreze a capacidade térmica do recipiente e a do aquecedor. 1. Com base nessas informações, CALCULE o tempo que o aquecedor ficou ligado. 2. Em seguida, o Professor Jésus coloca 0,60 kg de gelo, a 0,0 ºC, na água contida no recipiente, tampa-o novamente, e espera até a temperatura dela se estabilizar. Sabe-se que o calor latente de fusão do gelo é de 3,3 x 105 J/kg. Considerando essas informações, CALCULE a temperatura da água no final desse experimento. 89 17 – TRANSFORMAÇÕES GASOSAS Questão 1 (ENEM – 2015) Uma pessoa abre sua geladeira, verifica o que há dentro e depois fecha a porta dessa geladeira. Em seguida, ela tenta abrir a geladeira novamente, mas só consegue fazer isso depois de exercer uma força mais intensa do que a habitual. A dificuldade extra para reabrir a geladeira ocorre porque o(a) A) volume de ar dentro da geladeira diminuiu. B) motor da geladeira está funcionando com potência máxima. C) força exercida pelo ímã fixado na geladeira aumenta. D) pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa. E) temperatura no interior da geladeira é inferior ao valor existente antes de ela ser aberta. (PUC-MG – 2013/1 – Nível 2) As questões de 2 a 5 referem-se à montagem a seguir, que mostra um gás ideal em equilíbrio em um recipiente cilíndrico. Uma mola de constante elástica k tem uma de suas extremidades presa a um suporte rígido, e a outra extremidade está presa ao êmbolo do recipiente. A massa do êmbolo é desprezível e, na situação descrita, a mola não está comprimida nem alongada. Questão 2 (Ver enunciado acima) Considere que o recipiente contém 128g de oxigênio (O2). Se essa massa gasosas for substituída por 128g de nitrogênio (N2) gasoso à mesma temperatura, é CORRETO afirmar: A) A mola sofrerá um alongamento devido à redução de pressão no interior do recipiente. B) A mola será comprimida porque 128g de nitrogênio irão exercer maior pressão que aquela exercida pelos 128g de oxigênio. C) A mola não será comprimida nem alongada, já que os gases têm a mesma massa e exercerão a mesma pressão. D) A mola poderá ser comprimida ou alongada, dependendo de sua constante elástica. Questão 3 (Ver enunciado acima) Considerando-se o recipiente com 128g de oxigênio à pressão de 1 atm e temperatura de 270C, o volume ocupado pelo gás será de aproximadamente: A) 1,0 m3 B) 400 litros C) 8,3 m3 D) 100 litros Questão 4 (Ver enunciado acima) O recipiente é aquecido até que o gás em seu interior exerça uma pressão de 2 atm, fazendo com que a mola sofra uma compressão, deformando-se 0,1 m. Considerando-se que o êmbolo tenha uma área A= 1 x10-4 m2, a força exercida sobre a mola é de aproximadamente: A) 5 N B) 20 N C) 100 N D) 200 N Questão 5 (Ver enunciado acima) Considerando-se a mola da questão anterior, é CORRETO afirmar que sua constante elástica vale aproximadamente: A) 20 N/m B) 100 N/m C) 200 N/m D) 15 N/m Dados: R = 8,31 J/mol.K No = 6,02 x 1023 moléculas/mol Oxigênio M = 16g/mol Nitrogênio M = 14g/mol 1 atm = 1,0x 105 N/m2 90 Questão 6 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 1) Um balão de aniversário, cheio de gás Hélio, solta-se da mão de uma criança, subindo até grandes altitudes. Durante a subida, é CORRETO afirmar: A) O volume do balão diminui. B) A pressão do gás no interior do balão aumenta. C) O volume do balão aumenta. D) O volume do balão permanece constante. Questão 7 (CEFET-MG – 2013/1) Considere dois mols de gás ideal em uma expansão isobárica a 760 mmHg em que seu volume varia de 10 a 40 litros. O trabalho realizado por esse gás e sua temperatura final valem, respectivamente, em joules e kelvin, A) 3.030 e 243. B) 3.030 e 486. C) 3.030 e 729. D) 6.060 e 243. E) 6.060 e 486. Questão 8 (CEFET-MG – 2013/1) Uma máquina possui um ciclo termodinâmico fechado e composto por duas transformações isobáricas a 300,0 e 600,0 Pa e duas isovolumétricas a 2,000 e 5,000 m3. O trabalho realizado em um ciclo térmico completo dessa máquina vale, em joules, A) 300,0. B) 600,0. C) 900,0. D) 1.200. E) 1.500. Questão 9 (CEFET-MG – 2012/2) A condição necessária para que haja realização de trabalho de um gás ideal implica a variação de A) calor. B) volume. C) pressão. D) temperatura. E) agitação térmica. Questão 10 (CEFET-MG – 2012/1) Em um termômetro a gás, de volume constante, a grandeza termométrica é a pressão desse gás considerado ideal. Se, a 27 ºC, sua pressão for de 100 mmHg, então, ao duplicá-la, a temperatura correspondente, em ºC, será de A) 54. B) 81. C) 127. D) 273. E) 327. Questão 11 (CEFET-MG – 2011/2) O gráfico seguinte representa a transformação cíclica de dois moles de um gás ideal. Em relação às transformações submetidas e às temperaturas atingidas pelo gás ideal, é correto afirmar que a A) transformação ABCDEF é isobárica. B) temperatura no estado F é inferior a 30 K. C) temperatura no estado A é superior a 300 K. D) transformação FNMA ocorre a uma temperatura constante. E) temperatura do gás diminui cada vez que ele retorna ao estado A. 1,0 atm = 760 mmHg = 1,01.105 N/m2 91 Questão 12 (CEFET-MG – 2011/1) Dois balões de vidro, 1 e 2, idênticos, nas CNTP (p = 1,0 atm e t = 25 0C) possuem gases com a mesma quantidade de moléculas. O balão 1 armazena gás hélio com massa molecular igual a 4 g/mol, e o outro, gás oxigênio de massa molecular igual a 32 g/mol. As pressões p1 e p2, exercidas pelas moléculas nas paredes desses balões, estão relacionadas por A) 21 pp = . B) 2 2 1 pp = . C) 4 2 1 pp = . D) 8 2 1 pp = . E) 16 2 1 pp = . Questão 13 (CEFET-MG – 2010/2) Os pneus de um carro foram calibrados a uma pressão p, em uma noite fria, quando a temperatura era de 17 ºC. No dia seguinte, depois de rodar bastante e já com o dia quente, o motorista, ao medir a pressão dos pneus, encontrou um resultado 10 % maior. Se o volume dos pneus não se alterou, então, a temperatura do ar, em °C, no momento da segunda calibragem, era igual a A) 17. B) 27. C) 46. D) 290. E) 319. Questão 14 (CEFET-MG – 2010/1) O gráfico abaixo representa a transformação ab sofrida por um gás ideal. Do estado inicial a até o estado final b, o trabalho realizado por esse gás ideal é igual a(o) A) calor cedido à vizinhança. B) área hachurada na figura. C) produto (pa.Va).(pb.Vb). D) sua energia interna. E) soma pa.Va + pb.Vb. 92 Questão 15 (CEFET-MG – 2009/2) Pela Teoria Cinética dos Gases, a pressão de um gás está relacionada à sua temperatura T, ao volume V por ele ocupado, à massa m, ao número N e à velocidade quadrática média vM2 de suas moléculas. Um gás terá sua pressão aumentada se A) N diminuir e m diminuir. B) T diminuir e V aumentar. C) V aumentar e N diminuir. D) vM2 diminuir e T aumentar. E) m aumentar e vM2 aumentar. Questão 16 (CEFET-MG – 2009/2) Em um diagrama pressão versus volume, um ciclo térmico delimita uma área que representa uma seqüência de transformações sofridas por um gás. A área interna desse ciclo é igual à (ao) A) trabalho efetivo. B) calor da fonte fria. C) eficiência térmica. D) rendimento térmico. E) calor da fonte quente. Questão 17 (CEFET-MG – 2009/1) O seguinte procedimento experimental foi apresentado a três estudantes: “Aqueceu-se água num recipiente, mas sem deixá-la ferver. Retirou-se um pouco dessa água com o auxílio de uma seringa comum de injeção, conforme FIG. 1. A seguir, retirou-se a seringa e, com um dedo, vedou-se o orifício de seu bico, conforme FIG. 2. Puxou-se o êmbolo e observou-se que a água no interior da seringa entrou em ebulição.” Cada estudante forneceu sua explicação para o fenômeno observado. Estudante (1): O trabalho realizado transformou-se em calor e fez a água ferver, porque o êmbolo foi movimentado rapidamente para fora da seringa. Estudante (2): A pressão sobre a água diminuiu, reduzindo sua temperatura de ebulição, quando o êmbolo foi puxado para fora da seringa. Estudante (3): Na água, há sempre oxigênio dissolvido que, no processo de ebulição, foi transformado em vapor. Analisando essas explicações, pode-se afirmar que está(ão) INCORRETA(S) apenas a(s) do(s) estudante(s) A) 1. B) 2. C) 3. D) 1 e 3. E) 2 e 3. 93 Questão 18 (CEFET-MG – 2009/1) A figura representa um gás ideal confinado em um cilindro provido de um êmbolo móvel que pode deslizar sem atrito. Inicialmente, o gás encontra-se a uma temperatura de 27 °C e o êmbolo está a uma altura h = 20 cm em relação à base do cilindro. Através de uma fonte de calor, é fornecida ao sistema, uma determinada quantidade de energia, e sua temperatura passa a 177 °C. Considerando esse estado final, a variação da altura h do êmbolo será igual a A) 1% B) 5% C) 10% D) 20% E) 50% Questão 19 (UFMG – 2007) Para se realizar uma determinada experiência, • coloca-se um pouco de água em uma lata, com uma abertura na parte superior, destampada, a qual é, em seguida, aquecida, como mostrado na Figura I; • depois que a água ferve e o interior da lata fica totalmente preenchido com vapor, esta é tampada e retirada do fogo; • logo depois, despeja-se água fria sobre a lata e observa-se que ela se contrai bruscamente, como mostrado na Figura II. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, na situação descrita, a contração ocorre porque A) a água fria provoca uma contração do metal das paredes da lata. B) a lata fica mais frágil ao ser aquecida. C) a pressão atmosférica esmaga a lata. D) o vapor frio, no interior da lata, puxa suas paredes para dentro. Questão 20 (UFMG – 2013 – 2ª etapa) Na figura está representado um pistão constituído de um cilindro e um êmbolo. O êmbolo, que pode se mover livremente, tem massa de 0,30 kg e uma área de seção transversal de 8,0 cm2. Esse pistão contém 4,0×10-3 mol de um gás ideal à temperatura de 27 oC. A pressão no ambiente é de 1,0 atm. 1. DETERMINE o valor da força que o gás exerce sobre o êmbolo na situação de equilíbrio. 2. DETERMINE o valor da altura h em que o êmbolo se encontra nessa situação. Em seguida, o gás é aquecido até que sua temperatura atinja 57 oC . 3. DETERMINE o valor do deslocamento Δh do pistão devido a esse aquecimento. 94 Questão 21 (UFMG – 2011 – 2ª etapa) Um pistão – constituído de um cilindro e de um êmbolo, que pode se mover livremente – contém um gás ideal, como representado na Figura I. O êmbolo tem massa de 20 kg e área de 0,20 m2. Nessa situação, o gás está à temperatura ambiente e ocupa um volume VI. Considere quaisquer atritos desprezíveis e que a pressão atmosférica é de 101 kPa. 1. Com base nessas informações, DETERMINE a pressão do gás dentro do pistão. 2. Em seguida, o pistão é virado de cabeçapara baixo, como mostrado na Figura II. Nessa nova situação, a temperatura continua igual à do ambiente e o volume ocupado pelo gás é VII. Com base nessas informações, DETERMINE a razão VII / VI entre os volumes. 3. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Ao passar da situação representada na Figura I para a mostrada na Figura II, o gás dentro do cilindro cede calor, recebe calor ou não troca calor? Cede calor. Recebe calor. Não troca calor. JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 22 (UFMG – 2009 – 2ª etapa) Para estudar o comportamento de um gás, um professor montou o sistema representado nesta figura: Nesse sistema, um recipiente de volume V, dotado de um êmbolo e de um registro R, contém um gás que se comporta como um gás ideal. Um manômetro, que consiste em um tubo de vidro, em forma de U, que contém mercúrio, tem uma de suas extremidades conectada ao recipiente, por intermédio do registro R, e a outra extremidade aberta. Inicialmente, o registro está aberto e o gás está à pressão atmosférica p0 e à temperatura ambiente T0. 95 Sejam d a densidade do mercúrio e he e hd a altura das colunas de mercúrio, nos ramos da esquerda e da direita do tubo, respectivamente. 1. A partir de certo instante, o professor comprime o êmbolo, lentamente, para que o gás se mantenha à temperatura ambiente, até reduzir à metade o volume ocupado, no recipiente, pelo gás. Considerando essa situação, DETERMINE a diferença de altura (he - hd) entre as duas colunas de mercúrio no tubo de vidro, em termos de p0, d e g. 2. Em seguida, o professor fecha o registro R e puxa o êmbolo, rapidamente, até este retornar à posição inicial. Isso feito, ele abre o registro R e, ao mesmo tempo, observa o nível de cada uma das colunas de mercúrio no tubo de vidro. Considerando essa nova situação, RESPONDA: A altura he é menor, igual ou maior que a altura hd? JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 23 (UFMG – 2007 – 2ª etapa) (Constituída de dois itens.) Um reservatório fechado contém certa quantidade de hélio gasoso à pressão pi. Num primeiro processo, esse gás é aquecido, lentamente, de uma temperatura inicial Ti até uma temperatura TF. Num segundo processo, um pequeno orifício é aberto na parede do reservatório e, por ele, muito lentamente, deixa-se escapar um quarto do conteúdo inicial do gás. Durante esse processo, o reservatório é mantido à temperatura TF. Considerando essas informações, 1. ESBOCE, no quadro ao lado, o diagrama da pressão em função da temperatura do gás nos dois processos descritos. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. Considere que pi = 1,0 x105 N/m2 e que as temperaturas são Ti = 27 ºC e TF = 87 ºC. CALCULE o valor da pressão do gás no interior do reservatório, ao final do segundo processo. 96 18 – PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Questão 1 (ENEM – 2015) O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa restante de ar é resfriada a -198 oC. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica. MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br. Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado). No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela A) expansão do nitrogênio durante a ebulição. B) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição. C) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação. D) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento. E) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação. Questão 2 (ENEM – 2014) Um sistema de pistão contendo um gás é mostrado na figura. Sobre a extremidade superior do êmbolo, que pode movimentar-se livremente sem atrito, encontra-se um objeto. Através de uma chapa de aquecimento é possível fornecer calor ao gás e, com auxílio de um manômetro, medir sua pressão. A partir de diferentes valores de calor fornecido, considerando o sistema como hermético, o objeto elevou-se em valores Δh, como mostrado no gráfico. Foram estudadas, separadamente, quantidades equimolares de dois diferentes gases, denominados M e V. A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar A) maior pressão de vapor. B) menor massa molecular. C) maior compressibilidade. D) menor energia de ativação. E) menor capacidade calorífica. 97 Questão 3 (UEMG – 2012) A temperatura de um sistema pode ser alterada, quando ele troca trabalho ou calor com sua vizinhança. Seja um sistema constituído por um gás no interior de um cilindro, dotado de êmbolo móvel. Assinale, abaixo, a alternativa com a descrição CORRETA da situação em que a temperatura do sistema irá diminuir: A) O sistema recebe uma quantidade de calor maior que o trabalho que ele realiza numa expansão. B) O êmbolo é comprimido bruscamente. C) O gás sofre uma expansão, realizando trabalho, enquanto recebe uma quantidade de calor de mesmo valor que o trabalho realizado. D) O trabalho realizado pelo sistema é maior que a quantidade de calor que ele recebe da vizinhança. Questão 4 (UEMG – 2009) Um gás é aquecido no interior de um recipiente dotado de êmbolo móvel, de tal maneira que o trabalho realizado pelo gás é igual ao calor que ele recebe, conforme ilustração a seguir: Assinale a alternativa que mostra CORRETAMENTE o que aconteceu, durante o processo, nas condições descritas acima: A) A temperatura do gás permaneceu constante. B) A pressão do gás permaneceu constante. C) A temperatura do gás aumentou, pois ele é aquecido. D) A pressão e a temperatura do gás permaneceram constantes. Questão 5 (CEFET-MG – 2012/1) O diagrama P x V abaixo representa um ciclo termodinâmico. O trabalho realizado durante a compressão e a expansão desse sistema termodinâmico vale, respectivamente, em joules, A) –15 e –50. B) –20 e 15. C) –25 e –10. D) –35 e 15. E) –50 e 25. (CEFET-MG – 2011/1) As questões 6 e 7 referem-se ao enunciado abaixo. O diagrama p x V representa a transformação cíclica ABCA de um gás ideal. Questão 6 (Ver enunciado acima) O trabalho líquido obtido no ciclo vale, em J, A) 0. B) – 800. C) + 800. D) –1600. E) +1600. 98 Questão 7 (Ver enunciado acima) Ao completar o ciclo térmico, a variação da energia interna do gás, em J, vale A) 0. B) – 800. C) +800. D) –1600. E) +1600. Questão 8 (CEFET-MG – 2011/1) O gráfico representa a transformação cíclica 1-2-3-4-1 de um gás considerado ideal. Sobre o gráfico, afirma-se: I. O ciclo é isotérmico porque o gás volta ao seu estado inicial. II. O trabalho total realizado no ciclo vale 12,0 atm.l. III. O calor líquido absorvido pelo gás é igual ao trabalho realizado por ele no ciclo. IV. O ciclo é adiabático porque não ocorrem trocas de energias entre o gás e sua vizinhança. São corretas apenas as afirmativas A) I e II. B) II e III. C) III e IV. D) I, II e IV. E) I, III e IV. Questão 9 (CEFET-MG – 2010/1) Sendo U a energia interna, Q o calor trocado com a vizinhança e W o trabalho realizado em uma expansão adiabática livre (pressão nula) de um gás ideal, e correto afirmar que A) ΔU = 0, Q = 0, W = 0. B) ΔU = 0, Q ≠ 0, W ≠ 0. C) ΔU ≠ 0, Q = 0, W = 0. D) ΔU ≠ 0, Q = 0, W ≠ 0. E) ΔU ≠ 0, Q ≠ 0, W =0. Questão 10 (CEFET-MG – 2009/1) Um gás perfeito, durante uma transformação isométrica, absorve uma quantidade de calor Q. Sendo ΔU a variação da energia interna e T o trabalho por ele realizado, é correto afirmar que A) ΔU = 0 e T = Q. B) ΔU = 0 e T = 0. C) ΔU = T e Q = 0. D) ΔU = Q e T = Q. E) ΔU = Q e T = 0. 99 19 – SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Questão 1 (ENEM – 2012) Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores a combustão e reduzir suas emissões de poluentes é a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faísca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustível gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar. Disponível em: www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado). No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante A) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado. B) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal. C) o funcionamento cíclico de todos os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo. D) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura. E) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores. Questão 2 (ENEM – 2011) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma. CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a A) liberação de calor dentro do motor ser impossível. B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável. 100 Questão 3 (ENEM – 2009) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira. Disponível em: http://home.how stuffworks.com. Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado). Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira, A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira. B) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira. D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia. 101 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 4 E 5 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR. Praticamente todos os veículos que trafegam são movidos por alguma versão do motor de combustão interna patenteado por Nikolaus Otto em1876. Otto explorou a descoberta do físico francês Sadi Carnot, que em 1834 mostrou que a eficiência de um motor dependia criticamente da diferença de temperatura entre a fonte quente, que cede energia, e a fonte fria, que a absorve. Muitas pessoas consideram esse tipo de motor um anacronismo, vestígio perigosamente ultrapassado das crenças de que o petróleo era inesgotável e o clima estável. A melhor opção seria o motor elétrico alimentado por baterias. O que muitos se esquecem é que os veículos elétricos eram muito mais populares que os carros movidos a gasolina no fim do séc. XIX e início do séc. XX. Podiam funcionar o dia todo com uma única carga, atingindo velocidades que variavam entre 10km/h e 20km/h, compatível com o movimento das carruagens conduzidas por cavalos. Uma das questões que leva ao questionamento do uso dos motores de combustão é sua baixa eficiência, menor que 30%, enquanto que nos motores elétricos ela passa dos 90%. (Adaptado de Scientif ic American Brasil, ano 8, número 89.) Questão 4 (Ver enunciado acima) Considere, pois, dois veículos de mesma massa, com motores de mesma potência: um equipado com motor elétrico com uma eficiência de 90% e o outro equipado com motor a combustão, com uma eficiência de 25%. Admitindo-se ambos os veículos com uma massa de 500kg, partindo do repouso, em uma estrada plana e retilínea, a energia gerada nos motores para fazer com que ambos os veículos atinjam a velocidade de 36km/h vale respectivamente: A) 1,0 x 104 J e 2,0 x 104 J B) 1,1 x 105 J e 4,0 x 105 J C) 2,7 x 104 J e 1,0 x 105 J D) 2,5 x 105 J e 2,5 x 105 J Questão 5 (Ver enunciado acima) Em relação aos motores da questão de número 4, a quantidade de calor rejeitada pelos motores foi respectivamente de: A) 4,0 x 103 J e 3,5 x 103 J B) 1,5 x 103 J e 2,5 x 103 J C) 2,8 x 104 J e 4,5 x 105 J D) 2,0 x 103 J e 7,5 x 104 J Questão 6 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 1) São apresentadas a seguir diversas afirmativas sobre o conceito de energia. É CORRETO afirmar: A) O fato de a energia não se conservar justifica a necessidade que temos de economizar energia. B) O calor é uma forma de energia mecânica. C) Todos os corpos têm energia térmica que aparece na forma de calor quando são colocados em ambientes de altas temperaturas. D) Se forem consideradas todas as suas modalidades, a energia de um sistema isolado sempre se conserva. 102 Questão 7 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 2) A palavra ciclo tem vários significados na linguagem cotidiana. Existem ciclos na economia, na literatura, na história e, em geral, com significados amplos, pois se referem a tendências, épocas, etc. Em termodinâmica, a palavra ciclo tem um significado preciso: é uma série de transformações sucessivas que recolocam o sistema de volta ao seu estado inicial com realização de trabalho positivo ou negativo e a troca de calor com a vizinhança. Assim, por exemplo, os motores automotivos foram bem compreendidos a partir das descrições de seus ciclos termodinâmicos. Considere o quadro a seguir onde são apresentadas três máquinas térmicas operando em ciclos entre fontes de calor nas temperaturas 300 k e 500 k. Q e W são, respectivamente, o calor trocado e o trabalho realizado em cada ciclo. De acordo com a termodinâmica, é possível construir: A) as máquinas A, B e C. B) a máquina B apenas. C) a máquina C apenas. D) a máquina A apenas. Questão 8 (UEMG – 2015) Um rio sempre correde uma parte mais alta para uma mais baixa. Suas águas perdem energia potencial gravitacional e ganham energia cinética. Parte dessa energia cinética transforma-se em energia térmica. “Um dia escrevi que com as perdas só há um jeito: perdê-las.” (LUFT, 2014, p. 72) Os processos de transformação de energia são estudados pelas leis da Termodinâmica. Sobre esses processos de transformação, são feitas três afirmações: Situação 1: 100 J de energia cinética são transformados em 100 J de energia térmica. Situação 2: 100 J de energia potencial gravitacional são transformados em 80 J de energia cinética e 20 J de energia térmica. Situação 3: 100 J de energia térmica são transformados em 100 J de energia cinética. Das 3 situações, viola (violam) a Segunda Lei da Termodinâmica A) apenas a situação 1. B) apenas a situação 2. C) apenas a situação 3. D) as três situações. Questão 9 (CEFET-MG – 2012/2) Uma máquina térmica possui um ciclo termodinâmico fechado e composto por duas transformações isobáricas e duas isovolumétricas. O calor rejeitado para a fonte fria é de 150 J, o trabalho durante a expansão volumétrica é de 300 J e na contração é de 250 J. Nessas condições, o calor cedido pela fonte quente e o rendimento térmico dessa máquina valem, respectivamente, A) 100 J e 25%. B) 100 J e 50%. C) 150 J e 25%. D) 200 J e 25%. E) 200 J e 50%. 103 Questão 10 (CEFET-MG – 2011/2) A figura seguinte representa o ciclo termodinâmico de um mecanismo térmico hipotético, em que um gás ideal está confinado. Admitindo-se que a variação da energia interna durante os processos A→B→C é igual a 30 joules, o rendimento do ciclo é igual a A) 10%. B) 20%. C) 30%. D) 40%. E) 50%. Questão 11 (UFMG – 2010 – 2ª etapa) Uma máquina térmica é constituída de um cilindro, cheio de gás, que tem um êmbolo móvel. Durante o funcionamento dessa máquina, o gás é submetido a um processo cíclico, que o leva de um estado K a outro estado L e, depois, de volta ao estado K e assim sucessivamente, como representado no diagrama pressão versus volume, mostrado na figura ao lado. Considerando essas informações, RESPONDA: A) Em qual dos dois estados – K ou L – a temperatura do gás é maior? JUSTIFIQUE sua resposta. B) Em um ciclo completo, em que o gás sai do estado K e volta ao mesmo estado, essa máquina realiza trabalho líquido? JUSTIFIQUE sua resposta. C) Tendo-se em vista que se trata de um sistema ideal, é possível converter em trabalho todo o calor fornecido a essa máquina? JUSTIFIQUE sua resposta. 104 20 – MOVIMENTOS OSCILATÓRIOS E ONDULATÓRIOS Questão 1 (ENEM – 2015) Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro. Essa diferenciação se deve principalmente ao(à) A) intensidade sonora do som de cada instrumento musical. B) potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos musicais. C) diferente velocidade de propagação do som emitido por cada instrumento musical. D) timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de cada instrumento sejam diferentes. E) altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes instrumentos musicais. Questão 2 (ENEM – 2014) Quando adolescente, as nossas tardes, após as aulas, consistiam em tomar às mãos o violão e o dicionário de acordes de Almir Chediak e desafiar nosso amigo Hamilton a descobrir, apenas ouvindo o acorde, quais notas eram escolhidas. Sempre perdíamos a aposta, ele possui o ouvido absoluto. O ouvido absoluto é uma característica perceptual de poucos indivíduos capazes de identificar notas isoladas sem outras referências, isto é, sem precisar relacioná-las com outras notas de uma melodia. LENT, R. O cérebro do meu professor de acordeão. Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 15 ago. 2012 (adaptado). No contexto apresentado, a propriedade física das ondas que permite essa distinção entre as notas é a A) frequência. B) intensidade. C) forma da onda. D) amplitude da onda. E) velocidade de propagação. Questão 3 (ENEM – 2014) Ao sintonizarmos uma estação de rádio ou um canal de TV em um aparelho, estamos alterando algumas características elétricas de seu circuito receptor. Das inúmeras ondas eletromagnéticas que chegam simultaneamente ao receptor, somente aquelas que oscilam com determinada frequência resultarão em máxima absorção de energia. O fenômeno descrito é a A) difração. B) refração. C) polarização. D) interferência. E) ressonância. Questão 4 (ENEM – 2014) Christiaan Huygens, em 1656, criou o relógio de pêndulo. Nesse dispositivo, a pontualidade baseia-se na regularidade das pequenas oscilações do pêndulo. Para manter a precisão desse relógio, diversos problemas foram contornados. Por exemplo, a haste passou por ajustes até que, no início do século XX, houve uma inovação, que foi sua fabricação usando uma liga metálica que se comporta regularmente em um largo intervalo de temperaturas. YODER, J. G. Unrolling Time: Christiaan Huygens and the mathematization of nature. Cambridge: Cambridge University Press, 2004 (adaptado). Desprezando a presença de forças dissipativas e considerando a aceleração da gravidade constante, para que esse tipo de relógio realize corretamente a contagem do tempo, é necessário que o(a) A) comprimento da haste seja mantido constante. B) massa do corpo suspenso pela haste seja pequena. C) material da haste possua alta condutividade térmica. D) amplitude da oscilação seja constante a qualquer temperatura. E) energia potencial gravitacional do corpo suspenso se mantenha constante. 105 Questão 5 (ENEM – 2013) Uma manifestação comum das torcidas em estádios de futebol é a ola mexicana. Os espectadores de uma linha, sem sair do lugar e sem se deslocarem lateralmente, ficam de pé e se sentam, sincronizados com os da linha adjacente. O efeito coletivo se propaga pelos espectadores do estádio, formando uma onda progressiva, conforme ilustração. Calcula-se que a velocidade de propagação dessa “onda humana” é 45 km/h, e que cada período de oscilação contém 16 pessoas, que se levantam e sentam organizadamente e distanciadas entre si por 80 cm. Disponível em: www.ufsm.br. Acesso em: 7 dez. 2012 (adaptado). Nessa ola mexicana, a frequência da onda, em hertz, é um valor mais próximo de A) 0,3. B) 0,5. C) 1,0. D) 1,9. E) 3,7. Questão 6 (ENEM – 2013) Em um piano, o Dó central e a próxima nota Dó (Dó maior) apresentam sons parecidos, mas não idênticos. É possível utilizar programas computacionais para expressar o formato dessas ondas sonoras em cada uma das situações como apresentado nas figuras, em que estão indicados intervalos de tempo idênticos (T). A razão entre as frequências do Dó central e do Dó maior é de: A) ½ B) 2 C) 1 D) ¼ E) 4 Questão 7 (ENEM – 2012) Em um dia de chuva muito forte, constatou-se uma goteira sobre o centro de uma piscina coberta, formando um padrão de ondas circulares. Nessa situação, observou-se que caíam duas gotas a cada segundo. A distância entre duas cristas consecutivas era de 25 cm e cada uma delas se aproximava da borda da piscina com velocidade de 1,0 m/s. Após algum tempo a chuva diminuiu e a goteira passou a cair uma vez por segundo. Com a diminuição da chuva, a distância entre as cristas e a velocidade de propagação da onda se tornaram, respectivamente, A) maior que 25 cm e maior que 1,0 m/s. B) maior que 25 cm e igual a 1,0 m/s. C) menor que 25 cm e menor que 1,0 m/s. D) menor que 25 cm e igual a 1,0 m/s. E) igual a 25 cm e igual a 1,0 m/s. 106 Questão 8 (ENEM – 2011) Ao diminuir o tamanho de um orifício atravessado por um feixe de luz, passa menos luz por intervalo detempo, e próximo da situação de completo fechamento do orifício, verifica-se que a luz apresenta um comportamento como o ilustrado nas figuras. Sabe-se que o som, dentro de suas particularidades, também pode se comportar dessa forma. FIOLHA IS, C. Física divertida. Brasília: UnB, 2000 (adaptado). Em qual das situações a seguir está representado o fenômeno descrito no texto? A) Ao se esconder atrás de um muro, um menino ouve a conversa de seus colegas. B) Ao gritar diante de um desfiladeiro, uma pessoa ouve a repetição do seu próprio grito. C) Ao encostar o ouvido no chão, um homem percebe o som de uma locomotiva antes de ouvi-lo pelo ar. D) Ao ouvir uma ambulância se aproximando, uma pessoa percebe o som mais agudo do que quando aquela se afasta. E) Ao emitir uma nota musical muito aguda, uma cantora de opera faz com que uma taca de cristal se despedace. Questão 9 (ENEM – 2010) As ondas eletromagnéticas, como a luz visível e as ondas de rádio, viajam em linha reta em um meio homogêneo. Então, as ondas de rádio emitidas na região litorânea do Brasil não alcançariam a região amazônica do Brasil por causa da curvatura da Terra. Entretanto sabemos que é possível transmitir ondas de rádio entre essas localidades devido à ionosfera. Com a ajuda da ionosfera, a transmissão de ondas planas entre o litoral do Brasil e a região amazônica é possível por meio da A) reflexão. B) refração. C) difração. D) polarização. E) interferência. 107 Questão 10 (ENEM – 2009) O progresso da tecnologia introduziu diversos artefatos geradores de campos eletromagnéticos. Uma das mais empregadas invenções nessa área são os telefones celulares e smartphones. As tecnologias de transmissão de celular atualmente em uso no Brasil contemplam dois sistemas. O primeiro deles é operado entre as frequências de 800 MHz e 900 MHz e constitui os chamados sistemas TDMA/CDMA. Já a tecnologia GSM, ocupa a frequência de 1.800 MHz. Considerando que a intensidade de transmissão e o nível de recepção “celular” sejam os mesmos para as tecnologias de transmissão TDMA/CDMA ou GSM, se um engenheiro tiver de escolher entre as duas tecnologias para obter a mesma cobertura, levando em consideração apenas o número de antenas em uma região, ele deverá escolher: A) a tecnologia GSM, pois é a que opera com ondas de maior comprimento de onda. B) a tecnologia TDMA/CDMA, pois é a que apresenta Efeito Doppler mais pronunciado. C) a tecnologia GSM, pois é a que utiliza ondas que se propagam com maior velocidade. D) qualquer uma das duas, pois as diferenças nas frequências são compensadas pelas diferenças nos comprimentos de onda. E) qualquer uma das duas, pois nesse caso as intensidades decaem igualmente da mesma forma, independentemente da frequência. Questão 11 (ENEM – 2009) A ultrassonografia, também chamada de ecografia, é uma técnica de geração de imagens muito utilizada em medicina. Ela se baseia na reflexão que ocorre quando um pulso de ultrassom, emitido pelo aparelho colocado em contato com a pele, atravessa a superfície que separa um órgão do outro, produzindo ecos que podem ser captados de volta pelo aparelho. Para a observação de detalhes no interior do corpo, os pulsos sonoros emitidos têm frequências altíssimas, de até 30 MHz, ou seja, 30 milhões de oscilações a cada segundo. A determinação de distâncias entre órgãos do corpo humano feita com esse aparelho fundamenta-se em duas variáveis imprescindíveis: A) a intensidade do som produzido pelo aparelho e a frequência desses sons. B) a quantidade de luz usada para gerar as imagens no aparelho e a velocidade do som nos tecidos. C) a quantidade de pulsos emitidos pelo aparelho a cada segundo e a frequência dos sons emitidos pelo aparelho. D) a velocidade do som no interior dos tecidos e o tempo entre os ecos produzidos pelas superfícies dos órgãos. E) o tempo entre os ecos produzidos pelos órgãos e a quantidade de pulsos emitidos a cada segundo pelo aparelho. Questão 12 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 1) A tabela mostra a frequência de ondas sonoras fundamentais que se propagam no ar, produzidas por diapasões. Nota Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si Frequência (Hz) 264 297 330 352 390 440 495 Com base nas informações fornecidas na tabela, é CORRETO afirmar: A) Elas possuem frequências diferentes e se propagam com a mesma velocidade. B) Quanto maior a frequência da onda, maior será sua velocidade de propagação. C) Quanto menor a frequência da onda, maior será sua velocidade de propagação. D) O período de oscilação dos diapasões é o mesmo, e as ondas se propagam com a mesma velocidade. Questão 13 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 1) Os morcegos são capazes de emitir ondas de ultrassom com comprimento aproximadamente de 0,003 m. Sobre as ondas emitidas por esses animais, assinale a opção CORRETA. A) São ondas eletromagnéticas que se propagam no vácuo das cavernas. B) São ondas longitudinais. C) São ondas transversais. D) São ondas mecânicas que se propagam no vácuo. 108 Questão 14 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 2) Um rádio portátil opera em duas modalidades: AM, que opera com frequências entre 600 kHz e 1500 kHz e a banda FM, de 90 MHz a 120 MHz. A velocidade de propagação das ondas é 3,0 x 108 m/s. O menor e o maior comprimento de onda que podem ser captados pelo aparelho valem, respectivamente: A) 2,5 m e 500 m B) 1,33 m e 600m C) 3,33 m e 600 m D) 6,0 m e 1500 m Questão 15 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 1) Construíram-se três pêndulos simples utilizando-se bolinhas e fios finos. Pêndulo 1 – Uma bolinha de 50g presa à extremidade de um fio com 40 cm de comprimento. Pêndulo 2 – Uma bolinha de 100g presa à extremidade de um fio com 80 cm de comprimento. Pêndulo 3 – Uma bolinha de 25 g presa à extremidade de um fio com 40 cm de comprimento. Os três pêndulos foram postos a oscilar separadamente durante 10 segundos e foi anotado o número de oscilações completas que cada um deles realizou nesse intervalo de tempo. É CORRETO afirmar: A) O pêndulo 3 oscilou mais vezes que o pêndulo 1. B) O pêndulo 2 oscilou mais vezes que os outros dois. C) Os pêndulos 1 e 3 oscilaram o mesmo número de vezes. D) O pêndulo 1 oscilou um maior número de vezes que os outros dois. (PUC-MG – 2009/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 16 E 17 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR. As primeiras idéias sobre energia mecânica foram formuladas por Gottfried Leibnitz, filósofo e matemático (1646-1716). Leibnitz acreditava que, para um corpo de massa m e velocidade v, a grandeza mv2, que ele chamava “vis viva”, era uma grandeza que se conservava. Para Leibnitz um corpo lançado verticalmente sempre possuiria “vis” (força, energia), mesmo quando estivesse no ponto mais alto onde a velocidade é nula. Ao cair, sua velocidade aumenta e o corpo passa a ter novamente a “vis viva”. A grandeza mv2 de Leibnitz hoje é identificada como o dobro da energia cinética. O progresso das ciências físicas levou à descoberta de diferentes formas de energia: potencial gravitacional, potencial elástica, térmica, elétrica, etc. Assim, quando se consideram todas as formas de energia, a energia total de um sistema isolado é constante. Essa é a lei da conservação da energia, enunciada independentemente por Joule, Helmholtz e Mayer, por volta de 1850. (Texto adaptado de Projeto de Ensino de Física, USP, fascículo 11, coordenação de Ernest Hamburger e Giorgio Moscate, 1975.) Questão 16 (Ver enunciado acima) A figura a seguir mostra um corpo de massa m = 0,05 kg, preso a uma mola de constante elástica k = 20 N/m. O objeto é deslocado 20 cm para a direita, a partir da posição de equilíbrio sobre uma superfície sem atrito, passando a oscilar entre x = A e x = – A. Assinale a afirmativa CORRETA. A) Na posição x = -20 cm, a mola tem uma energia cinética de 0,4 J e a energia potencial elásticado corpo é nula. B) Na posição x = -20 cm, toda a energia do sistema vale 0,4 J e está no objeto sob a forma de energia cinética. C) Na posição x = 0, toda a energia do sistema está no corpo na forma de energia cinética e sua velocidade vale 4 m/s. D) Na posição x = 20 cm, toda a energia do sistema vale 0,8 J sendo 0,6 J na mola e o restante no objeto. 109 Questão 17 (Ver enunciado acima) Em relação à questão de número 7, se houvesse atrito entre o corpo e a superfície, a quantidade de calor gerada seria suficiente para A) fundir 1g de gelo a 0°C. B) aumentar em 1°C a temperatura de 1g de água. C) vaporizar 0,01g de água a 100°C. D) aumentar em 1°C a temperatura de 0,1g de água. Questão 18 (UEMG – 2014) SOBRE OS TELHADOS DO IRÃ Sobre os telhados da noite — no Irã ecoa a voz agônica dos que querem se expressar. Não é a ladainha dos muezins e suas preces monótonas (conformadas) é o canto verde rasgando o negro manto dos aiatolás como se do alto das casas fosse possível antecipar — o parto de luz que sangra na madrugada. (Sísifo desce a montanha) O poema faz referência ao som (voz agônica dos que querem se expressar) e à luz (parto de luz que sangra na madrugada), como símbolos da negação de uma realidade incômoda. O adjetivo verde, em canto verde, confirma essa aproximação. Do ponto de vista físico, luz e som são fenômenos que podem apresentar semelhanças ou diferenças. A esse respeito, são feitas as seguintes afirmações: I. Quando se propagam no ar, som e luz têm a mesma velocidade. II. Do ar para a água, a velocidade do som aumenta, enquanto a da luz diminui. III. A frequência dos sons audíveis é maior que a frequência da luz. IV. Somente o som apresenta comportamento ondulatório. Está(ão) CORRETA(S) A) apenas I e III. B) apenas III e IV. C) apenas II. D) apenas IV. Questão 19 (UEMG – 2013) Jonas estava na sala de sua casa, que ficava perto de uma escola. Ao ouvir sons vindos da escola, ele concluiu que as ondas sonoras que vinham pelo ar, atingindo e atravessando o vidro, propagavam-se novamente pelo ar até atingir os seus tímpanos. Na passagem do ar para o vidro e do vidro para o ar, as ondas sonoras vindas da escola certamente não sofreram alteração de A) frequência. B) velocidade. C) comprimento de onda. D) amplitude. 110 Questão 20 (CEFET-MG – 2012/2) A velocidade da onda que se propaga em uma corda depende de dois fatores: tensão e densidade linear. Se essas grandezas dobrarem de valor, então a velocidade de propagação será multiplicada por A) 0,25. B) 0,50. C) 1,0. D) 2,0. E) 4,0. Questão 21 (CEFET-MG – 2012/1) Com relação aos fenômenos ondulatórios, é correto afirmar que A) a altura do som permite distinguir um volume alto de um baixo. B) a intensidade do som possibilita diferenciar um som grave de um agudo. C) a reflexão do som possibilita ouvir a voz de uma pessoa do outro lado de um muro. D) a velocidade de propagação de uma onda numa corda é igual à velocidade de um elemento que nela oscila. E) a difração da luz ocorre quando a dimensão do orifício no qual ela incide é da ordem de seu comprimento de onda. Questão 22 (CEFET-MG – 2011/2) A respeito das propriedades das ondas, em geral, afirma-se: I. A onda sonora no ar é uma vibração mecânica e longitudinal. II. A luz é uma onda eletromagnética, transversal e dispensa um meio para se propagar. III. Uma onda é uma perturbação que se propaga no espaço e transporta matéria e energia. IV. O ultrassom é uma onda elástica, mecânica e transversal. São corretos apenas os itens A) I e II. B) I e IV. C) II e III. D) II e IV. E) III e IV. Questão 23 (CEFET-MG – 2011/1) Considere a seguinte informação sobre a velocidade de propagação do som em dois meios distintos. Velocidade do som no ar (a uma dada temperatura) = 351 m/s. Velocidade do som na água destilada (a 0 ºC) = 1404 m/s. Uma fonte sonora, próxima à superfície da água, produz ondas que se propagam pelo ar e pela água. A razão entre os comprimentos de onda, dentro e fora da água, é, respectivamente, igual a A) 4 1 B) 2 1 C) 1 D) 2 E) 4 Questão 24 (CEFET-MG – 2010/1) Dois sistemas massa-mola oscilam com as frequências fA e fB, tal que fA = 2fB . Sabendo-se que as constantes elásticas das molas são iguais, a razão entre as massas, MA / MB, é A) 2. B) 4. C) 2 . D) 2 1 E) 4 1 111 Questão 25 (CEFET-MG – 2009/2) As figuras abaixo ilustram um mesmo pêndulo oscilando na Terra e na Lua. Comparando os períodos T e T’ e as freqüências f e f’ de oscilação desse pêndulo, é correto afirmar que, na Lua, T’ e f’, respectivamente, A) aumenta e diminui. B) diminui e aumenta. C) diminui e não altera. D) aumenta e não altera. E) não altera e aumenta. Questão 26 (CEFET-MG – 2009/2) Um bloco, preso a uma mola, oscila sem atrito entre os pontos B e B’. O ponto O representa a posição de equilíbrio do bloco. No instante em que ele passa pela posição indicada na figura, deslocando-se para a direita, o sentido da força restauradora, da aceleração e o tipo de movimento do bloco são, respectivamente, Sentido da força restauradora Sentido da aceleração Tipo de movimento A) para a esquerda para a direita uniforme B) para a direita para a esquerda retardado C) para a esquerda para a esquerda retardado D) para a esquerda para a direita acelerado E) para a direita para a direita uniforme Questão 27 (CEFET-MG – 2009/2) Uma onda estacionária com três ventres é formada em uma corda homogênea que desloca entre as duas posições extremas, representadas, na figura, pelas linhas cheia e tracejada, a cada 0,2 s. O comprimento de onda λ dessa onda, sua velocidade de propagação v e sua freqüência f, medidos em m, m/s e Hz, são, respectivamente, A) 4, 20 e 2,5. B) 4, 20 e 5,0. C) 4, 40 e 5,0. D) 8, 10 e 2,5. E) 8, 20 e 2,5. 112 Questão 28 (UFMG – 2010) Na Figura I, estão representados os pulsos P e Q, que estão se propagando em uma corda e se aproximam um do outro com velocidades de mesmo módulo. Na Figura II, está representado o pulso P, em um instante t, posterior, caso ele estivesse se propagando sozinho. A partir da análise dessas informações, assinale a alternativa em que a forma da corda no instante t está CORRETAMENTE representada. 113 Questão 29 (UFMG – 2009) Numa aula no Laboratório de Física, o professor faz, para seus alunos, a experiência que se descreve a seguir. Inicialmente, ele enche de água um recipiente retangular, em que há duas regiões – I e II –, de profundidades diferentes. Esse recipiente, visto de cima, está representado nesta figura: No lado esquerdo da região I, o professor coloca uma régua a oscilar verticalmente, com frequência constante, de modo a produzir um trem de ondas. As ondas atravessam a região I e propagam-se pela região II, até atingirem o lado direito do recipiente. Na figura, as linhas representam as cristas de onda dessas ondas. Dois dos alunos que assistem ao experimento fazem, então, estas observações: • Bernardo: “A frequência das ondas na região I e menor que na região II.” • Rodrigo: “A velocidade das ondas na região I e maior que na região II.” Considerando-se essas informações, e CORRETO afirmar que A) apenas a observação do Bernardo está certa. B) apenas a observação do Rodrigo está certa. C) ambas as observações estão certas. D) nenhuma das duas observações está certa. Questão 30 (UFMG – 2008) Quando uma onda sonora incide na superfície de um lago, uma parte dela é refletida e a outra é transmitida para a água. Sejam fI a frequência da onda incidente, fR a frequênciada onda refletida e fT a frequência da onda transmitida para a água. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que A) fR = fI e fT > fI . B) fR < fI e fT > fI . C) fR = fI e fT = fI . D) fR < fI e fT = fI . Questão 31 (UFMG – 2008) Quando, em uma região plana e distante de obstáculos, se ouve o som de um avião voando, parece que esse som vem de uma direção diferente daquela em que, no mesmo instante, se enxerga o avião. Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque A) a velocidade do avião é maior que a velocidade do som no ar. B) a velocidade do avião é menor que a velocidade do som no ar. C) a velocidade do som é menor que a velocidade da luz no ar. D) o som é uma onda longitudinal e a luz uma onda transversal. 114 Questão 32 (UFMG – 2007) Bernardo produz uma onda em uma corda, cuja forma, em certo instante, está mostrada na Figura I. Na Figura II, está representado o deslocamento vertical de um ponto dessa corda em função do tempo. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que a velocidade de propagação da onda produzida por Bernardo, na corda, é de A) 0,20 m/s. B) 0,50 m/s. C) 1,0 m/s. D) 2,0 m/s. Questão 33 (UFMG – 2013 – 2ª etapa) Uma corda esticada e presa nas duas extremidades pode vibrar em diferentes frequências, sendo a mais baixa delas denominada frequência do modo fundamental. Em um violino, a distância entre as extremidades em cada corda é de 0,32 m. Maria Sílvia coloca esse violino próximo a um autofalante conectado a um dispositivo capaz de produzir sons com frequências que variam continuamente entre 500 Hz e 1.500 Hz. Ela observa que uma das cordas oscila apenas quando o dispositivo emite sons com as frequências de 880 Hz e 1.320 Hz . 1. Na situação dessa corda vibrando em seu modo fundamental, DETERMINE A) a frequência da vibração. B) o comprimento de onda da onda na corda. 2. Com relação ao som emitido por essa corda quando ela vibra em seu modo fundamental, DETERMINE A) a frequência dessa onda sonora. B) o comprimento de onda dessa onda sonora. 115 Questão 34 (UFMG – 2012 – 2ª etapa) Dois alto-falantes idênticos, bem pequenos, estão ligados ao mesmo amplificador e emitem ondas sonoras em fase, em uma só frequência, com a mesma intensidade, como mostra nesta figura: Igor está posicionado no ponto O equidistante dos dois alto-falantes, e escuta o som com grande intensidade. Ele começa andar ao longo da linha paralela aos alto- falantes e percebe que o som vai diminuindo de intensidade, passa por um mínimo e, depois, aumenta novamente. Quando Igor chega ao ponto M, a 1,0 m do ponto O, a intensidade do som alcança, de novo, o valor máximo. Em seguida, Igor mede a distância entre o ponto M e cada um dos alto-falantes e encontra 8,0 m e 10,0 m, como indicado na figura. 1. EXPLIQUE por que , ao longo da linha OM , a intensidade do som varia da forma descrita e CALCULE o comprimento de onda do som emitido pelos alto-falantes. 2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Se a frequência emitida pelos alto-falantes aumentar, o ponto M estará mais distante ou mais próximo do ponto O? JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 35 (UFMG – 2011 – 2ª etapa) Na figura ao lado, estão representadas cristas consecutivas de uma onda sonora, emitida por uma fonte que se move em relação ao ar, em uma região sem vento. Cada divisão horizontal ou vertical nessa figura vale 0,50 m. 1. Com base nessas informações, DETERMINE a velocidade dessa fonte de som. 2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Em qual das posições – K, L, M , P ou Q, indicadas na figura –, uma pessoa percebe o som em tom mais agudo? K. L. M. P. Q. Com base nas informações contidas na figura, JUSTIFIQUE sua resposta. 116 3. Considere, agora, que a fonte sonora passa a se mover com velocidade igual à velocidade do som. ESBOCE, no diagrama ao lado, as cristas da onda sonora nessa situação. JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 36 (UFMG – 2010 – 2ª etapa) Na Figura I, está representada, em certo instante, a forma de uma onda que se propaga em uma corda muito comprida e, na Figura II, essa mesma onda 0,10 s depois. O ponto P da corda, mostrado em ambas as figuras, realiza um movimento harmônico simples na direção y e, entre os dois instantes de tempo representados, desloca-se em um único sentido. 1. Considerando essas informações, RESPONDA: Essa onda está se propagando no sentido positivo ou negativo do eixo x? JUSTIFIQUE sua resposta. 2. Para a onda representada, DETERMINE A) a frequência. B) a velocidade de propagação. 117 Questão 37 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) Bruna afina a corda mi de seu violino, para que ela vibre com uma freqüência mínima de 680 Hz. A parte vibrante das cordas do violino de Bruna mede 35 cm de comprimento, como mostrado nesta figura: Considerando essas informações, 1. CALCULE a velocidade de propagação de uma onda na corda mi desse violino. 2. Considere que a corda mi esteja vibrando com uma freqüência de 680 Hz. DETERMINE o comprimento de onda, no ar, da onda sonora produzida por essa corda. Questão 38 (UFMG – 2007 – 2ª etapa) (Constituída de dois itens.) Em uma feira de ciências, Rafael apresenta um dispositivo para traçar senóides, como o mostrado na figura ao lado. Esse dispositivo consiste em um pequeno funil cheio de areia, que, pendurado na extremidade de um fio longo, oscila num plano perpendicular à direção do movimento da esteira rolante, mostrada na figura. A areia escoa, lentamente, do funil sobre a esteira, que se move no sentido indicado pela seta. Quando a esteira se move a uma velocidade de 5,0 cm/s, observa-se que a distância entre dois máximos sucessivos da senóide é de 20 cm. Considerando as informações dadas e a situação descrita, 1. CALCULE o período de oscilação do funil. Em seguida, Rafael aumenta de quatro vezes o comprimento do fio que prende o funil. 2. CALCULE a distância entre os máximos sucessivos da senóide nesta nova situação. 118 21 – REFLEXÃO DA LUZ Questão 1 (ENEM – 2015) Certos tipos de superfícies na natureza podem refletir luz de forma a gerar um efeito de arco-íris. Essa característica é conhecida como iridescência e ocorre por causa do fenômeno da interferência de película fina. A figura ilustra o esquema de uma fina camada iridescente de óleo sobre uma poça d’água. Parte do feixe de luz branca incidente 1 interface ar/óleo e sofre inversão de fase 2, o que equivale a uma mudança de meio comprimento de onda. A parte refratada do feixe 3 incide na interface óleo/água e sofre reflexão sem inversão de fase 4. O observador indicado enxergará aquela região do filme com coloração equivalente à do comprimento de onda que sofre interferência completamente construtiva entre os raios 2 e 5, mas essa condição só é possível para uma espessura mínima da película. Considere que o caminho percorrido em 3 e 4 corresponde ao dobro da espessura E da película de óleo. Disponível em: http://2011.igem.org. Acesso em: 18 nov. 2014 (adaptado). Expressa em termos do comprimento de onda (λ), a espessura mínima é igual a A) λ/4. B) λ/2. C) 3λ/4 D) λ. E) 2λ. Questão 2 (ENEM – 2010) Júpiter, conhecido como o gigante gasoso, perdeu uma das suas listras mais proeminentes, deixando o seu hemisfério sul estranhamente vazio. Observe a região em que a faixa sumiu, destacada pela seta. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 12 maio 2010 (adaptado). A aparência de Júpiter é tipicamente marcada por duas faixas escuras em sua atmosfera — uma no hemisfério norte e outra no hemisfério sul. Como o gás estáconstantemente em movimento, o desaparecimento da faixa no planeta relaciona-se ao movimento das diversas camadas de nuvens em sua atmosfera. A luz do Sol, refletida nessas nuvens, gera a imagem que é captada pelos telescópios, no espaço ou na Terra. O desaparecimento da faixa sul pode ter sido determinado por uma alteração A) na temperatura da superfície do planeta. B) no formato da camada gasosa do planeta. C) no campo gravitacional gerado pelo planeta. D) na composição química das nuvens do planeta. E) na densidade das nuvens que compõem o planeta. 119 Questão 3 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 1) Enquanto aguarda o seu almoço, um estudante observa sua imagem através da superfície côncava de uma colher, próxima ao prato sobre a mesa. Considerando-se a colher como um espelho esférico, é CORRETO afirmar que a imagem vista pelo estudante é: A) real, maior e direita. B) real, menor e invertida. C) virtual, menor e direita. D) virtual, maior e direita. Questão 4 (UEMG – 2016) “Tentando se equilibrar sobre a dor e o susto, Salinda contemplou-se no espelho. Sabia que ali encontraria a sua igual, bastava o gesto contemplativo de si mesma”. EVARISTO, 2014, p. 57. Um espelho, mais do que refletir imagens, leva-nos a refletir. Imagens reais, imagens virtuais. Imagens. Do nosso exterior e do nosso interior. Salinda contemplou-se diante de um espelho e não se viu igual, mas menor. Era a única alteração vista na sua imagem. Uma imagem menor. Diante disso, podemos afirmar que o espelho onde Salinda viu sua imagem refletida poderia ser: A) Convexo. B) Plano. C) Convexo ou plano, dependendo da distância. D) Côncavo, que pode formar todo tipo de imagem. Questão 5 (UEMG – 2015) Um espelho reflete raios de luz que nele incidem. Se usássemos os espelhos para refletir, quantas reflexões interessantes poderíamos fazer. Enquanto a filosofia se incumbe de reflexões internas, que incidem e voltam para dentro da pessoa, um espelho trata de reflexões externas. Mas, como escreveu Luiz Vilela, “você verá.” Você está diante de um espelho plano, vendo-se totalmente. Num certo instante, e é disso que é feita a vida, de instantes, você se aproxima do espelho a 1,5 m/s e está a 2,0 m de distância do espelho. Nesse instante, a sua imagem, fornecida pelo espelho, estará A) a 2,0 m de distância do espelho, com uma velocidade de 3,0 m/s em relação a você. B) a 2,0 m de distância do espelho, com uma velocidade de 1,5 m/s em relação a você. C) a uma distância maior que 2,0 m do espelho, com uma velocidade de 3,0 m/s em relação ao espelho. D) a uma distância menor que 2,0 m do espelho, com uma velocidade de 1,5 m/s em relação ao espelho. Questão 6 (UEMG – 2014) Muitos profissionais precisam de espelhos em seu trabalho. Porteiros, por exemplo, necessitam de espelhos que lhes permitem ter um campo visual maior, ao passo que dentistas utilizam espelhos que lhes fornecem imagens com maior riqueza de detalhes. Os espelhos mais adequados para esses profissionais são, respectivamente, espelhos A) planos e côncavos. B) planos e convexos. C) côncavos e convexos. D) convexos e côncavos. 120 Questão 7 (UEMG – 2014) Em uma aula sobre Gravitação, o professor de Física resolveu escrever um poema e mostrá-lo a seus alunos: "O Sol e a Lua num balé em torno da Terra. Ora a Lua está entre o Sol e a Terra. Ora a Terra está entre o Sol e a Lua." Os dois últimos versos desse poema referem-se, respectivamente, A) à lua crescente e à lua minguante. B) à lua cheia e à lua nova. C) à lua nova e à lua cheia. D) a uma situação irreal. Questão 8 (CEFET-MG – 2012/2) A figura abaixo representa um objeto à frente de um espelho esférico convexo de raio de curvatura de 60 cm. Se esse objeto está em repouso a 20 cm do vértice sobre o eixo principal do espelho e, em seguida, oscila em torno da posição inicial com amplitude de 10 cm, então as máximas distâncias à direita e à esquerda em relação à imagem inicial serão, respectivamente, em cm, iguais a A) 3,0 e 4,5. B) 3,0 e 7,5. C) 4,5 e 7,5. D) 7,5 e 12. E) 12 e 15. 121 22 – REFRAÇÃO DA LUZ Questão 1 (ENEM – 2015) Entre os anos de 1028 e 1038, Alhazen (Ibn al-Haytham; 965-1040 d.C.) escreveu sua principal obra, o Livro da Óptica, que, com base em experimentos, explicava o funcionamento da visão e outros aspectos da ótica, por exemplo, o funcionamento da câmara escura. O livro foi traduzido e incorporado aos conhecimentos científicos ocidentais pelos europeus. Na figura, retirada dessa obra, é representada a imagem invertida de edificações em um tecido utilizado como anteparo. ZEWAIL, A. H. Micrographia of the twenty-f irst century: from camera obscura to 4D microscopy. Philosophical Transactions of the Royal Society A, v. 368, 2010 (adaptado). Se fizermos uma analogia entre a ilustração e o olho humano, o tecido corresponde ao(à) A) íris. B) retina. C) pupila. D) córnea. E) cristalino. Questão 2 (ENEM – 2015) Será que uma miragem ajudou a afundar o Titanic? O fenômeno ótico conhecido como Fata Morgana pode fazer com que uma falsa parede de água apareça sobre o horizonte molhado. Quando as condições são favoráveis, a luz refletida pela água fria pode ser desviada por uma camada incomum de ar quente acima, chegando até o observador, vinda de muitos ângulos diferentes. De acordo com estudos de pesquisadores da Universidade de San Diego, uma Fata Morgana pode ter obscurecido os icebergs da visão da tripulação que estava a bordo do Titanic. Dessa forma, a certa distância, o horizonte verdadeiro fica encoberto por uma névoa escurecida, que se parece muito com águas calmas no escuro. Disponível em: http://apod.nasa.gov. Acesso em: 6 set. 2012 (adaptado). O fenômeno ótico que, segundo os pesquisadores, provoca a Fata Morgana é a A) ressonância. B) refração. C) difração. D) reflexão. E) difusão. 122 Questão 3 (ENEM – 2014) As lentes fotocromáticas escurecem quando expostas à luz solar por causa de reações químicas reversíveis entre uma espécie incolor e outra colorida. Diversas reações podem ser utilizadas, e a escolha do melhor reagente para esse fim se baseia em três principais aspectos: (i) o quanto escurece a lente; (ii) o tempo de escurecimento quando exposta à luz solar; e (iii) o tempo de esmaecimento em ambiente sem forte luz solar. A transmitância indica a razão entre a quantidade de luz que atravessa o meio e a quantidade de luz que incide sobre ele. Durante um teste de controle para o desenvolvimento de novas lentes fotocromáticas, foram analisadas cinco amostras, que utilizam reagentes químicos diferentes. No quadro, são apresentados os resultados. Considerando os três aspectos, qual é a melhor amostra de lente fotocromática para se utilizar em óculos? A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 Questão 4 (ENEM – 2014) Uma proposta de dispositivo capaz de indicar a qualidade da gasolina vendida em postos e, consequentemente, evitar fraudes, poderia utilizar o conceito de refração luminosa. Nesse sentido, a gasolina não adulterada, na temperatura ambiente, apresenta razão entre os senos dos raios incidente e refratado igual a 1,4. Desse modo, fazendo incidir o feixe de luz proveniente do ar com um ângulo fixo e maior que zero, qualquer modificação no ângulo do feixe refratado indicará adulteração no combustível. Em uma fiscalização rotineira, o teste apresentou o valor de 1,9. Qual foi o comportamento do raio refratado? A) Mudou de sentido. B) Sofreu reflexão total. C) Atingiu o valor do ângulo limite. D) Direcionou-se para a superfície de separação. E) Aproximou-se da normal à superfície de separação. Questão 5 (ENEM – 2014) É comum aos fotógrafos tirar fotos coloridas em ambientesiluminados por lâmpadas fluorescentes, que contém uma forte composição de luz verde. A consequência desse fato na fotografia é que todos os objetos claros, principalmente os brancos, aparecerão esverdeados. Para equilibrar as cores, deve-se usar um filtro adequado para diminuir a intensidade da luz verde que chega aos sensores da câmera fotográfica. Na escolha desse filtro, utiliza-se o conhecimento da composição das cores-luz primárias: vermelho, verde e azul; e das cores-luz secundárias: amarelo = vermelho + verde, ciano = verde + azul e magenta = vermelho + azul. Disponível em: http://nautillus.f ls.uc.pt. Acesso em: 20 maio 2014 (adaptado). Na situação descrita, qual deve ser o filtro utilizado para que a fotografia apresente as cores naturais dos objetos? A) Ciano. B) Verde. C) Amarelo. D) Vermelho. E) Magenta. 123 Questão 6 (ENEM – 2012) Alguns povos indígenas ainda preservam suas tradições realizando a pesca com lanças, demonstrando uma notável habilidade. Para fisgar um peixe em um lago com águas tranquilas o índio deve mirar abaixo da posição em que enxerga o peixe. Ele deve proceder dessa forma porque os raios de luz A) refletidos pelo peixe não descrevem uma trajetória retilínea no interior da água. B) emitidos pelos olhos do índio desviam sua trajetória quando passam do ar para a água. C) espalhados pelo peixe são refletidos pela superfície da água. D) emitidos pelos olhos do índio são espalhados pela superfície da água. E) refletidos pelo peixe desviam sua trajetória quando passam da água para o ar. Questão 7 (ENEM – 2010) Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresentava valor negativo do índice de refração relativo para a luz visível. Denomina-se metamaterial um material óptico artifi cial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz, o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais. Esse material tem sido chamado de “canhoto”. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 28 abr. 2010 (adaptado). Considerando o comportamento atípico desse metamaterial, qual é a figura que representa a refração da luz ao passar do ar para esse meio? A) B) C) D) E) 124 Questão 8 (ENEM – 2009) Sabe-se que o olho humano não consegue diferenciar componentes de cores e vê apenas a cor resultante, diferentemente do ouvido, que consegue distinguir, por exemplo, dois instrumentos diferentes tocados simultaneamente. Os raios luminosos do espectro visível, que têm comprimento de onda entre 380 nm e 780 nm, incidem na córnea, passam pelo cristalino e são projetados na retina. Na retina, encontram-se dois tipos de fotorreceptores, os cones e os bastonetes, que convertem a cor e a intensidade da luz recebida em impulsos nervosos. Os cones distinguem as cores primárias: vermelho, verde e azul, e os bastonetes diferenciam apenas níveis de intensidade, sem separar comprimentos de onda. Os impulsos nervosos produzidos são enviados ao cérebro por meio do nervo óptico, para que se dê a percepção da imagem. Um indivíduo que, por alguma deficiência, não consegue captar as informações transmitidas pelos cones, perceberá um objeto branco, iluminado apenas por luz vermelha, como A) um objeto indefinido, pois as células que captam a luz estão inativas. B) um objeto rosa, pois haverá mistura da luz vermelha com o branco do objeto. C) um objeto verde, pois o olho não consegue diferenciar componentes de cores. D) um objeto cinza, pois os bastonetes captam luminosidade, porém não diferenciam cor. E) um objeto vermelho, pois a retina capta a luz refletida pelo objeto, transformando-a em vermelho. (PUC-MG – 2012/1 – Nível 1) AS QUESTÕES 9 E 10 SE REFEREM AO TEXTO ABAIXO. Foi René Descartes, em 1637, o primeiro a discutir claramente a formação do arco-íris. Ele escreveu: “Considerando que esse arco-íris aparece não apenas no céu, mas também no ar perto de nós, sempre que haja gotas de água iluminadas pelo Sol, como podemos ver em certas fontes, eu imediatamente entendi que isso acontece devido apenas ao caminho que os raios de luz traçam nessas gotas e atingem nossos olhos. Ainda mais, sabendo que as gotas são redondas, como fora anteriormente provado e, mesmo que sejam grandes ou pequenas, a aparência do arco-íris não muda de forma nenhuma, tive a ideia de considerar uma bem grande, para que pudesse examinar melhor...” Questão 9 (Ver enunciado acima) Assinale os fenômenos ópticos responsáveis pela formação do arco-íris: A) refração e reflexão B) difração e refração C) reflexão e interferência D) interferência e refração Questão 10 (Ver enunciado acima) Quanto ao fenômeno da dispersão das cores do arco-íris, é CORRETO afirmar: A) A dispersão da luz consiste em um fenômeno em que a luz branca é decomposta em cores fundamentais. B) A refração da luz é maior para o vermelho que para o violeta. C) Quando a luz está se propagando no ar e atinge uma gota de água, por exemplo, a velocidade da luz muda para outro valor, maior do que quando estava se propagando no ar. D) Outro fenômeno que pode ser explicado a partir da dispersão é que, durante o dia, o céu se apresenta na cor azul, mas no entardecer passa a ter coloração avermelhada. Questão 11 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 1) Um professor, ao fazer um teste com uma lente, observa uma imagem invertida e maior com relação ao objeto original. Com base nessa informação, pode-se concluir que o tipo de lente e a posição do objeto são: A) Lente convergente com o objeto entre o foco e a lente. B) Lente convergente com o objeto além do foco. C) Lente divergente com o objeto além do foco. D) Lente divergente com o objeto entre o foco e a lente. 125 Questão 12 (UEMG – 2012) “(...) que se unem para infernizar a vida do colega portador de alguma diferença física, humilhando-o por ser gordo ou magro, baixo ou alto, estrábico ou míope.” VENTURA, 2012, p. 53. A miopia é um problema de visão. Quem tem esse problema, enxerga melhor de perto, mas tem dificuldade de enxergar qualquer coisa que esteja distante. Três alunos, todos eles totalmente contrários ao bullying, fizeram afirmações sobre o problema da miopia: Aluno 1: o defeito é corrigido com o uso de lentes convergentes. Aluno 2: a imagem de objetos distantes é formada antes da retina. Aluno 3: ao observar uma estrela no céu, a imagem da estrela será formada depois da retina, em função da distância. Fizeram afirmações CORRETAS: A) Os alunos 1 e 3. B) Os alunos 2 e 3. C) Apenas o aluno 2. D) Apenas o aluno 1. Questão 13 (UEMG – 2012) Ao pegar os óculos de Gustavo, Fabiana percebeu que estes forneciam uma imagem ampliada de objetos que estavam próximos. Em vista disso, ela afirmou CORRETAMENTE que A) Gustavo era míope. B) os óculos de Gustavo jamais forneceriam uma imagem invertida de um objeto. C) as lentes dos óculos de Gustavo seriam mais finas nas bordas e espessas no meio. D) as lentes dos óculos de Gustavo seriam divergentes. Questão 14 (UEMG – 2011) Refração é o nome dado ao fenômeno em que uma onda que se propaga num meio passa a se propagar em outro meio. Considere que você veja, por uma janela de vidro, uma árvore. Até atingir os seus olhos, a luz proveniente da árvore veio pelo ar, passou a se propagar no vidro e, finalmente, passou do vidro para o ar novamente, até atingir os seus olhos. Ao sofrer essas duas refrações - do ar para o vidro e do vidro para o ar -, respectivamente, assinale a alternativa que apresenta CORRETAMENTE as alterações que ocorrem com a luz. A) Sua frequência aumenta, ao passar doar para o vidro, e diminui, ao passar do vidropara o ar. B) Sua frequência diminui, ao passar do ar para o vidro, e aumenta, ao passar do vidro para o ar. C) Sua velocidade aumenta, ao passar do ar para o vidro, e diminui, ao passar do vidro para o ar. D) Sua velocidade diminui, ao passar do ar para o vidro, e aumenta, ao passar do vidro para o ar. Questão 15 (UEMG – 2010/2) A presbiopia é um problema de visão que ocorre com muitas pessoas. Aquelas que têm visão normal, a partir dos 45 anos de idade, começam a ter dificuldade de ler ou observar objetos próximos. A visão de objetos distantes pode ser nítida, mas não a de objetos próximos. Assinale, abaixo, a alternativa que mostra o tipo de lentes que essa pessoa deve usar para corrigir o problema e qual é o tipo de problema ótico apresentado A) Lentes convergentes, pois a imagem forma-se antes da retina. B) Lentes convergentes, pois a imagem forma-se depois da retina. C) Lentes divergentes, pois a imagem forma-se antes da retina. D) Lentes divergentes, pois a imagem forma-se depois da retina. 126 Questão 16 (UEMG – 2009) Usando uma lupa (lente de aumento), uma pessoa projetou, numa folha de papel, a imagem vista de uma janela, conforme ilustração, a seguir: Nessas condições, e considerando a projeção desta imagem, só é CORRETO afirmar que A) a imagem formada é virtual. B) a imagem não é formada por luz, pois foi projetada no papel. C) a imagem formada é invertida. D) a imagem formada é real, mas não é invertida. Questão 17 (CEFET-MG – 2013/1) Um feixe de luz incide entre dois meios distintos como mostrado na figura a seguir. Se o meio 1 possui maior índice de refração, então é correto afirmar que o feixe refratado A) terá sua frequência alterada ao atravessar para o outro meio. B) manterá a mesma velocidade de propagação em ambos os meios. C) aproximará da linha tracejada indicada na figura durante a refração. D) apresentará uma diferença de fase entre os campos eletromagnéticos. E) permanecerá com o mesmo valor do período ao mudar de meio. Questão 18 (CEFET-MG – 2013/1) A miopia é um defeito da visão no qual a imagem é formada ___________ da retina, podendo ser corrigido pelo uso de uma lente _____________. A alternativa que preenche, corretamente, as lacunas é a) depois, côncavo-convexa. b) antes, plano-convexa. c) antes, plano-côncava. d) antes, biconvexa. e) depois, bicôncava. Questão 19 (CEFET-MG – 2012/1) Sobre uma placa transparente de 10 cm de espessura, cujo índice de refração é √3, imersa no ar, um raio de luz monocromática incidente forma um ângulo de 60º com a normal, como ilustra a seguinte figura. O desvio lateral D sofrido pelo raio, em centímetros, é aproximadamente igual a A) 2/√3. B) 10/√3. C) 20/√3. D) 5√3/2. E) 15√3. 127 Questão 20 (CEFET-MG – 2011/2) A distância entre um objeto real e a tela de projeção é de 80 cm. Se uma lente delgada é posicionada adequadamente entre esse objeto e a tela, então forma-se uma imagem nítida e ampliada em três vezes. Os dados que tornam possível essa situação estão corretos em Tipo de lente Distância focal (em cm) Distância do objeto à lente (em cm) A) convergente 20 20 B) convergente 15 20 C) convergente 15 60 D) divergente 15 60 E) divergente 20 20 Questão 21 (CEFET-MG – 2011/1) A duração do dia terrestre é ligeiramente ____________ devido à ___________ da luz solar na atmosfera. Os termos que completam, corretamente, as lacunas são A) menor, reflexão. B) maior, difração. C) maior, refração. D) menor, absorção. E) maior, interferência. Questão 22 (CEFET-MG – 2011/1) Sobre a refração, afirma-se: I. A imagem que se observa das estrelas encontra-se acima de sua real posição, tomando-se como referência o horizonte. II. A reflexão interna total ocorre quando a luz proveniente de um meio de menor índice de refração propaga-se em outro meio de maior índice. III. Um raio de luz, no ar, ao atingir com ângulo de incidência igual a 30° a superfície de separação de um meio mais refringente, refrata e forma com a normal um ângulo menor que 30°. IV. As miragens nos desertos e a imagem de um carro refletida no asfalto, em um dia quente e ensolarado, são virtuais e invertidas. São corretos apenas os itens A) I e II. B) I e III. C) III e IV. D) I, II e III. E) II, III e IV. Questão 23 (CEFET-MG – 2010/2) Sobre espelhos e lentes afirma-se: I. A imagem ampliada de um objeto fornecida pela lupa é real. II. O cristalino do olho humano funciona como uma lente convergente formando uma imagem invertida. III. O espelho côncavo forma uma imagem invertida, quando o objeto é colocado entre o foco e o vértice. IV. Uma lente pode ser convergente ou divergente dependendo do índice de refração do meio em que ela se encontra. São corretas apenas as afirmativas A) I e II. B) I e III. C) II e III. D) II e IV. E) III e IV. 128 Questão 24 (CEFET-MG – 2010/2) Na figura abaixo, a linha tracejada representa um instrumento ótico de distância focal F, um objeto O e sua imagem I. Esse instrumento é um(a) A) lente divergente. B) lente convergente. C) espelho plano ou uma lente divergente. D) espelho convexo ou uma lente divergente. E) espelho côncavo ou uma lente convergente. Questão 25 (CEFET-MG – 2010/2) Duas lentes plano-convexas, delgadas e feitas do mesmo vidro, I e II, com distâncias focais fI < fII, respectivamente, são justapostas para formar uma terceira lente, conforme figura. Considerando: v = velocidade de um raio de luz propagando-se no ar, vI = velocidade de um raio de luz no interior da lente I, vII = velocidade de um raio de luz no interior da lente II, vIII = velocidade de um raio de luz no interior da lente III, a relação correta entre essas velocidades é A) vI = vII = vIII > v. B) vI > vII > vIII > v. C) vI < vII < vIII = v. D) vI = vII = vIII < v. E) vI < vII < vIII < v. Questão 26 (CEFET-MG – 2010/1) Um raio de luz monocromático reduz 1/3 de sua velocidade de propagação, ao passar do ar para o vidro. O índice de refração absoluto do vidro para esse raio luminoso é A) 1,2. B) 1,3. C) 1,4. D) 1,5. E) 1,6. Questão 27 (CEFET-MG – 2010/1) Analise as afirmativas a seguir sobre o fenômeno da refração da luz entre dois meios de propagação. I. A velocidade de um raio de luz é maior do que no vácuo, no meio menos refringente. II. Independentemente dos meios de propagação, o desvio do raio luminoso pode não ocorrer. III. O desvio do raio de luz ocorre somente quando ele passa do meio mais para o menos refringente. IV. Em um meio menos refringente, o raio luminoso refratado, para uma incidência oblíqua, afasta- se da normal. São corretas apenas as afirmativas A) I e II. B) I e III. C) II e III. D) II e IV. E) III e IV. 129 Questão 28 (CEFET-MG – 2009/2) Sobre o comportamento da luz em diferentes meios, é correto afirmar que A) as estrelas cintilam porque a luz proveniente delas sofre sucessivas reflexões na atmosfera. B) um raio de luz, ao penetrar na água, tem sua velocidade de propagação e freqüência alteradas. C) um objeto dentro de uma piscina parece estar em uma posição diferente da real, se observado de fora. D) a duração do dia terrestre é ligeiramente prolongada devido à reflexão da luz solar na atmosfera. E) uma estrada asfaltada, em um dia quente, apresenta estar molhada, por causa da refração da luz solar no asfalto. Questão 29 (CEFET-MG – 2009/2) Na figura abaixo, O representa um objeto no ar e I a imagem dele produzida por um elemento ótico (linha pontilhada) que possui um foco F, localizado sobre o eixo e . Esse elemento ótico é um(a): A) espelho plano.B) lente divergente. C) lente convergente. D) espelho convexo. E) espelho côncavo. Questão 30 (CEFET-MG – 2009/1) A imagem formada em uma câmara escura de orifício é invertida em relação ao objeto. Para descrevê-la, deve-se considerar a(o) A) propagação retilínea da luz. B) reversibilidade dos raios de luz. C) paralelismo geométrico dos raios de luz. D) variação da velocidade da luz na câmara. E) mudança de meio de propagação da luz no orifício. Questão 31 (CEFET-MG – 2009/1) A refração da luz é descrita pela variação da sua velocidade de propagação, quando muda de um meio para outro. Dos fenômenos relacionados, aquele em que a velocidade da luz permanece constante é a A) formação de imagem na retina do olho. B) formação do arco-íris por gotas de chuva. C) reflexão total no interior de uma fibra óptica. D) profundidade aparente do fundo de uma piscina. E) imagem do sol focalizada por meio de uma lupa. 130 Questão 32 (UFMG – 2010) Um arco-íris forma-se devido à dispersão da luz do Sol em gotas de água na atmosfera. Após incidir sobre gotas de água na atmosfera, raios de luz são refratados; em seguida, eles são totalmente refletidos e novamente refratados. Sabe-se que o índice de refração da água para a luz azul é maior que para a luz vermelha. Considerando essas informações, assinale a alternativa em que estão mais bem representados os fenômenos que ocorrem em uma gota de água e dão origem a um arco-íris. Questão 33 (UFMG – 2007) Tânia observa um lápis com o auxílio de uma lente, como representado nesta figura: Essa lente é mais fina nas bordas que no meio e a posição de cada um de seus focos está indicada na figura. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que o ponto que melhor representa a posição da imagem vista por Tânia é o A) P. B) Q. C) R. D) S. 131 Questão 34 (UFMG – 2013 – 2ª etapa) Ariete deseja estudar o fenômeno da dispersão da luz branca, ou seja, a sua decomposição em várias cores devido à dependência do índice de refração do material com a frequência. Para isso, ela utiliza um prisma de vidro cuja seção reta tem a forma de um triângulo retângulo isósceles. O índice de refração desse vidro é n = 1,50 para a luz branca e varia em torno desse valor para as várias cores do espectro visível. (Dados: sen 45O = cos 45O = 0,707). Ela envia um feixe de luz branca em uma direção perpendicular a uma das superfícies do prisma que formam o ângulo reto, como mostrado na figura. 1. COMPLETE, na figura, a trajetória do feixe até sair do prisma. 2. EXPLIQUE, detalhando seu raciocínio, o que acontece com esse feixe na superfície oposta ao ângulo reto. 3. ASSINALE com um X a opção correta. Ariete observa a dispersão da luz branca nesse experimento? ( ) Sim. ( ) Não. JUSTIFIQUE sua resposta. Questão 35 (UFMG – 2012 – 2ª etapa) Quando uma pessoa olha para um objeto, a imagem deste deve se formar sobre a retina. Algumas pessoa, por terem um defeito de visão, veem objetos próximos fora de foco, enquanto os distantes ficam mais bem focados. Outras têm o defeito contrário – ou seja, os objetos distantes são vistos fora de foco e os próximos, nitidamente. Elmo é um professor de Física portador de um desses dois defeitos e, para corrigi-lo, ele precisa usar óculos. Nestas figuras, Elmo está sem óculos, à esquerda, e com óculos, à direita. Como se pode notar na figura da direita, os óculos fazem com que os olhos de Elmo pareçam maiores. 1. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: A lente dos óculos de Elmo é convergente ou divergente? JUSTIFIQUE sua resposta. 132 2. Nesta figura, está representado um dos olhos de Elmo, sem óculos, e dois raios de luz que vêm de um objeto muito distante. DESENHE, nessa figura, a continuação dos dois raios, para indicar em que ponto se forma a imagem do objeto. EXPLIQUE seu raciocínio. Questão 36 (UFMG – 2011 – 2ª etapa) Em um laboratório de óptica, Oscar precisa aumentar o diâmetro do feixe de luz de um laser. Para isso, ele prepara um arranjo experimental com duas lentes convergentes, que são dispostas de maneira que fiquem paralelas, com o eixo de uma coincidindo com o eixo da outra. Ao ligar-se o laser, o feixe de luz é alinhado ao eixo do arranjo. Esse arranjo está representado neste diagrama: Nesse diagrama, as duas linhas horizontais com setas representam dois raios de luz do feixe. O diâmetro do feixe é indicado pela letra d. A linha tracejada horizontal representa o eixo das duas lentes. O feixe de luz que incide nesse arranjo, atravessa-o e sai dele alargado, na mesma direção de incidência. Considerando essas informações, 1. T RACE no diagrama, até a região à direita da segunda lente, a continuação dos dois raios de luz e INDIQUE a posição dos dois focos de cada uma das lentes. 2. DETERMINE o diâmetro do feixe de luz à direita da segunda lente em função de d e das distâncias focais f1 e f2 das lentes. 133 Questão 37 (UFMG – 2009 – 2ª etapa) Nesta figura, estão representadas duas estrelas – R e S –, que, em relação a um ponto P localizado na superfície da Terra, estão a 90o uma da outra, como representado nesta figura: Nessa figura, os elementos não estão representados em escala. A estrela R está a pino em relação a uma pessoa, na Terra, parada no ponto P. Considerando essas informações, RESPONDA: Visto por essa pessoa, o ângulo formado pelas linhas de visada que apontam para as estrelas R e S é menor, igual ou maior que 90o? Observação: A linha de visada corresponde à direção em que o observador vê a estrela. JUSTIFIQUE sua resposta. Se necessário, desenhe sobre a figura. Questão 38 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) Usando uma lente convergente, José Geraldo construiu uma câmera fotográfica simplificada, cuja parte óptica está esboçada nesta figura: Ele deseja instalar um mecanismo para mover a lente ao longo de um intervalo de comprimento x, de modo que possa aproximá-la ou afastá-la do filme e, assim, conseguir formar, sobre este, imagens nítidas. 1. Sabe-se que a distância focal da lente usada é de 4,0 cm e que essa câmera é capaz de fotografar objetos à frente dela, situados a qualquer distância igual ou superior a 20 cm da lente. Considerando essas informações, DETERMINE o valor de x. 2. Pretendendo fotografar a Lua, José Geraldo posiciona a lente dessa câmera a uma distância D do filme. Em seguida, ele substitui a lente da câmera por outra, de mesmo formato e tamanho, porém feita com outro material, cujo índice de refração é maior. Considerando essas informações, RESPONDA: Para José Geraldo fotografar a Lua com essa nova montagem, a distância da lente ao filme deve ser menor, igual ou maior que D? JUSTIFIQUE sua resposta. 134 Questão 39 (UFMG – 2007 – 2ª etapa) (Constituída de três itens.) Um feixe de luz vermelha, emitido por um laser, incide sobre a superfície da água de um aquário, como representado nesta figura: O fundo desse aquário é espelhado, a profundidade da água é de 40 cm e o ângulo de incidência do feixe de luz é de 50º. Observa-se, então, que esse feixe emerge da superfície da água a 60 cm do ponto em que entrou. Sabe-se que, na água, a velocidade de propagação da luz diminui com o aumento de sua freqüência. Considerando essas informações, 1. TRACE, na figura acima, a continuação da trajetória do feixe de luz até depois de ele sair da água. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. CALCULE o índice de refração da água nessa situação. Em seguida, usa-se outro laser que emite luz verde. Considerando essa nova situação, 3. RESPONDA: A distância entre o ponto em que o feixe de luz verde entra na água e o ponto em que ele emerge é menor, igual ou maiorque a indicada para o feixe de luz vermelha. JUSTIFIQUE sua resposta. 135 23 – CARGA ELÉTRICA Questão 1 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 1) O eletroscópio de folhas ilustrado ao lado está carregado positivamente. Quando uma pessoa tocar a esfera, as lâminas a e b se fecharão indicando que: A) os nêutrons da pessoa passarão para o eletroscópio. B) os prótons do eletroscópio passam para a pessoa. C) passam-se elétrons da pessoa para o eletroscópio. D) o calor da pessoa aqueceu as lâminas do eletroscópio fazendo com que elas se fechassem. Questão 2 (CEFET-MG – 2011/2) Cargas elétricas de mesmo módulo e sinais opostos estão distribuídas nos vértices de um cubo, conforme figura. Se forem abandonadas, no centro do cubo, primeiramente, uma carga positiva e, na seqüência, uma negativa, desprezando-se os efeitos gravitacionais, então os vetores força elétrica atuantes sobre essas cargas estão representados, respectivamente, em A) B) C) D) E) Questão 3 (CEFET-MG – 2010/1) Dois objetos puntiformes idênticos, com massas 0,10 g e cargas elétricas 1,0 μC cada estão no interior de um tubo cilíndrico oco, onde se fez vácuo. O objeto localizado na parte inferior do tubo está fixo e o outro está livre para mover-se sem atrito. Esse último encontra-se em equilíbrio a uma distância Y0 do objeto inferior, devido à ação das forças eletrostática e gravitacional. A distância Y0 entre eles, em m, é igual a A) 1,0. B) 2,0. C) 3,0. D) 4,0. E) 5,0. 136 Questão 4 (UFMG – 2008) Durante uma aula de Física, o Professor Carlos Heitor faz a demonstração de eletrostática que se descreve a seguir. Inicialmente, ele aproxima duas esferas metálicas – R e S –, eletricamente neutras, de uma outra esfera isolante, eletricamente carregada com carga negativa, como representado na Figura I. Cada uma dessas esferas está apoiada em um suporte isolante. Em seguida, o professor toca o dedo, rapidamente, na esfera S, como representado na Figura II. Isso feito, ele afasta a esfera isolante das outras duas esferas, como representado na Figura III. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, na situação representada na Figura III, A) a esfera R fica com carga negativa e a S permanece neutra. B) a esfera R fica com carga positiva e a S permanece neutra. C) a esfera R permanece neutra e a S fica com carga negativa. D) a esfera R permanece neutra e a S fica com carga positiva. Questão 5 (UFMG – 2007) Em seu laboratório, o Professor Ladeira prepara duas montagens – I e II –, distantes uma da outra, como mostrado nestas figuras: Em cada montagem, duas pequenas esferas metálicas, idênticas, são conectadas por um fio e penduradas em um suporte isolante. Esse fio pode ser de material isolante ou condutor elétrico. Em seguida, o professor transfere certa quantidade de carga para apenas uma das esferas de cada uma das montagens. Ele, então, observa que, após a transferência de carga, as esferas ficam em equilíbrio, como mostrado nestas figuras: Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, após a transferência de carga, A) em cada montagem, ambas as esferas estão carregadas. B) em cada montagem, apenas uma das esferas está carregada. C) na montagem I, ambas as esferas estão carregadas e, na II, apenas uma delas está carregada. D) na montagem I, apenas uma das esferas está carregada e, na II, ambas estão carregadas. 137 Questão 6 (UFMG – 2013 – 2ª etapa) Gustavo dispõe de três esferas metálicas, esferas 1, 2 e 3 de raios iguais e muito pequenos, com as quais realiza experimentos de eletrostática. As esferas 1 e 2 têm massas iguais, m, e a esfera 3 tem uma massa maior, M. As três esferas foram eletricamente carregadas, sendo que as cargas nas esferas 1 e 3 são iguais, Q, e na esfera 2 a carga é menor, q. 1. Em um primeiro experimento, Gustavo pendura as esferas 1 e 2 por fios isolantes longos, de mesmo comprimento, e presos no mesmo ponto. Nas figuras, são apresentadas três alternativas de configurações para as posições de equilíbrio dessas duas esferas; θ1 e θ2 são, respectivamente, os ângulos que os fios de sustentação das esferas 1 e 2 fazem com a vertical. ASSINALE com um X a opção que apresenta a relação correta entre os ângulos na configuração de equilíbrio. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. Em um segundo experimento, Gustavo suspende as esferas 1 e 3 de maneira semelhante à anterior. ASSINALE com um X a opção que apresenta a relação correta entre os ângulos na configuração de equilíbrio. JUSTIFIQUE sua resposta. 3. Finalmente, Gustavo, usando luvas isolantes, força um contato elétrico simultâneo das três esferas. ASSINALE com um X a opção que dá a relação correta entre os novos valores das cargas q1, q2 e q3 nas esferas 1, 2 e 3, respectivamente. JUSTIFIQUE sua resposta. 138 24 – CAMPO ELÉTRICO Questão 1 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 1) Os tubos de imagem dos televisores tradicionais são tubos de raios catódicos, cujo diagrama básico está representado a seguir. No diagrama, um feixe de elétrons é lançado através da região entre um par de placas paralelas, carregadas com cargas iguais e de sinais contrários, em um tubo de raios catódicos. Após passar entre as placas, o feixe de elétrons segue a trajetória indicada por: A) A B) B C) C D) D Questão 2 (UEMG – 2011) Há situações na natureza que são impossíveis de ocorrer. Com base nessa afirmação, assinale, abaixo, a alternativa em que se apresenta um fenômeno físico que NÃO ocorre. A) Uma massa, ao ser abandonada numa região do espaço onde há um campo gravitacional, passa a se movimentar no sentido do campo gravitacional. B) Uma carga elétrica, ao ser abandonada numa região do espaço onde há um campo elétrico, passa a se movimentar em sentido contrário ao campo elétrico. C) Dois corpos, a temperaturas diferentes, são colocados em contato e isolados da vizinhança. O calor flui do corpo de temperatura mais baixa para o de temperatura mais alta. D) Uma carga elétrica, ao ser abandonada numa região do espaço onde há um campo elétrico, passa a se movimentar no sentido do campo elétrico. Questão 3 (CEFET-MG – 2010/1) Cargas elétricas positivas +q, +2q, +3q, . . . , +12q são colocadas sobre um relógio de ponteiros nas posições 1, 2, 3 , . . ., 12 horas, respectivamente. O vetor resultante do campo elétrico, no centro do relógio, marcará, aproximadamente, A) 2 horas e trinta minutos. B) 3 horas e trinta minutos. C) 4 horas e trinta minutos. D) 5 horas e trinta minutos. E) 6 horas e trinta minutos. 139 Questão 4 (UFMG – 2010 – 2ª etapa) 1. Para testar as novidades que lhe foram ensinadas em uma aula de Ciências, Rafael faz algumas experiências, a seguir descritas. Inicialmente, ele esfrega um pente de plástico em um pedaço de flanela e pendura-o em um fio isolante. Observa, então, que uma bolinha de isopor pendurada próxima ao pente é atraída por ele, como mostrado na Figura I, ao lado. EXPLIQUE por que, nesse caso, a bolinha de isopor é atraída pelo pente. 2. Em seguida, enquanto o pente ainda está eletricamente carregado, Rafael envolve a bolinha de isopor com uma gaiola metálica, como mostrado na Figura II, ao lado, e observa o que acontece. RESPONDA: A bolinha de isopor continua sendo atraída pelo pente? JUSTIFIQUE sua resposta. 3. Para concluir, Rafael envolve o pente, que continua eletricamente carregado, com a gaiola metálica, como mostrado na Figura III, ao lado, e, novamente, observa o que acontece. RESPONDA: Nessa situação, a bolinha de isopor é atraída pelo pente? JUSTIFIQUE sua resposta.140 25 – POTENCIAL ELÉTRICO Questão 1 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 1) Em dias secos e com o ar com pouca umidade, é comum ocorrer o choque elétrico ao se tocar em um carro ou na maçaneta de uma porta em locais onde o piso é recoberto por carpete. Pequenas centelhas elétricas saltam entre as mãos das pessoas e esses objetos. As faíscas elétricas ocorrem no ar quando a diferença de potencial elétrico atinge o valor de 10.000V numa distância de aproximadamente 1 cm. A esse respeito, marque a opção CORRETA. A) A pessoa toma esse choque porque o corpo humano é um bom condutor de eletricidade. B) Esse fenômeno é um exemplo de eletricidade estática acumulada nos objetos. C) Esse fenômeno só ocorre em ambientes onde existem fiações elétricas como é o caso dos veículos e de ambientes residenciais e comerciais. D) Se a pessoa estiver calçada com sapatos secos de borracha, o fenômeno não acontece, porque a borracha é um excelente isolante elétrico. Questão 2 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 2) O modelo atômico de Bohr para o átomo de hidrogênio considera que um elétron de carga elétrica q se move em órbitas circulares de raio r em torno do próton, sob a influência da força de atração coulombiana. Considerando-se que o átomo de hidrogênio seja neutro, o módulo do trabalho realizado por essa força sobre o elétron ao completar uma órbita é dado por: A) r kqW 22π = B) r kqW 2 −= C) 2 2 2r kqW = D) 0=W Questão 3 (CEFET-MG – 2013/1) A figura abaixo mostra alguns pontos de uma região do espaço onde existe um campo elétrico e os respectivos valores dos seus potenciais elétricos. O campo elétrico na região delimitada é A) circular e no sentido horário. B) uniforme e vertical para baixo. C) radial e aponta de fora para o centro. D) uniforme e horizontal para a esquerda. E) perpendicular ao plano, saindo do papel. 141 Questão 4 (CEFET-MG – 2012/2) A figura abaixo mostra uma casca esférica oca condutora e descarregada com um orifício na parte superior por onde se introduz, sem tocar na borda, uma pequena esfera maciça eletrizada suspensa por um fio isolante. Após a introdução, a esfera toca a superfície interna da casca e, então, é retirada. Com base no experimento descrito, pode-se afirmar que: I. O campo elétrico no interior da casca deixa de ser nulo, após receber a carga da esfera. II. O potencial elétrico no interior da casca modifica-se, durante a transferência de carga entre os objetos. III. A carga cedida pela esfera à casca é a mesma que seria transferida, no caso de a esfera tocá- la pelo lado de fora. Pode-se concluir que A) todas as afirmativas são falsas. B) somente a afirmativa III é falsa. C) somente a afirmativa II é verdadeira. D) todas as afirmativas são verdadeiras. E) somente as afirmativas I e III são verdadeiras. Questão 5 (CEFET-MG – 2010/1) Um elétron desloca-se entre os pontos A e B, segundo as trajetórias 1, 2 e 3, representadas na figura abaixo, ao ser colocado em uma região onde existe um campo elétrico uniforme, dirigido da esquerda para direita. Os trabalhos W1, W2 e W3, realizados pela força elétrica ao longo dos percursos 1, 2 e 3, estão relacionados por A) W1 = W2 = W3. B) W1 = W2 < W3. C) W1 > W2 = W3. D) W1 < W2 < W3. E) W1 > W2 > W3. Questão 6 (CEFET-MG – 2009/2) Em uma esfera condutora carregada com uma distribuição uniforme de carga elétrica negativa, o potencial elétrico A) é constante em todos os pontos de seu interior. B) é igual a zero em todos os pontos de seu interior. C) diminui em seu interior, à medida que se afasta de seu centro. D) aumenta em seu interior, à medida que se afasta de seu centro. E) varia com o inverso do quadrado da distância em relação ao seu centro. Questão 7 (UFMG – 2011 – 2ª etapa) A capacitância de um capacitor de placas paralelas é dada por C = Q/V, em que Q é a carga em cada uma das placas e V, a diferença de potencial entre elas. Desprezando-se os efeitos de borda, o campo elétrico entre as placas desse capacitor é uniforme e de intensidade E = Q/εA, em que A é a área de cada uma das placas e ε é uma constante. 1. Com base nessas informações, RESPONDA: Que acontece com o valor da capacitância desse capacitor se a diferença de potencial entre as placas for reduzida à metade? 2. Considere que um material isolante é introduzido entre as placas desse capacitor e preenche totalmente o espaço entre elas. Nessa situação, o campo elétrico entre as placas é reduzido de um fator κ, que é a constante elétrica do material. EXPLIQUE por que, nessa situação, o campo elétrico entre as placas do capacitor diminui. 142 26 – CORRENTE ELÉTRICA Questão 1 (ENEM – 2015) Um estudante, precisando instalar um computador, um monitor e uma lâmpada em seu quarto, verificou que precisaria fazer a instalação de duas tomadas e um interruptor na rede elétrica. Decidiu esboçar com antecedência o esquema elétrico. “O circuito deve ser tal que as tomadas e a lâmpada devem estar submetidas à tensão nominal da rede elétrica e a lâmpada deve poder ser ligada ou desligada por um interruptor sem afetar os outros dispositivos” – pensou. Símbolos adotados: Qual dos circuitos esboçados atende às exigências? A) B) C) D) E) Questão 2 (ENEM – 2014) Um sistema de iluminação foi construído com um circuito de três lâmpadas iguais conectadas a um gerador (G) de tensão constante. Esse gerador possui uma chave que pode ser ligada nas posições A ou B. Considerando o funcionamento do circuito dado, a lâmpada 1 brilhará mais quando a chave estiver na posição A) B, pois a corrente será maior nesse caso. B) B, pois a potência total será maior nesse caso. C) A, pois a resistência equivalente será menor nesse caso. D) B, pois o gerador fornecerá uma maior tensão nesse caso. E) A, pois a potência dissipada pelo gerador será menor nesse caso. 143 Questão 3 (ENEM – 2013) Um eletricista analisa o diagrama de uma instalação elétrica residencial para planejar medições de tensão e corrente em uma cozinha. Nesse ambiente existem uma geladeira (G), uma tomada (T) e uma lâmpada (L), conforme a figura. O eletricista deseja medir a tensão elétrica aplicada à geladeira, a corrente total e a corrente na lâmpada. Para isso, ele dispõe de um voltímetro (V) e dois amperímetros (A). Para realizar essas medidas, o esquema da ligação desses instrumentos está representado em: A) B) C) D) E) 144 Questão 4 (ENEM – 2013) O chuveiro elétrico é um dispositivo capaz de transformar energia elétrica em energia térmica, o que possibilita a elevação da temperatura da água. Um chuveiro projetado para funcionar em 110 V pode ser adaptado para funcionar em 220 V, de modo a manter inalterada sua potência. Uma das maneiras de fazer essa adaptação é trocar a resistência do chuveiro por outra, de mesmo material e com o(a) A) dobro do comprimento do fio. B) metade do comprimento do fio. C) metade da área da seção reta do fio. D) quádruplo da área da seção reta do fio. E) quarta parte da área da seção reta do fio. Questão 5 (ENEM – 2013) Um circuito em série é formado por uma pilha, uma lâmpada incandescente e uma chave interruptora. Ao se ligar a chave, a lâmpada acende quase instantaneamente, irradiando calor e luz. Popularmente, associa-se o fenômeno da irradiação de energia a um desgaste da corrente elétrica, ao atravessar o filamento da lâmpada, e à rapidez com que a lâmpada começa a brilhar. Essa explicação está em desacordo com o modelo clássico de corrente. De acordo com o modelo mencionado, o fato de a lâmpada acender quase instantaneamente está relacionado à rapidez com queA) o fluido elétrico se desloca no circuito. B) as cargas negativas móveis atravessam o circuito. C) a bateria libera cargas móveis para o filamento da lâmpada. D) o campo elétrico se estabelece em todos os pontos do circuito. E) as cargas positivas e negativas se chocam no filamento da lâmpada. Questão 6 (ENEM – 2013) Medir temperatura é fundamental em muitas aplicações, e apresentar a leitura em mostradores digitais é bastante prático. O seu funcionamento é baseado na correspondência entre valores de temperatura e de diferença de potencial elétrico. Por exemplo, podemos usar o circuito elétrico apresentado, no qual o elemento sensor de temperatura ocupa um dos braços do circuito (RS) e a dependência da resistência com a temperatura é conhecida. Para um valor de temperatura em que RS = 100 Ω, a leitura apresentada pelo voltímetro será de A) + 6,2 V. B) + 1,7 V. C) + 0,3 V. D) – 0,3 V. E) – 6,2 V. 145 Questão 7 (ENEM – 2012) A eficiência das lâmpadas pode ser comparada utilizando a razão, considerada linear, entre a quantidade de luz produzida e o consumo. A quantidade de luz é medida pelo fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen (lm). O consumo está relacionado à potência elétrica da lâmpada que é medida em watt (W). Por exemplo, uma lâmpada incandescente de 40 W emite cerca de 600 lm, enquanto uma lâmpada fluorescente de 40 W emite cerca de 3 000 lm. Disponível em: http://tecnologia.terra.com.br. Acesso em: 29 fev. 2012 (adaptado). A eficiência de uma lâmpada incandescente de 40 W é A) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W, que produz menor quantidade de luz. B) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que produz menor quantidade de luz. C) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W, que produz a mesma quantidade de luz. D) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, pois consome maior quantidade de energia. E) igual a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que consome a mesma quantidade de energia. Questão 8 (ENEM – 2012) Para ligar ou desligar uma mesma lâmpada a partir de dois interruptores, conectam-se os interruptores para que a mudança de posição de um deles faça ligar ou desligar a lâmpada, não importando qual a posição do outro. Esta ligação é conhecida como interruptores paralelos. Este interruptor é uma chave de duas posições constituída por um polo e dois terminais, conforme mostrado nas figuras de um mesmo interruptor. Na Posição I a chave conecta o polo ao terminal superior, e na Posição II a chave o conecta ao terminal inferior. O circuito que cumpre a finalidade de funcionamento descrita no texto é: A) B) C) D) E) 146 Questão 9 (ENEM – 2011) Em um manual de um chuveiro elétrico são encontradas informações sobre algumas características técnicas, ilustradas no quadro, como a tensão de alimentação, a potência dissipada, o dimensionamento do disjuntor ou fusível, e a área da seção transversal dos condutores utilizados. Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo A e, ao ler o manual, verificou que precisava ligá-lo a um disjuntor de 50 amperes. No entanto, intrigou-se com o fato de que o disjuntor a ser utilizado para uma correta instalação de um chuveiro do modelo B devia possuir amperagem 40% menor. Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência de 4 400 W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, RA e RB, que justifica a diferença de dimensionamento dos disjuntores, é mais próxima de: A) 0,3. B) 0,6. C) 0,8. D) 1,7. E) 3,0. Questão 10 (ENEM – 2011) Um curioso estudante, empolgado com a aula de circuito elétrico que assistiu na escola, resolve desmontar sua lanterna. Utilizando-se da lâmpada e da pilha, retiradas do equipamento, e de um fio com as extremidades descascadas, faz as seguintes ligações com a intenção de acender a lâmpada: GONÇALVES FILHO, A.; BAROLLI, E. Instalação Elétrica: investigando e aprendendo. São Paulo: Scipione, 1997 (adaptado). Tendo por base os esquemas mostrados, em quais casos a lâmpada acendeu? A) (1), (3), (6) B) (3), (4), (5) C) (1), (3), (5) D) (1), (3), (7) E) (1), (2), (5) 147 Questão 11 (ENEM – 2010) Todo carro possui uma caixa de fusíveis, que são utilizados para proteção dos circuitos elétricos. Os fusíveis são constituídos de um material de baixo ponto de fusão, como o estanho, por exemplo, e se fundem quando percorridos por uma corrente elétrica igual ou maior do que aquele que são capazes de suportar. O quadro a seguir mostra uma série de fusíveis e os valores de corrente por eles suportados. Fusível Corrente Elétrica (A) Azul 1,5 Amarelo 2,5 Laranja 5,0 Preto 7,5 Vermelho 10,0 Um farol usa uma lâmpada de gás halogênio de 55 W de potência que opera com 36 V. Os dois faróis são ligados separadamente, com um fusível para cada um, mas, após um mau funcionamento, o motorista passou a conectá-los em paralelo, usando apenas um fusível. Dessa forma, admitindo-se que a fiação suporte a carga dos dois faróis, o menor valor de fusível adequado para proteção desse novo circuito é o A) azul. B) preto. C) laranja. D) amarelo. E) vermelho. Questão 12 (ENEM – 2010) Observe a tabela seguinte. Ela traz especificações técnicas constantes no manual de instruções fornecido pelo fabricante de uma torneira elétrica. Especificações Técnicas Modelo Torneira Tensão Nominal (Volts~) 127 220 Potência Nominal (Watts) (Frio) Desligado (Morno) 2800 3200 2800 3200 (Quente) 4500 5500 4500 5500 Corrente Nominal (Ampères) 35,4 43,3 20,4 25,0 Fiação Mínima (Até 30 m) 6 mm2 10 mm2 4 mm2 4 mm2 Fiação Mínima (Acima de 30 m) 10 mm2 16 mm2 6 mm2 6 mm2 Disjuntor (Ampères) 40 50 25 30 Disponível em: http://www.cardeal.com.br.manualprod/Manuais/Torneira%20Suprema/-Manual_Torneira_Suprema_roo.pdf Considerando que o modelo de maior potência da versão 220 V da torneira suprema foi inadvertidamente conectada a uma rede com tensão nominal de 127 V, e que o aparelho está configurado para trabalhar em sua máxima potência. Qual o valor aproximado da potência ao ligar a torneira? A) 1.830 W B) 2.800 W C) 3.200 W D) 4.030 W E) 5.500 W 148 Questão 13 (ENEM – 2009) O manual de instruções de um aparelho de ar-condicionado apresenta a seguinte tabela, com dados técnicos para diversos modelos: Disponível em: http://www.institucional.brastemp.com.br. Acesso em: 13 jul. 2009 (adaptado). Considere-se que um auditório possua capacidade para 40 pessoas, cada uma produzindo uma quantidade média de calor, e que praticamente todo o calor que flui para fora do auditório o faz por meio dos aparelhos de ar-condicionado. Nessa situação, entre as informações listadas, aquelas essenciais para se determinar quantos e/ou quais aparelhos de ar-condicionado são precisos para manter, com lotação máxima, a temperatura interna do auditório agradável e constante, bem como determinar a espessura da fiação do circuito elétrico para a ligação desses aparelhos, são A) vazão de ar e potência. B) vazão de ar e corrente elétrica – ciclo frio. C) eficiência energética e potência. D) capacidade de refrigeração e frequência. E) capacidade de refrigeração e corrente elétrica – ciclo frio. Questão 14 (ENEM – 2009) Uma estudante que ingressou na universidade e, pela primeira vez, está morando longe da sua família, recebe a sua primeira conta de luz: Se essa estudante comprar um secador de cabelos que consome 1000 W de potência e considerando que ela e suas 3 amigas utilizem esse aparelho por 15 minutos cada uma durante 20 dias no mês, o acréscimo em reais na sua conta mensal será de A) R$10,00 B) R$12,50 C) R$13,00D) R$13,50 E) R$14,00 149 Questão 15 (ENEM – 2009) A instalação elétrica de uma casa envolve várias etapas, desde a alocação dos dispositivos, instrumentos e aparelhos elétricos, até a escolha dos materiais que a compõem, passando pelo dimensionamento da potência requerida, da fiação necessária, dos eletrodutos*, entre outras. Para cada aparelho elétrico existe um valor de potência associado. Valores típicos de potências para alguns aparelhos elétricos são apresentados no quadro seguinte: *Eletrodutos são condutos por onde passa a f iação de uma instalação elétrica, com a f inalidade de protegê-la. A escolha das lâmpadas é essencial para obtenção de uma boa iluminação. A potência da lâmpada deverá estar de acordo com o tamanho do cômodo a ser iluminado. O quadro a seguir mostra a relação entre as áreas dos cômodos (em m2) e as potências das lâmpadas (em W), e foi utilizado como referência para o primeiro pavimento de uma residência. Obs.: Para efeitos dos cálculos das áreas, as paredes são desconsideradas. Considerando a planta baixa fornecida, com todos os aparelhos em funcionamento, a potência total, em watts, será de A) 4.070. B) 4.270. C) 4.320. D) 4.390. E) 4.470. 150 Questão 16 (ENEM – 2009) É possível, com 1 litro de gasolina, usando todo o calor produzido por sua combustão direta, aquecer 200 litros de água de 20°C a 55°C. Pode-se efetuar esse mesmo aquecimento por um gerador de eletricidade, que consome 1 litro de gasolina por hora e fornece 110 V a um resistor de 11 Ω, imerso na água, durante um certo intervalo de tempo. Todo o calor liberado pelo resistor é transferido à água. Considerando que o calor específico da água é igual a 4,19 J g-1°C-1, aproximadamente qual a quantidade de gasolina consumida para o aquecimento de água obtido pelo gerador, quando comparado ao obtido a partir da combustão? A) A quantidade de gasolina consumida é igual para os dois casos. B) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes maior que a consumida na combustão. C) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes menor que a consumida na combustão. D) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes maior que a consumida na combustão. E) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes menor que a consumida na combustão. Questão 17 (ENEM – 2009) Considere a seguinte situação hipotética: ao preparar o palco para a apresentação de uma peça de teatro, o iluminador deveria colocar três atores sob luzes que tinham igual brilho e os demais, sob luzes de menor brilho. O iluminador determinou, então, aos técnicos, que instalassem no palco oito lâmpadas incandescentes com a mesma especificação (L1 a L8), interligadas em um circuito com uma bateria, conforme mostra a figura. Nessa situação, quais são as três lâmpadas que acendem com o mesmo brilho por apresentarem igual valor de corrente fluindo nelas, sob as quais devem se posicionar os três atores? A) L1, L2 e L3. B) L2, L3 e L4. C) L2, L5 e L7. D) L4, L5 e L6. E) L4, L7 e L8. Questão 18 (ENEM – 2009) Os motores elétricos são dispositivos com diversas aplicações, dentre elas, destacam-se aquelas que proporcionam conforto e praticidade para as pessoas. É inegável a preferência pelo uso de elevadores quando o objetivo é o transporte de pessoas pelos andares de prédios elevados. Nesse caso, um dimensionamento preciso da potência dos motores utilizados nos elevadores é muito importante e deve levar em consideração fatores como economia de energia e segurança. Considere que um elevador de 800 kg, quando lotado com oito pessoas ou 600 kg, precisa ser projetado. Para tanto, alguns parâmetros deverão ser dimensionados. O motor será ligado à rede elétrica que fornece 220 volts de tensão. O elevador deve subir 10 andares, em torno de 30 metros, a uma velocidade constante de 4 metros por segundo. Para fazer uma estimativa simples da potência necessária e da corrente que deve ser fornecida ao motor do elevador para ele operar com lotação máxima, considere que a tensão seja contínua, que a aceleração da gravidade vale 10 m/s2 e que o atrito pode ser desprezado. Nesse caso, para um elevador lotado, a potência média de saída do motor do elevador e a corrente elétrica máxima que passa no motor serão respectivamente de A) 24 kW e 109 A. B) 32 kW e 145 A. C) 56 kW e 255 A. D) 180 kW e 818 A. E) 240 kW e 1090 A. 151 Questão 19 (PUC-MG – 2013/1 – Nível 1) O principal componente de um chuveiro elétrico é a sua resistência elétrica. Quando ela estraga, o equipamento deixa de aquecer a água. Sobre a capacidade do chuveiro de aquecer a água e sua resistência elétrica, é CORRETO afirmar: A) Se a resistência do chuveiro for trocada por outra de maior valor, ele irá aquecer mais a água, fornecendo mais calor a ela. B) Quando fechamos um pouco a torneira, aumentamos a potência do chuveiro e a água sai com temperatura mais elevada. C) Quando abrimos mais a torneira, diminuímos a potência do chuveiro fazendo com que a água saia com temperatura mais baixa. D) Se diminuímos a resistência elétrica do chuveiro, aumentamos sua potência fazendo com que a água saia com uma maior temperatura. Questão 20 (PUC-MG – 2013/1 – Nível 1) A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia. Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts. A) 9 h B) 18 h C) 58 h D) 90 h Questão 21 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 1) Uma lâmpada eletrônica possui as seguintes especificações do fabricante 60 W 120 V (60 watts e 120 volts). É CORRETO afirmar: A) Essa lâmpada é percorrida por uma corrente de 60 W. B) Ela consome uma energia de 60 Joules a cada segundo de funcionamento. C) A corrente elétrica correta para essa lâmpada é de 120 V. D) O tempo de vida útil dessa lâmpada é de 120 x 60 horas. (PUC-MG – 2011/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 22 E 23 REFEREM–SE AO TEXTO A SEGUIR. OS AVÓS DO CARRO ELÉTRICO. Há um século, táxis tinham baterias sob o capô e não bebiam gasolina. No que pode ter sido a experiência pioneira em carros elétricos, o inventor escocês Robert Anderson construiu um “coche elétrico rudimentar” entre meados e o fim da década de 1830. Mas não foi longe. Primeiro, sua bateria não era boa o suficiente (o mesmo problema dos projetistas verdes de hoje); segundo, porque era muito difícil concorrer com os rivais movidos a vapor. Quando as baterias recarregáveis começaram a surgir, em meados dos anos de 1800, veículos elétricos ganharam impulso: em 1897, a Eletric Carriage and Wagon Company montou uma frota de táxis em Nova York; em 1902, a Pope Manufaturing construiu 900 veículos similares em Hartford, Connecticut e, nesse mesmo ano, o fabricante de carroças Studbaker lançou um modelo elétrico em Indiana. Esses veículos silenciosos circularam juntos com os de motor de combustão interna, grandes bebedores de gasolina no começo dos anos de 1900. Esses carros elétricos se deram mal na autonomia: não conseguiam ir longe entre as recargas. Já os movidos a gasolina se tornaram claros vencedores por volta de 1920, um erro histórico que agora os projetistas tentam reparar. (Adaptado de Scientific Americam Brasil, Setembro de 2010, pág. 51.)152 Questão 22 (Ver enunciado acima) Considere uma bateria dos dias atuais com as seguintes características: 24 V e 230 A.h completamente carregada. A energia acumulada por essa bateria é de: A) 2,0 x 107 J B) 5,5 x 105 J C) 8,3 x 105 J D) 3,5 x 104 J Questão 23 (Ver enunciado acima) Considerando-se que um miniveículo (small car) movido a gasolina tem uma potência máxima de 20 cv (cv representa cavalo vapor e é uma unidade de potência, valendo aproximadamente 720 w) e que sua potência média em seu trajeto diário seja de 5 cv, um carro elétrico, equipado com a bateria da questão de número 16, trafegando com a mesma potência média do veículo a gasolina, teria uma autonomia de: A) 0,5h B) 1,5h C) 2,5 h D) 22 min Questão 24 (PUC-MG – 2011/1 – Nível 2) O circuito ao lado apresenta duas lâmpadas L1, L2, idênticas, e duas fontes idênticas de mesma tensão V. Quando se fecha a chave, é CORRETO afirmar que o brilho: A) das duas lâmpadas continua o mesmo. B) das duas lâmpadas aumenta. C) de L1 aumenta e de L2 continua o mesmo. D) de L2 aumenta e de L1 continua o mesmo. Questão 25 (PUC-MG – 2010/1 – Nível 1) Na leitura da placa de identificação de um chuveiro elétrico, constatam-se os seguintes valores: 127 v 4800 w. É CORRETO afirmar: A) Esse equipamento consome uma energia de 4800J a cada segundo de funcionamento. B) A corrente elétrica correta para o funcionamento desse chuveiro é de no máximo 127 v. C) A tensão adequada para o seu funcionamento não pode ser superior a 4800 w. D) Não é possível determinar o valor correto da corrente elétrica com as informações disponíveis. (PUC-MG – 2010/1 – Nível 2) AS QUESTÕES 26 E 27 REFEREM-SE AO TEXTO A SEGUIR. SUPERCONDUTIVIDADE O termo supercondutividade se refere à capacidade que alguns materiais têm de conduzir a corrente elétrica sem que ocorram perdas de energia na forma de calor. O QUE FAZ UM CONDUTOR SER SUPER? A história dos semicondutores já é quase centenária e começa em 1911 com o físico Heike Kamerling Onnes, que observou o fenômeno no mercúrio resfriado a 4,2 K. Em 1995, compostos de cobre dopados com tálio exibiram o fenômeno da supercondutividade a temperaturas de 138 K a pressões ambientes e até a temperaturas de 164 K em altas pressões. Em um condutor comum, os elétrons da corrente elétrica são continuamente espalhados pelos íons metálicos do fio, perdendo energia, que aquece o fio, fenômeno conhecido como efeito joule. Em um supercondutor, esses elétrons combinam-se e formam os chamados pares de Cooper, unidos por uma interação atrativa, e movem-se sem haver espalhamento. (Texto adaptado de Scientif ic American Brasil, ano 8 numero 88, págs. 48-55.) Questão 26 (Ver enunciado acima) Considere uma linha de transmissão de energia elétrica em um fio condutor com diâmetro de 2 cm e comprimento de 2000 m percorrido por uma corrente de 1000 A. Se essa transmissão fosse feita através de um supercondutor, a cada hora, seria evitada a perda de uma energia de, aproximadamente, igual a: A) 3,6 x 108 J B) 1,4 x 109 J C) 7,2 x 108 J D) 8,5 x 1010 J 153 Questão 27 (Ver enunciado acima) Essa energia perdida seria capaz de aquecer até 100 ºC, aproximadamente quantos quilogramas de água inicialmente a 28 ºC? A) 3,5 x 103 kg B) 1,2 x 103 kg C) 4,5 x 105 kg D) 1,0 x 106 kg Questão 28 (PUC-MG – 2009/1 – Nível 2) Os chuveiros elétricos permitem alterar a temperatura da água sem alterar o seu fluxo, fornecendo-lhe mais ou menos calor. Esses equipamentos possuem uma chave seletora que altera o valor da resistência elétrica, modificando-lhe o comprimento. Considere que, ao mover a chave seletora da posição A para a posição B, o comprimento da resistência tenha sido reduzido em 20%. Considerando-se que se mantiveram inalteradas as demais condições, é CORRETO afirmar: A) A temperatura da água não vai se alterar. B) A potência do chuveiro aumentou 25% e a água sairá mais quente. C) A potência irá diminuir 20% e a água sairá mais fria. D) Não se pode fazer nenhuma previsão sem saber se o chuveiro opera com 110V ou 220V. Questão 29 (UEMG – 2016) “Em casa, corria ao banho, à sala, à cozinha (...). Corria contra a corda bamba, invisível e opressora do tempo. Era preciso avançar sempre e sempre.” EVARISTO, 2014, p. 66. O chuveiro da casa de Cida tem uma potência de 4300 W, na posição inverno. Como estava quente, Cida mudou a posição do chuveiro para a posição verão, alterando a resistência elétrica e a potência do chuveiro. Ao fazer isso, o chuveiro de Cida: A) Teve a resistência aumentada e a corrente diminuída. B) Teve a resistência aumentada e a corrente também aumentada. C) Teve a resistência diminuída e a corrente aumentada. D) Teve a resistência diminuída e a corrente também diminuída. Questão 30 (UEMG – 2015) Dirigir um carro numa noite estrelada, bem devagar, contemplando a noite. Um tatu ... Há quanto tempo não via um ... Aquela parecia ser mesmo uma noite especial, uma noite... O celular tocou. “Alô ” “Bem, onde você está?” VILELA, 2013, p.26 O celular sempre nos encontra. Esteja onde estiver, o celular o encontrará, e o tirará de reflexões que... Num carregador de celular, podem ser lidas as seguintes informações: Tensão de entrada: 100 a 240 V – 0,15 A. Tensão de saída: 4,75 V – 0,55 A. A tensão de entrada pode variar de 100 a 240 V. Quando em sua casa, Vilela liga seu celular para carregá-lo em 127 V. Com base nessas informações, assinale a afirmação que corresponde à realidade: A) Ao receber a chamada descrita no texto acima, o celular estava submetido a uma tensão próxima de 127 V. B) Ao ligar o carregador de celular, em casa, haveria uma transformação de tensão de 127 V para 4,75 V, que é a tensão nos terminais da bateria do celular. C) A potência elétrica de entrada (consumo da rede elétrica) do aparelho é de 127 V. D) O celular recebe da rede elétrica uma corrente contínua, mas, sem estar ligado à rede, funciona com corrente alternada, quando a pessoa recebe a ligação, como foi o caso da personagem no trecho acima. 154 Questão 31 (UEMG – 2014) “Nos anúncios da tevê Somos lindos, sorridentes, Cabelos longos e radiosos...” (Sísifo desce a montanha) Affonso chegou em casa, acendeu uma lâmpada, cuja potência é de 60 W, e, em seguida, ligou a televisão, cuja potência é de 90 W. A lâmpada e a televisão ficaram ligadas por uma (1) hora. Com relação ao consumo de energia elétrica e à tensão elétrica nesse intervalo de tempo, é CORRETO afirmar que A) o consumo da lâmpada é maior, mas a tensão nos dois aparelhos é a mesma. B) tanto o consumo quanto a tensão na televisão são maiores. C) tanto o consumo quanto a tensão na lâmpada são maiores. D) o consumo na televisão é maior, mas a tensão nos dois aparelhos é a mesma. Questão 32 (UEMG – 2013) A figura mostra duas lâmpadas ligadas a uma pilha por fios condutores. A força eletromotriz da pilha vale 1,5 V. Sobre essa situação, é CORRETO afirmar que A) a tensão aplicada na lâmpada 1 é menor do que 1,5 V. B) as duas lâmpadas estão ligadas em paralelo. C) a corrente elétrica na lâmpada 1 é maior que na lâmpada 2. D) a tensão aplicada na lâmpada 2 é maior que 0,75 V. Questão 33 (UEMG – 2012) Reginaldo queria aprender sobre associação de lâmpadas em série e em paralelo. Para isso, usou duas boquilhas de porcelana para colocar as lâmpadas. Em cada lâmpada, lê-se: 60W e 127V. Marque, a seguir, a alternativa que completa CORRETAMENTE o enunciado: Ao ligar as lâmpadas da maneira mostrada na figura acima, numa tomada de 127 V, Reginaldo observou que A) as duas lâmpadas brilhavam da mesma maneira, cada uma com uma potência de 60 W. B) as duas lâmpadas brilhavam da mesma maneira, mas cada umacom uma potência de 30W. C) o brilho da lâmpada 1 era maior que o brilho da lâmpada 2. D) o brilho da lâmpada 1 era menor que o brilho da lâmpada 2. 155 Questão 34 (UEMG – 2011) Considere a residência abaixo, vista numa visão de planta. Ela é composta de uma sala que, através de um corredor, comunica-se com a cozinha, um quarto e um banheiro. As seis lâmpadas da casa estão representadas através de um pequeno círculo. Um morador chega à residência e acende a lâmpada da sala. Deixando-a acesa, ele acende a lâmpada da cozinha. A partir dessa ação do morador, É CORRETO afirmar que A) a corrente elétrica na lâmpada da sala diminuiu. B) a resistência elétrica na lâmpada da sala diminuiu. C) a tensão elétrica na lâmpada da sala aumentou. D) as três afirmações acima estão erradas. Questão 35 (UEMG – 2010/2) Numa casa foram ligados um chuveiro de potência 4000W e um ferro elétrico, de potência 1000W. O chuveiro ficou ligado por 10 minutos, enquanto o ferro elétrico ficou ligado por 50 minutos. De acordo com essas informações, pode-se concluir CORRETAMENTE, em relação ao consumo de energia elétrica desses aparelhos, que A) os dois aparelhos tiveram o mesmo consumo. B) o consumo do chuveiro foi maior. C) o consumo do ferro elétrico foi maior. D) nada se pode afirmar, pois as potências dos aparelhos são diferentes. Questão 366 (UEMG – 2009) Considere que, numa residência, há uma lâmpada de 60 W e outra de 100 W, instaladas corretamente, uma na sala, outra num quarto. Em relação a esta situação, assinale a afirmativa CORRETA: A) A tensão elétrica na lâmpada de 100 W é maior que na de 60 W. B) A corrente elétrica na lâmpada de 100 W é menor que na de 60 W. C) O consumo de energia da lâmpada de 100 W é maior que na de 60 W. D) A resistência elétrica da lâmpada de 100 W é menor que na de 60 W. Questão 37 (CEFET-MG – 2012/2) Considere o circuito abaixo representado. A diferença de potencial entre os pontos C e D, em volts, é A) 12. B) 8,0. C) 6,0. D) 4,0. E) 0,0. 156 Questão 38 (CEFET-MG – 2012/1) A corrente elétrica em um fio metálico condutor pode ser descrita por meio da movimentação de portadores de carga elétrica negativa livres. Esses portadores movimentam-se A) do campo elétrico mais baixo para o campo elétrico mais alto. B) na mesma direção e no sentido oposto ao vetor campo elétrico. C) do potencial elétrico mais alto para o potencial elétrico mais baixo. D) por ação da força elétrica, na mesma direção e sentido do campo elétrico. E) por ação do campo elétrico, na mesma direção e sentido do potencial elétrico. Questão 39 (CEFET-MG – 2012/1) O circuito elétrico abaixo possui resistores de 3,0 kΩ, uma bateria de 12 V, um amperímetro, A, e um voltímetro, V, considerados ideais. Analisando esse circuito, é correto afirmar que A) a leitura no voltímetro é 12 mV. B) a leitura no amperímetro é 12 kA. C) a potência total dissipada no circuito vale 144 mW. D) a resistência equivalente do circuito é igual a 9,0 kΩ. E) a potência dissipada em um dos resistores é igual a 48 kW. Questão 40 (CEFET-MG – 2011/2) No diagrama do circuito a seguir, o amperímetro A mede uma corrente elétrica de 10,0 mA, o voltímetro V mede uma tensão de 60,0 V e R, 2R e 5R são resistores desconhecidos. A tensão da bateria ε, medida em V, é igual a A) 158. B) 159. C) 160. D) 161. E) 162. 157 Questão 41 (CEFET-MG – 2011/1) Em uma associação de resistores em paralelo, é correto afirmar que a(o) A) valor da potência elétrica total é igual ao valor da potência em cada resistor. B) valor da resistência elétrica total é igual à soma da resistência de cada resistor. C) diferença de potencial elétrico total é igual à diferença de potencial em cada resistor. D) dissipação de energia total por efeito Joule é igual à dissipação de energia em cada resistor. E) intensidade da corrente elétrica total na associação é igual à intensidade da corrente em cada resistor. Questão 42 (CEFET-MG – 2011/1) Dois resistores de 2,0 Ω e 4,0 Ω são ligados em série e, em seguida, o conjunto é conectado em paralelo a um resistor de 12 Ω. A resistência equivalente dessa associação, em Ω, é A) 2,0. B) 4,0. C) 8,0. D) 12. E) 16. Questão 43 (CEFET-MG – 2011/1) Usualmente os dispositivos elétricos de uma residência (lâmpadas, chuveiro, geladeira, rádio, televisor) são ligados em ________ e submetidos a uma diferença de potencial ________. Nessas condições, um chuveiro elétrico de 2.500 W, funcionando durante uma hora, consome _______ energia que uma lâmpada de 100 W acesa durante 24 horas. A opção que completa, corretamente, as lacunas acima é A) paralelo, contínua, menos. B) paralelo, alternada, mais. C) paralelo, contínua, mais. D) série, constante, menos. E) série, alternada, mais. Questão 44 (CEFET-MG – 2010/2) A diferença de potencial elétrico entre os terminais de uma associação de resistores em série é igual à soma das diferenças de potencial elétrico em cada resistor. Esta característica está associada ao princípio de conservação da(o) A) energia. B) fluido elétrico. C) carga elétrica. D) corrente elétrica. E) potencial elétrico. Questão 45 (CEFET-MG – 2010/2) Um condutor metálico é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 2,0 A. Durante o intervalo de tempo de uma hora o número de portadores de carga elétrica que atravessa uma seção transversal desse condutor é igual a A) 2,4 x 1020. B) 3,6 x 1021. C) 4,5 x 1022. D) 6,4 x 1023. E) 7,2 x 1024. Questão 46 (CEFET-MG – 2010/2) Dois resistores de 8,0 Ω, associados em paralelo, são conectados em série a um resistor de 4,0 Ω. A resistência equivalente dessa associação, em ohms, é A) 2,0. B) 4,0. C) 6,0. D) 8,0. E) 16. 158 Questão 47 (CEFET-MG – 2010/1) A chave S, a bateria ε e as três lâmpadas idênticas, L1, L2 e L3 estão ligadas conforme o circuito elétrico abaixo. Quando a chave S e fechada, a(s) A) lâmpadas L1, L2 e L3 brilham com a mesma intensidade. B) corrente elétrica que flui em L1 é o dobro da que flui em L2. C) correntes elétricas que fluem nas lâmpadas L2 e L3 são diferentes. D) lâmpadas L1, L2 e L3 estão submetidas ao mesmo potencial, ε, da bateria. E) potência elétrica dissipada por L2 é maior do que a potência elétrica dissipada por L1. Questão 48 (CEFET-MG – 2009/2) Um resistor de 10 Ω é submetido a uma diferença de potencial elétrico de 100 V. Se ele for imerso em um recipiente isolado termicamente, contendo 100 gramas de água a uma temperatura inicial de 20oC, então, o tempo aproximado para que a água evapore completamente será igual a A) 2 min 16 s. B) 4 min 8 s. C) 8 min 4 s. D) 16 min 2 s. E) 32 min 0 s. Questão 49 (CEFET-MG – 2009/2) Analise o circuito elétrico seguinte. A diferença de potencial ε fornecida pela bateria, em volts, é A) 15 B) 16 C) 17 D) 18 E) 19 c água = 1 cal/(g.ºC) 1,0 cal = 4,0 J L v apor = 5,4.102 cal/g 159 Questão 50 (CEFET-MG – 2009/1) Determinado meio condutor elétrico está sob a ação de um campo elétrico uniforme. Nele o movimento de um número N de portadores de carga elétrica positiva é igual ao número de portadores de carga elétrica negativa, em sentido oposto, durante um intervalo de tempo Δt. Considerando que o valor da carga elétrica de cada portador em movimento seja q, a corrente elétrica que se estabelece nesse meio condutor tem intensidade igual a A) q tN∆ B) t Nq ∆ C) tNq∆2 D) tNq∆ E) t Nq ∆ 2 Questão 51 (UFMG – 2010) Um professor pediu a seus alunos que ligassem uma lâmpada a uma pilha com um pedaço de fio de cobre. Nestas figuras, estão representadas as montagens feitas por quatro estudantes:Considerando-se essas quatro ligações, é CORRETO afirmar que a lâmpada vai acender apenas A) na montagem de Mateus. B) na montagem de Pedro. C) nas montagens de João e Pedro. D) nas montagens de Carlos, João e Pedro. Questão 52 (UFMG – 2009) Observe este circuito, constituído de três resistores de mesma resistência R; um amperímetro A; uma bateria ε; e um interruptor S. Considere que a resistência interna da bateria e a do amperímetro são desprezíveis e que os resistores são ôhmicos. Com o interruptor S inicialmente desligado, observa-se que o amperímetro indica uma corrente elétrica I. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, quando o interruptor S é ligado, o amperímetro passa a indicar uma corrente elétrica A) 3 2I . B) 2 I . C) 2 I . D) 3 I . 160 Questão 53 (UFMG – 2007) Em uma experiência, Nara conecta lâmpadas idênticas a uma bateria de três maneiras diferentes, como representado nestas figuras: Considere que, nas três situações, a diferença de potencial entre os terminais da bateria é a mesma e os fios de ligação têm resistência nula. Sejam PQ, PR e PS os brilhos correspondentes, respectivamente, às lâmpadas Q, R e S. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que A) PQ > PR e PR = PS. B) PQ = PR e PR > PS. C) PQ > PR e PR > PS. D) PQ < PR e PR = PS. Questão 54 (UFMG – 2012 – 2ª etapa) Arthur monta um circuito com duas lâmpadas idênticas e conectadas à mesma bateria, como mostrado nesta figura: Considere nula a resistência elétrica dos fios que fazem a ligação entre a bateria e as duas lâmpadas. Nos pontos A, B, C e D, indicados na figura, as correntes elétricas têm, respectivamente, intensidades iA, iB, iC e iD. 1. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: A corrente elétrica iB é menor, igual ou maior à corrente elétrica iC? JUSTIFIQUE sua resposta. 2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: Qual a relação CORRETA entre as correntes elétricas iA, iC e iD? JUSTIFIQUE sua resposta. 3. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, RESPONDA: O potencial elétrico no ponto A é menor, igual ou maior ao potencial elétrico no ponto C? JUSTIFIQUE sua resposta. 161 Questão 55 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) A resistência elétrica de um dispositivo é definida como a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica nele. Para medir a resistência elétrica R de um resistor, Rafael conectou a esse dispositivo, de duas maneiras diferentes, um voltímetro, um amperímetro e uma bateria, como representado nestas figuras: Nessas figuras, os círculos representam os medidores e o retângulo, o resistor. Considerando essas informações, 1. IDENTIFIQUE, diretamente nessas duas figuras, com a letra V, os círculos que representam os voltímetros e, com a letra A, os círculos que representam os amperímetros. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. IDENTIFIQUE o circuito – I ou II – em que o valor obtido para a resistência elétrica do resistor é maior. JUSTIFIQUE sua resposta. 162 27 – FORÇA ELETROMOTRIZ Questão 1 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 2) Um pequeno motor elétrico utilizado em veículos automotivos (por exemplo, o motor do limpador de para-brisas) é ligado à bateria do veículo que lhe aplica uma voltagem VAB = 12V, fornecendo-lhe uma corrente de 5,0 A. O motor possui uma resistência interna r = 0,2 Ω e, devido a essa resistência, parte da energia fornecida ao motor pela bateria transforma-se em calor (efeito Joule), fazendo com que o motor se aqueça. A energia restante é convertida em energia mecânica de rotação do motor. É CORRETO afirmar: A) A potência útil desse motor é de 55 W. B) O calor gerado por esse motor, em 1 minuto de funcionamento, é de 60J. C) A potência fornecida pela bateria ao motor é de 5 W. D) A potência dissipada por efeito joule é de 50% da potência fornecida pela bateria ao motor. Questão 2 (CEFET-MG – 2013/1) Uma bateria cujas especificações são 1,2 V e 1.200 mAh, após ser completamente carregada, é ligada a um motor de força contraeletromotriz de 1,0 V e resistência interna 0,20 Ω. Considerando-se que essa bateria desenvolva toda sua potência nominal, o tempo, em horas, que ela consegue manter o motor em funcionamento, é A) 0,50. B) 0,60. C) 1,2. D) 2,0. E) 2,4. Questão 3 (CEFET-MG – 2011/1) Um gerador de força eletromotriz é um dispositivo eletroeletrônico que, em um circuito, tem a função de A) criar portadores de cargas elétricas. B) dissipar a energia potencial elétrica. C) transformar a energia elétrica em movimento. D) transferir energia aos portadores de carga elétrica. E) possibilitar a queda da diferença de potencial elétrico. Questão 4 (CEFET-MG – 2010/2) Um resistor de 5,0 Ω, quando ligado em série a uma bateria de força eletromotriz igual a 12 V, é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade igual a 2,0 A. Portanto, a potência elétrica dissipada na bateria, em W, vale A) zero. B) 2,0. C) 4,0. D) 6,0. E) 8,0. Questão 5 (UFMG – 2007 – 2ª etapa) (Constituída de dois itens.) Nara liga um voltímetro, primeiro, a uma pilha nova e, em seguida, a uma pilha usada. Ambas as pilhas são de 9 V e o voltímetro indica, igualmente, 9,0 V para as duas. Considerando essas informações, 1. EXPLIQUE por que o voltímetro indica 9,0 V tanto para a pilha nova quanto para a pilha usada. Continuando sua experiência, Nara liga cada uma dessas pilhas a uma lâmpada de baixa resistência elétrica, especificada para 9 V. Então, ela observa que a lâmpada, quando ligada à pilha nova, acende normalmente, mas, quando ligada à pilha usada, acende com um brilho muito menor. 2. EXPLIQUE por que a lâmpada acende normalmente ao ser ligada à pilha nova e com brilho menor ao ser ligada à pilha usada. 163 28 – CAMPO MAGNÉTICO Questão 1 (ENEM – 2010) Em visita a uma usina sucroalcooleira, um grupo de alunos pôde observar a série de processos de beneficiamento da cana-de-açúcar, entre os quais se destacam: 1. A cana chega cortada da lavoura por meio de caminhões e é despejada em mesas alimentadoras que a conduzem para as moendas. Antes de ser esmagada para a retirada do caldo açucarado, toda a cana é transportada por esteiras e passada por um eletroímã para a retirada de materiais metálicos. 2. Após se esmagar a cana, o bagaço segue para as caldeiras, que geram vapor e energia para toda a usina. 3. O caldo primário, resultante do esmagamento, é passado por filtros e sofre tratamento para transformar-se em açúcar refinado e etanol. Com base nos destaques da observação dos alunos, quais operações físicas de separação de materiais foram realizadas nas etapas de beneficiamento da cana-de-açúcar? A) Separação mecânica, extração, decantação. B) Separação magnética, combustão, filtração. C) Separação magnética, extração, filtração. D) Imantação, combustão, peneiração. E) Imantação, destilação, filtração. Questão 2 (UEMG – 2015) Em “Você Verá”, Luiz Vilela valoriza os animais. Por exemplo, no conto “Quando fiz sete anos”, ele lembra de uma bússola estragada, e de como voou “como um alegre pássaro da manhã”, ao ir para casa, doido para abrir o embrulho onde estava uma bússola estragada, que ganhara do avô. Mas, por que a bússola estava estragada? Alguns candidatos aos cursos da UEMG fizeram algumas hipóteses para responder a essa pergunta: Leonardo: um fio solto fez com que o contato elétrico da bússola estragasse e, por isso, a bússola deixou de funcionar. Lorena: o Polo Norte da agulha da bússola apontava para o Polo Norte geográfico, e isto estava errado, pois ele deveria apontar para o Polo Sul geográfico, pois um Polo Norte é atraído por um Polo Sul. Amanda: a agulha magnética poderia ter sedesprendido de seu apoio, e não estava girando livremente para se orientar, segundo o campo magnético da Terra. Fez (fizeram) comentários apropriados A) apenas Lorena. B) Leonardo e Lorena. C) apenas Amanda. D) Leonardo e Amanda. Questão 3 (PUC-MG – 2013/1 – Nível 1) Em poucas palavras, a bússola é um instrumento constituído por um pequeno ímã na forma de uma agulha, que pode girar livremente por um ponto fixo em seu eixo, localizado em seu ponto médio. Esse ímã é montado sobre um suporte mostrador onde estão indicados os pontos cardeais e sempre se orienta praticamente na direção que liga os polos Norte e Sul geográficos. Isso acontece porque: A) existe um campo magnético em torno da Terra e um componente desse campo paralelo à superfície da Terra orienta a bússola. B) nas proximidades da superfície terrestre, existe um campo elétrico que faz com que o pequeno ímã sofra essa orientação. C) a bússola se orienta devido ao magnetismo de algumas jazidas minerais existentes na superfície da Terra ou a pequenas profundidades. D) a bússola se orienta na direção Norte e Sul terrestre devido à aurora boreal existente nos polos. 164 Questão 4 (PUC-MG – 2012/1 – Nível 2) A força de Lorentz refere-se à força que o campo magnético faz sobre cargas elétricas em movimento. No equador, o campo magnético da Terra é praticamente horizontal (paralelo à superfície) e vale aproximadamente 1,0 x 10-4 T e aponta para o Norte. Considere uma linha de transmissão de energia elétrica nas proximidades do equador com 1000 m de comprimento, percorrida por uma corrente contínua de 500 A, orientada de Oeste para Leste. Sobre a força exercida pelo campo magnético terrestre sobre esse trecho da linha de transmissão, é CORRETO afirmar: A) F = 0, pois o campo magnético e a corrente são mutuamente perpendiculares. B) F= 50 N vertical para cima em relação à superfície da Terra. C) F= 10 N, orientada de Sul para Norte. D) F= 0, pois o campo magnético não exerce forças sobre cargas elétricas em repouso como é o caso da corrente continua. Questão 5 (UEMG – 2010/1) Um astronauta, ao levar uma bússola para a Lua, verifica que a agulha magnética da bússola não se orienta numa direção preferencial, como ocorre na Terra. Considere as seguintes afirmações, a partir dessa observação: 1. A agulha magnética da bússola não cria campo magnético, quando está na Lua. 2. A Lua não apresenta um campo magnético. Sobre tais afirmações, marque a alternativa CORRETA: A) Apenas a afirmação 1 é correta. B) Apenas a afirmação 2 é correta. C) As duas afirmações são corretas. D) As duas afirmações são falsas. Questão 6 (CEFET-MG – 2011/2) Dois condutores longos e paralelos são percorridos por correntes elétricas de mesma intensidade, em sentidos opostos, conforme representado nesta figura. Nessas circunstâncias, afirma-se: I. Nesses condutores agem forças magnéticas, tendendo sempre a afastá-los. II. Em ambos condutores agem forças elétricas, tendendo sempre a aproximá-los. III. A força magnética sobre um elétron tende sempre a aproximá-lo de um dos fios, desde que ele seja lançado na região B, no mesmo plano e na direção paralela aos condutores. IV. A força elétrica sobre o próton tende sempre a deslocá-lo para os fios, desde que ele seja lançado nas regiões A ou C, no mesmo plano e na direção paralela aos condutores. São corretas apenas as afirmativas A) I e III. B) I e IV. C) II e III. D) II e IV. E) III e IV. 165 Questão 7 (CEFET-MG – 2011/1) Duas pequenas hastes de ferro, idênticas, estão muito próximas e verticalmente penduradas através de fios isolantes. Aproxima-se um ímã em forma de barra, sem encostar à parte inferior delas, inicialmente, o pólo norte do imã (FIG. 1) e, posteriormente, seu pólo sul (FIG. 2). Ao final de cada ação, o comportamento magnético entre as hastes será de A) atração e atração. B) atração e repulsão. C) repulsão e atração. D) repulsão e repulsão. E) indiferença e indiferença. Questão 8 (CEFET-MG – 2010/1) Duas barras idênticas, retilíneas e rígidas, de comprimentos L1 = L2 = 1,0 m e massas m1 = m2 = 2,0 x 10–2 g, estão suspensas por fios de seda inextensíveis. Ao serem percorridas por correntes elétricas de intensidades I1 = I2 = 1,0 A, de sentidos contrários, elas repelem-se, mantendo uma separação de 1,0 mm entre si. O ângulo entre os fios de seda que sustentam as barras é igual a A) 15º. B) 30º. C) 45º. D) 60º. E) 90º. µo = 4π.10-7 N/A2 166 Questão 9 (UFMG – 2010) Reações nucleares que ocorrem no Sol produzem partículas – algumas eletricamente carregadas –, que são lançadas no espaço. Muitas dessas partículas vêm em direção à Terra e podem interagir com o campo magnético desse planeta. Nesta figura, as linhas indicam, aproximadamente, a direção e o sentido do campo magnético em torno da Terra: Nessa figura, K e L representam duas partículas eletricamente carregadas e as setas indicam suas velocidades em certo instante. Com base nessas informações, Alice e Clara chegam a estas conclusões: • Alice - “Independentemente do sinal da sua carga, a partícula L terá a direção de sua velocidade alterada pelo campo magnético da Terra.” • Clara - “Se a partícula K tiver carga elétrica negativa, sua velocidade será reduzida pelo campo magnético da Terra e poderá não atingi-la.” Considerando-se a situação descrita, é CORRETO afirmar que A) apenas a conclusão de Alice está certa. B) apenas a conclusão de Clara está certa. C) ambas as conclusões estão certas. D) nenhuma das duas conclusões está certa. Questão 10 (UFMG – 2007) Um fio condutor reto e vertical passa por um furo em uma mesa, sobre a qual, próximo ao fio, são colocadas uma esfera carregada, pendurada em uma linha de material isolante, e uma bússola, como mostrado nesta figura: Inicialmente, não há corrente elétrica no fio e a agulha da bússola aponta para ele, como se vê na figura. Em certo instante, uma corrente elétrica constante é estabelecida no fio. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, após se estabelecer a corrente elétrica no fio, A) a agulha da bússola vai apontar para uma outra direção e a esfera permanece na mesma posição. B) a agulha da bússola vai apontar para uma outra direção e a esfera vai se aproximar do fio. C) a agulha da bússola não se desvia e a esfera permanece na mesma posição. D) a agulha da bússola não se desvia e a esfera vai se afastar do fio. 167 Questão 11 (UFMG – 2007 – 2ª etapa) (Constituída de três itens.) Três partículas – R, S e T –, carregadas com carga de mesmo módulo, movem-se com velocidades iguais, constantes, até o momento em que entram em uma região, cujo campo magnético é constante e uniforme. A trajetória de cada uma dessas partículas, depois que elas entram em tal região, está representada nesta figura: Esse campo magnético é perpendicular ao plano da página e atua apenas na região sombreada. As trajetórias das partículas estão contidas nesse plano. Considerando essas informações, 1. EXPLIQUE por que as partículas S e T se curvam em direção oposta à da partícula R. 2. Suponha que o raio da trajetória da partícula T mede o dobro do raio da R. DETERMINE a razão entre as massas dessas duas partículas. 3. Em um forno de microondas, a radiação eletromagnética é produzida por um dispositivo em que elétrons descrevem um movimento circular em um campo magnético, como o descrito anteriormente. Suponha que, nesse caso, os elétrons se movem com velocidade de módulo constante e que a freqüência da radiação produzida é de 2,45 x 109 Hz e é igual à freqüência de rotação dos elétrons. Suponha, também, que o campo magnético é constante e uniforme. CALCULE o módulo desse campomagnético. 168 29 – INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA Questão 1 (ENEM – 2015) Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do Sol em energia elétrica que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challenge de 2009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h. Disponível em: www.physics.hku.hk. Acesso em: 3 jun. 2015. Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de 1 000 W/m2, que o carro solar possua massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m2 e rendimento de 30%. Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h é um valor mais próximo de A) 1,0 s. B) 4,0 s. C) 10 s. D) 33 s. E) 300 s. Questão 2 (ENEM – 2014) O funcionamento dos geradores de usinas elétricas baseia- se no fenômeno da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday no século XIX. Pode-se observar esse fenômeno ao se movimentar um ímã e uma espira em sentidos opostos com módulo da velocidade igual a v, induzindo uma corrente elétrica de intensidade i, como ilustrado na figura. A fim de se obter uma corrente com o mesmo sentido da apresentada na figura, utilizando os mesmos materiais, outra possibilidade é mover a espira para a A) esquerda e o ímã para a direita com polaridade invertida. B) direita e o ímã para a esquerda com polaridade invertida. C) esquerda e o ímã para a esquerda com mesma polaridade. D) direita e manter o ímã em repouso com polaridade invertida. E) esquerda e manter o ímã em repouso com mesma polaridade. 169 Questão 3 (ENEM – 2014) A elevação da temperatura das águas de rios, lagos e mares diminui a solubilidade do oxigênio, pondo em risco as diversas formas de vida aquática que dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura acontece por meios artificiais, dizemos que houve poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria natureza do processo de geração de energia, podem causar esse tipo de poluição. Que parte do ciclo de geração de energia das usinas nucleares está associada a esse tipo de poluição? A) Fissão do material radioativo. B) Condensação do vapor-d’água no final do processo. C) Conversão de energia das turbinas pelos geradores. D) Aquecimento da água líquida para gerar vapor-d’água. E) Lançamento do vapor-d’água sobre as pás das turbinas. Questão 4 (ENEM – 2013) Química Verde pode ser definida como a criação, o desenvolvimento e a aplicação de produtos e processos químicos para reduzir ou eliminar o uso e a geração de substâncias nocivas à saúde humana e ao ambiente. Sabe-se que algumas fontes energéticas desenvolvidas pelo homem exercem, ou têm potencial para exercer, em algum nível, impactos ambientais negativos. CORRÊA, A. G.; ZUIN, V. G. (Orgs.). Química Verde: fundamentos e aplicações. São Carlos: EdUFSCar, 2009. À luz da Química Verde, métodos devem ser desenvolvidos para eliminar ou reduzir a poluição do ar causada especialmente pelas A) hidrelétricas. B) termelétricas. C) usinas geotérmicas. D) fontes de energia solar. E) fontes de energia eólica. Questão 5 (ENEM – 2013) Desenvolve-se um dispositivo para abrir automaticamente uma porta no qual um botão, quando acionado, faz com que uma corrente elétrica i = 6 A percorra uma barra condutora de comprimento L = 5 cm, cujo ponto médio está preso a uma mola de constante elástica k = 5 × 10–2 N/cm. O sistema mola-condutor está imerso em um campo magnético uniforme perpendicular ao plano. Quando acionado o botão, a barra sairá da posição de equilíbrio a uma velocidade média de 5 m/s e atingirá a catraca em 6 milisegundos, abrindo a porta. A intensidade do campo magnético, para que o dispositivo funcione corretamente, é de A) 5 × 10–1 T. B) 5 × 10–2 T. C) 5 × 101 T. D) 2 × 10–2 T. E) 2 × 100 T. 170 Questão 6 (ENEM – 2012) Suponha que você seja um consultor e foi contratado para assessorar a implantação de uma matriz energética em um pequeno país com as seguintes características: região plana, chuvosa e com ventos constantes, dispondo de poucos recursos hídricos e sem reservatórios de combustíveis fósseis. De acordo com as características desse país, a matriz energética de menor impacto e risco ambientais é a baseada na energia A) dos biocombustíveis, pois tem menor impacto ambiental e maior disponibilidade. B) solar, pelo seu baixo custo e pelas características do país favoráveis à sua implantação. C) nuclear, por ter menor risco ambiental e ser adequada a locais com menor extensão territorial. D) hidráulica, devido ao relevo, à extensão territorial do país e aos recursos naturais disponíveis. E) eólica, pelas características do país e por não gerar gases do efeito estufa nem resíduos de operação. Questão 7 (ENEM – 2011) O manual de funcionamento de um captador de guitarra elétrica apresenta o seguinte texto: Esse captador comum consiste de uma bobina, fios condutores enrolados em torno de um ímã permanente. O campo magnético do ímã induz o ordenamento dos polos magnéticos na corda da guitarra, que está próxima a ele. Assim, quando a corda é tocada, as oscilações produzem variações, com o mesmo padrão, no fluxo magnético que atravessa a bobina. Isso induz uma corrente elétrica na bobina, que é transmitida até o amplificador e, daí, para o alto-falante. Um guitarrista trocou as cordas originais de sua guitarra, que eram feitas de aço, por outras feitas de náilon. Com o uso dessas cordas, o amplificador ligado ao instrumento não emitia mais som, porque a corda de náilon A) isola a passagem de corrente elétrica da bobina para o alto-falante. B) varia seu comprimento mais intensamente do que ocorre com o aço. C) apresenta uma magnetização desprezível sob a ação do ímã permanente. D) induz correntes elétricas na bobina mais intensas que a capacidade do captador. E) oscila com uma frequência menor do que a que pode ser percebida pelo captador. Questão 8 (ENEM – 2011) Os biocombustíveis de primeira geração são derivados da soja, milho e cana-de-açúcar e sua produção ocorre através da fermentação. Biocombustíveis derivados de material celulósico ou biocombustíveis de segunda geração — coloquialmente chamados de “gasolina de capim” — são aqueles produzidos a partir de resíduos de madeira (serragem, por exemplo), talos de milho, palha de trigo ou capim de crescimento rápido e se apresentam como uma alternativa para os problemas enfrentados pelos de primeira geração, já que as matérias-primas são baratas e abundantes. DALE, B. E.; HUBER, G. W. Gasolina de capim e outros vegetais. Scientific American Brasil Ago. 2009, nº 87 (adaptado). O texto mostra um dos pontos de vista a respeito do uso dos biocombustíveis na atualidade, os quais A) são matrizes energéticas com menor carga de poluição para o ambiente e podem propiciar a geração de novos empregos, entretanto, para serem oferecidos com baixo custo, a tecnologia da degradação da celulose nos biocombustíveis de segunda geração deve ser extremamente eficiente. B) oferecem múltiplas dificuldades, pois a produção é de alto custo, sua implantação não gera empregos, e deve-se ter cuidado com o risco ambiental, pois eles oferecerem os mesmos riscos que o uso de combustíveis fósseis. C) sendo de segunda geração, são produzidos por uma tecnologia que acarreta problemas sociais, sobretudo decorrente do fato de a matéria-prima ser abundante e facilmenteencontrada, o que impede a geração de novos empregos. D) sendo de primeira e segunda geração, são produzidos por tecnologias que devem passar por uma avaliação criteriosa quanto ao uso, pois uma enfrenta o problema da falta de espaço para plantio da matéria-prima e a outra impede a geração de novas fontes de emprego. E) podem acarretar sérios problemas econômicos e sociais, pois a substituição do uso de petróleo afeta negativamente toda uma cadeia produtiva na medida em que exclui diversas fontes de emprego nas refinarias, postos de gasolina e no transporte de petróleo e gasolina. 171 Questão 9 (ENEM – 2011) Um dos processos usados no tratamento do lixo é a incineração, que apresenta vantagens e desvantagens. Em São Paulo, por exemplo, o lixo é queimado a altas temperaturas e parte da energia liberada é transformada em energia elétrica. No entanto, a incineração provoca a emissão de poluentes na atmosfera. Uma forma de minimizar a desvantagem da incineração, destacada no texto, é A) aumentar o volume do lixo incinerado para aumentar a produção de energia elétrica. B) fomentar o uso de filtros nas chaminés dos incineradores para diminuir a poluição do ar. C) aumentar o volume do lixo para baratear os custos operacionais relacionados ao processo. D) fomentar a coleta seletiva de lixo nas cidades para aumentar o volume de lixo incinerado. E) diminuir a temperatura de incineração do lixo para produzir maior quantidade de energia elétrica. Questão 10 (ENEM – 2011) Segundo dados do Balanço Energético Nacional de 2008, do Ministério das Minas e Energia, a matriz energética brasileira é composta por hidrelétrica (80%), termelétrica (19,9%) e eólica (0,1%). Nas termelétricas, esse percentual é dividido conforme o combustível usado, sendo: gás natural (6,6%), biomassa (5,3%), derivados de petróleo (3,3%), energia nuclear (3,1%) e carvão mineral (1,6%). Com a geração de eletricidade da biomassa, pode-se considerar que ocorre uma compensação do carbono liberado na queima do material vegetal pela absorção desse elemento no crescimento das plantas. Entretanto, estudos indicam que as emissões de metano (CH4) das hidrelétricas podem ser comparáveis às emissões de CO2 das termelétricas. MORET, A. S.; FERREIRA, I. A. As hidrelétricas do Rio Madeira e os impactos socioambientais da eletrif icação no Brasil. Revista Ciência Hoje . V. 45, n° 265, 2009 (adaptado). No Brasil, em termos do impacto das fontes de energia no crescimento do efeito estufa, quanto à emissão de gases, as hidrelétricas seriam consideradas como uma fonte A) limpa de energia, contribuindo para minimizar os efeitos deste fenômeno. B) eficaz de energia, tomando-se o percentual de oferta e os benefícios verificados. C) limpa de energia, não afetando ou alterando os níveis dos gases do efeito estufa. D) poluidora, colaborando com níveis altos de gases de efeito estufa em função de seu potencial de oferta. E) alternativa, tomando-se por referência a grande emissão de gases de efeito estufa das demais fontes geradoras. Questão 11 (ENEM – 2010) Deseja-se instalar uma estação de geração de energia elétrica em um município localizado no interior de um pequeno vale cercado de altas montanhas de difícil acesso. A cidade é cruzada por um rio, que é fonte de água para consumo, irrigação das lavouras de subsistência e pesca. Na região, que possui pequena extensão territorial, a incidência solar é alta o ano todo. A estação em questão irá abastecer apenas o município apresentado. Qual forma de obtenção de energia, entre as apresentadas, é a mais indicada para ser implantada nesse município de modo a causar o menor impacto ambiental? A) Termelétrica, pois é possível utilizar a água do rio no sistema de refrigeração. B) Eólica, pois a geografia do local é própria para a captação desse tipo de energia. C) Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus sistemas não afetaria a população. D) Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia solar que chega à superfície do local. E) Hidrelétrica, pois o rio que corta o município é suficiente para abastecer a usina construída. 172 Questão 12 (ENEM – 2010) A fonte de energia representada na figura, considerada uma das mais limpas e sustentáveis do mundo, é extraída do calor gerado A) pela circulação do magma no subsolo. B) pelas erupções constantes dos vulcões. C) pelo sol que aquece as águas com radiação ultravioleta. D) pela queima do carvão e combustíveis fósseis. E) pelos detritos e cinzas vulcânicas. A água aquecida gera vapor que pode ser empregado para impulsionar turbinas e gerar energia elétrica A água subterrânea escapa por quebras da superfície terrestre, formando piscinas termais e gêiseres, a partir dos quais pode ser canalizada e usada em residências Ao escavar um quilômetro em direção ao centro da terra, a temperatura pode chegar até a 250 ºC ROCHA PERMEÁVEL Nas regiões onde as placas tectônicas se encontram, como na Islândia, o magma está mais próximo da superfície MAGMA 173 Questão 13 (ENEM – 2009) A eficiência de um processo de conversão de energia é definida como a razão entre a produção de energia ou trabalho útil e o total de entrada de energia no processo. A figura mostra um processo com diversas etapas. Nesse caso, a eficiência geral será igual ao produto das eficiências das etapas individuais. A entrada de energia que não se transforma em trabalho útil é perdida sob formas não utilizáveis (como resíduos de calor). HINRICHS, R. A. Energia e Meio Ambiente. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado). Aumentar a eficiência dos processos de conversão de energia implica economizar recursos e combustíveis. Das propostas seguintes, qual resultará em maior aumento da eficiência geral do processo? A) Aumentar a quantidade de combustível para queima na usina de força. B) Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram pouco calor e muita luminosidade. C) Manter o menor número possível de aparelhos elétricos em funcionamento nas moradias. D) Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de transmissão a fim de economizar o material condutor. E) Utilizar materiais com melhores propriedades condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas fluorescentes nas moradias. 174 Questão 14 (ENEM – 2009) A eficiência de um processo de conversão de energia, definida como sendo a razão entre a quantidade de energia ou trabalho útil e a quantidade de energia que entra no processo, é sempre menor que 100% devido a limitações impostas por leis físicas. A tabela a seguir mostra a eficiência global de vários processos de conversão. Se essas limitações não existissem, os sistemas mostrados na tabela que mais se beneficiariam de investimentos em pesquisa para terem suas eficiências aumentadas seriam aqueles que envolvem as transformações de energia A) mecânica ↔ energia elétrica. B) nuclear → energia elétrica. C) química ↔ energia elétrica. D) química → energia térmica. E) radiante → energia elétrica. Questão 15 (ENEM – 2009) Cerca de 1% do lixo urbano é constituído por resíduos sólidos contendo elementos tóxicos. Entre esses elementos estão metais pesados como o cádmio, o chumbo e o mercúrio, componentes de pilhas e baterias, que são perigosos à saúde humana e ao meio ambiente. Quando descartadas em lixos comuns, pilhas e baterias vão para aterros sanitários ou lixões a céu aberto, e o vazamento de seus componentes contamina o solo, os rios e o lençol freático, atingindo a flora e a fauna. Por serem bioacumulativos e não biodegradáveis, esses metais chegam de forma acumulada aos seres humanos, por meio da cadeia alimentar.A legislação vigente (Resolução CONAMA nº 257/1999) regulamenta o destino de pilhas e baterias após seu esgotamento energético e determina aos fabricantes e/ou importadores a quantidade máxima permitida desses metais em cada tipo de pilha/bateria, porém o problema ainda persiste. Disponível em: http://www.mma.gov.br. Acesso em: 11 jul. 2009 (adaptado). Uma medida que poderia contribuir para acabar definitivamente com o problema da poluição ambiental por metais pesados relatado no texto seria A) deixar de consumir aparelhos elétricos que utilizem pilha ou bateria como fonte de energia. B) usar apenas pilhas ou baterias recarregáveis e de vida útil longa e evitar ingerir alimentos contaminados, especialmente peixes. C) devolver pilhas e baterias, após o esgotamento da energia armazenada, à rede de assistência técnica especializada para repasse a fabricantes e/ou importadores. D) criar nas cidades, especialmente naquelas com mais de 100 mil habitantes, pontos estratégicos de coleta de baterias e pilhas, para posterior repasse a fabricantes e/ou importadores. E) exigir que fabricantes invistam em pesquisa para a substituição desses metais tóxicos por substâncias menos nocivas ao homem e ao ambiente, e que não sejam bioacumulativas. 175 Questão 16 (ENEM – 2009) O esquema mostra um diagrama de bloco de uma estação geradora de eletricidade abastecida por combustível fóssil. HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado). Se fosse necessário melhorar o rendimento dessa usina, que forneceria eletricidade para abastecer uma cidade, qual das seguintes ações poderia resultar em alguma economia de energia, sem afetar a capacidade de geração da usina? A) Reduzir a quantidade de combustível fornecido à usina para ser queimado. B) Reduzir o volume de água do lago que circula no condensador de vapor. C) Reduzir o tamanho da bomba usada para devolver a água líquida à caldeira. D) Melhorar a capacidade dos dutos com vapor conduzirem calor para o ambiente. E) Usar o calor liberado com os gases pela chaminé para mover um outro gerador. Questão 17 (ENEM – 2009) A economia moderna depende da disponibilidade de muita energia em diferentes formas, para funcionar e crescer. No Brasil, o consumo total de energia pelas indústrias cresceu mais de quatro vezes no período entre 1970 e 2005. Enquanto os investimentos em energias limpas e renováveis, como solar e eólica, ainda são incipientes, ao se avaliar a possibilidade de instalação de usinas geradoras de energia elétrica, diversos fatores devem ser levados em consideração, tais como os impactos causados ao ambiente e às populações locais. RICARDO, B.; CAMPANILI, M. Almanaque Brasil Socioambiental. São Paulo: Instituto Socioambiental, 2007 (adaptado). Em uma situação hipotética, optou-se por construir uma usina hidrelétrica em região que abrange diversas quedas d’água em rios cercados por mata, alegando-se que causaria impacto ambiental muito menor que uma usina termelétrica. Entre os possíveis impactos da instalação de uma usina hidrelétrica nessa região, inclui-se A) a poluição da água por metais da usina. B) a destruição do habitat de animais terrestres. C) o aumento expressivo na liberação de CO2 para a atmosfera. D) o consumo não renovável de toda água que passa pelas turbinas. E) o aprofundamento no leito do rio, com a menor deposição de resíduos no trecho de rio anterior à represa. 176 Questão 18 (ENEM – 2009) Metade do volume de óleo de cozinha consumido anualmente no Brasil, cerca de dois bilhões de litros, é jogada incorretamente em ralos, pias e bueiros. Estima-se que cada litro de óleo descartado polua milhares de litros de água. O óleo no esgoto tende a criar uma barreira que impede a passagem da água, causa entupimentos e, consequentemente, enchentes. Além disso, ao contaminar os mananciais, resulta na mortandade de peixes. A reciclagem do óleo de cozinha, além de necessária, tem mercado na produção de biodiesel. Há uma demanda atual de 1,2 bilhões de litros de biodiesel no Brasil. Se houver planejamento na coleta, transporte e produção, estima-se que se possa pagar até R$ 1,00 por litro de óleo a ser reciclado. Programa mostra caminho para uso do óleo de fritura na produção de biodiesel. Disponível em: http://www.nutrmew a.com.br. Acesso em: 14 fev. 2009 (adaptado) De acordo com o texto, o destino inadequado do óleo de cozinha traz diversos problemas. Com o objetivo de contribuir para resolver esses problemas, deve-se A) Utilizar o óleo para a produção de biocombustíveis, como etanol. B) coletar o óleo devidamente e transportá-lo às empresas de produção de biodiesel. C) limpar periodicamente os esgotos das cidades para evitar entupimentos e enchentes. D) utilizar o óleo como alimento para os peixes, uma vez que preserva seu valor nutritivo após o descarte. E) descartar o óleo diretamente em ralos, pias e bueiros, sem tratamento prévio com agentes dispersantes. Questão 19 (ENEM – 2008) A energia geotérmica tem sua origem no núcleo derretido da Terra, onde as temperaturas atingem 4.000 ºC. Essa energia é primeiramente produzida pela decomposição de materiais radiativos dentro do planeta. Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir temperaturas de até 370 ºC sem entrar em ebulição. Ao ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O vapor de poços geotérmicos é separado da água e é utilizado no funcionamento de turbinas para gerar eletricidade. A água quente pode ser utilizada para aquecimento direto ou em usinas de dessalinização. Roger A. Hinrichs e Merlin Kleinbach. Energia e meio ambiente . Ed. ABDR (com adaptações). Depreende-se das informações acima que as usinas geotérmicas A) utilizam a mesma fonte primária de energia que as usinas nucleares, sendo, portanto, semelhantes os riscos decorrentes de ambas. B) funcionam com base na conversão de energia potencial gravitacional em energia térmica. C) podem aproveitar a energia química transformada em térmica no processo de dessalinização. D) assemelham-se às usinas nucleares no que diz respeito à conversão de energia térmica em cinética e, depois, em elétrica. E) transformam inicialmente a energia solar em energia cinética e, depois, em energia térmica. Questão 20 (ENEM – 2008) Uma fonte de energia que não agride o ambiente, é totalmente segura e usa um tipo de matéria-prima infinita é a energia eólica, que gera eletricidade a partir da força dos ventos. O Brasil é um país privilegiado por ter o tipo de ventilação necessária para produzi-la. Todavia, ela é a menos usada na matriz energética brasileira. O Ministério de Minas e Energia estima que as turbinas eólicas produzam apenas 0,25% da energia consumida no país. Isso ocorre porque ela compete com uma usina mais barata e eficiente: a hidrelétrica, que responde por 80% da energia do Brasil. O investimento para se construir uma hidrelétrica é de aproximadamente US$ 100 por quilowatt. Os parques eólicos exigem investimento de cerca de US$ 2 mil por quilowatt e a construção de uma usina nuclear, de aproximadamente US$ 6 mil por quilowatt. Instalados os parques, a energia dos ventos é bastante competitiva, custando R$ 200,00 por megawatt-hora frente a R$ 150,00 por megawatt-hora das hidrelétricas e a R$ 600,00 por megawatt-hora das termelétricas. Época. 21/4/2008 (com adaptações). De acordo com o texto, entre as razões que contribuem para a menor participação da energia eólica na matriz energética brasileira, inclui-se o fato de A) haver, no país, baixa disponibilidade de ventos que podem gerar energia elétrica. B) o investimento por quilowatt exigido para a construçãode parques eólicos ser de aproximadamente 20 vezes o necessário para a construção de hidrelétricas. C) o investimento por quilowatt exigido para a construção de parques eólicos ser igual a 1/3 do necessário para a construção de usinas nucleares. D) o custo médio por megawatt-hora de energia obtida após instalação de parques eólicos ser igual a 1,2 multiplicado pelo custo médio do megawatt-hora obtido das hidrelétricas. E) o custo médio por megawatt-hora de energia obtida após instalação de parques eólicos ser igual a 1/3 do custo médio do megawatt-hora obtido das termelétricas. 177 (ENEM – 2008) Diagrama para as questões 21 e 22. O diagrama abaixo representa, de forma esquemática e simplificada, a distribuição da energia proveniente do Sol sobre a atmosfera e a superfície terrestre. Na área delimitada pela linha tracejada, são destacados alguns processos envolvidos no fluxo de energia na atmosfera. Questão 21 (Ver enunciado acima) Com base no diagrama acima, conclui-se que A) a maior parte da radiação incidente sobre o planeta fica retida na atmosfera. B) a quantidade de energia refletida pelo ar, pelas nuvens e pelo solo é superior à absorvida pela superfície. C) a atmosfera absorve 70% da radiação solar incidente sobre a Terra. D) mais da metade da radiação solar que é absorvida diretamente pelo solo é devolvida para a atmosfera. E) a quantidade de radiação emitida para o espaço pela atmosfera é menor que a irradiada para o espaço pela superfície. Questão 22 (Ver enunciado acima) A chuva é o fenômeno natural responsável pela manutenção dos níveis adequados de água dos reservatórios das usinas hidrelétricas. Esse fenômeno, assim como todo o ciclo hidrológico, depende muito da energia solar. Dos processos numerados no diagrama, aquele que se relaciona mais diretamente com o nível dos reservatórios de usinas hidrelétricas é o de número A) I. B) II. C) III. D) IV. E) V. 178 (ENEM – 2008) Diagrama para as questões 23 e 24. O gráfico a seguir ilustra a evolução do consumo de eletricidade no Brasil, em GWh, em quatro setores de consumo, no período de 1975 a 2005. Questão 23 (Ver enunciado acima) A racionalização do uso da eletricidade faz parte dos programas oficiais do governo brasileiro desde 1980. No entanto, houve um período crítico, conhecido como “apagão”, que exigiu mudanças de hábitos da população brasileira e resultou na maior, mais rápida e significativa economia de energia. De acordo com o gráfico, conclui-se que o “apagão” ocorreu no biênio A) 1998-1999. B) 1999-2000. C) 2000-2001. D) 2001-2002. E) 2002-2003. Questão 24 (Ver enunciado acima) Observa-se que, de 1975 a 2005, houve aumento quase linear do consumo de energia elétrica. Se essa mesma tendência se mantiver até 2035, o setor energético brasileiro deverá preparar-se para suprir uma demanda total aproximada de A) 405 GWh. B) 445 GWh. C) 680 GWh. D) 750 GWh. E) 775 GWh. 179 Questão 25 (ENEM – 2007) Qual das seguintes fontes de produção de energia é a mais recomendável para a diminuição dos gases causadores do aquecimento global? A) Óleo diesel. B) Gasolina. C) Carvão mineral. D) Gás natural. E) Vento. (ENEM – 2007) Texto para as questões 26 e 27. As pressões ambientais pela redução na emissão de gás estufa, somadas ao anseio pela diminuição da dependência do petróleo, fizeram os olhos do mundo se voltarem para os combustíveis renováveis, principalmente para o etanol. Líderes na produção e no consumo de etanol, Brasil e Estados Unidos da América (EUA) produziram, juntos, cerca de 35 bilhões de litros do produto em 2006. Os EUA utilizam o milho como matéria-prima para a produção desse álcool, ao passo que o Brasil utiliza a cana-de- açúcar. O quadro abaixo apresenta alguns índices relativos ao processo de obtenção de álcool nesses dois países. Questão 26 (Ver enunciado acima) Se comparado com o uso do milho como matéria-prima na obtenção do etanol, o uso da cana-de-açúcar é A) mais eficiente, pois a produtividade do canavial é maior que a do milharal, superando-a em mais do dobro de litros de álcool produzido por hectare. B) mais eficiente, pois gasta-se menos energia fóssil para se produzir 1 litro de álcool a partir do milho do que para produzi-lo a partir da cana. C) igualmente eficiente, pois, nas duas situações, as diferenças entre o preço de venda do litro do álcool e o custo de sua produção se equiparam. D) menos eficiente, pois o balanço energético para se produzir o etanol a partir da cana é menor que o balanço energético para produzi-lo a partir do milho. E) menos eficiente, pois o custo de produção do litro de álcool a partir da cana é menor que o custo de produção a partir do milho. Questão 27 (Ver enunciado acima) Considerando-se as informações do texto, é correto afirmar que A) o cultivo de milho ou de cana-de-açúcar favorece o aumento da biodiversidade. B) o impacto ambiental da produção estadunidense de etanol é o mesmo da produção brasileira. C) a substituição da gasolina pelo etanol em veículos automotores pode atenuar a tendência atual de aumento do efeito estufa. D) a economia obtida com o uso de etanol como combustível, especialmente nos EUA, vem sendo utilizada para a conservação do meio ambiente. E) a utilização de milho e de cana-de-açúcar para a produção de combustíveis renováveis favorece a preservação das características originais do solo. 180 Questão 28 (ENEM – 2007) Há diversas maneiras de o ser humano obter energia para seu próprio metabolismo utilizando energia armazenada na cana-de-açúcar. O esquema abaixo apresenta quatro alternativas dessa utilização. A partir dessas informações, conclui-se que A) a alternativa 1 é a que envolve maior diversidade de atividades econômicas. B) a alternativa 2 é a que provoca maior emissão de gás carbônico para a atmosfera. C) as alternativas 3 e 4 são as que requerem menor conhecimento tecnológico. D) todas as alternativas requerem trabalho humano para a obtenção de energia. E) todas as alternativas ilustram o consumo direto, pelo ser humano, da energia armazenada na cana. AS QUESTÕES 29 A 32 SE REFEREM AO TEXTO ABAIXO. Usinas Hidrelétricas O princípio básico de funcionamento de uma usina hidrelétrica é o uso da energia potencial gravitacional da imensa massa de água acumulada em seus reservatórios para gerar energia elétrica. Ao girarem, as turbinas acionam geradores que produzirão energia elétrica. No Brasil, as hidrelétricas são as principais responsáveis pela movimentação do parque industrial bem como pela luz que não nos deixa no escuro. Se bem que, em um passado recente, vivemos na sombra do apagão um período de racionamento provocado, entre outros motivos, pela falta de chuvas. Mas o que as chuvas têm a ver com eletricidade? É que, quando há um período grande de seca, os rios perdem volume e o nível (altura) do reservatório das usinas cai, diminuindo então a energia potencial gravitacional disponível. Assim, as turbinas giram mais lentamente e produzem menos energia elétrica. As usinas hidrelétricas são construídas em locais onde se pode melhor aproveitar as influências e os desníveis dos rios, que geralmente estão distantes dos centros consumidores aonde a energia chega através das linhas de transmissão, quando ocorrem perdas por efeito Joule. A hidrelétrica de Guri na Venezuela é a segunda maior do continente sul-americano, ficando atrás apenas da hidrelétrica de Itaipu Binacional. A altura entre a saída de água, e a superfície do lago é da ordem de 100 metros, e sua produção de energia elétrica é de aproximadamente 10.000 MW. Questão 29 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 1) Até que a energia gerada nas usinas hidrelétricas chegue ao consumidor, ocorrem as seguintestransformações de energia: A) energia potencial gravitacional -> energia cinética -> energia elétrica -> calor B) energia potencial gravitacional -> energia elétrica -> calor C) energia cinética -> energia elétrica -> calor D) energia cinética -> calor -> energia elétrica Questão 30 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 1) Certo país contratou uma empresa para dimensionar uma usina semelhante à da hidrelétrica de Guri, mantendo a mesma vazão da água. Considerando as propostas abaixo, assinale a opção CORRETA. A) Aumentando- se a extensão do lago, pode-se aumentar a potência que é gerada pela hidrelétrica. B) Considerando-se que a vazão é a mesma, não importa a altura entre a saída de água e a superfície do lago. C) Aumentando-se a altura entre a saída de água e a superfície do lago, pode-se aumentar a potência que é gerada pela hidrelétrica. D) Uma possibilidade de se aumentar potência gerada pela hidrelétrica seria construí-la próximo às comunidades que irão utilizar a energia gerada. 181 Questão 31 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 2) A massa de água que passa pelas turbinas da hidrelétrica de Guri, a cada segundo, é aproximadamente de: Dados: g = 10 m/s2 1 MW = 1,0 x 106 W ρágua = 1000 kg/m3 A) 1,0 x 107 kg B) 2,0 x 108 kg C) 5,0 x 105 kg D) 1,0 x 108 kg Questão 32 (PUC-MG – 2016/1 – Nível 2) Considere que a energia gerada pela hidrelétrica de Guri seja levada para as cidades por uma linha de transmissão de alta tensão com uma corrente de 1000 A e 2000 m de comprimento. Ela apresenta uma resistência elétrica de 2 x 10-3 Ω/m. O calor gerado por efeito Joule é aproximadamente de: A) 8,0 x 106 W B) 7,0 x 106 W C) 3,0 x 106 W D) 4,0 x 106 W (PUC-MG – 2011/1 – Nível 2) PARA RESPONDER ÀS QUESTÕES 33 E 34, LEIA O TEXTO A SEGUIR. O terremoto no Japão, Tsunami e a crise nuclear. Em 11 de março, um poderoso terremoto atingiu uma magnitude 9,0 no nordeste do Japão, provocando um tsunami com ondas de 10 metros de altura que atingiram a costa oeste dos EUA. Os reatores nucleares na estação de Fukushima Daiichi no Japão estão criticamente em perigo, mas não alcançaram o status de colapso total. Como funciona um reator nuclear? A maioria dos reatores nucleares, incluindo aqueles na estação do Japão geradora Fukushima Daiichi, são, essencialmente, chaleiras de alta tecnologia que fervem a água de forma eficiente para produzir eletricidade. Eles contam com o aproveitamento de fissão nuclear, divisão de um átomo em dois átomos menores, que também produz calor e emite nêutrons. Se um outro átomo absorve um desses nêutrons, a fissão do átomo se torna instável liberando mais calor e mais nêutrons. A reação em cadeia se torna autossustentável, produzindo uma fonte constante de calor para ferver a água, girar as turbinas da unidade a vapor e, assim, gerar energia elétrica. Quanta eletricidade a energia nuclear fornece no Japão e em outros lugares? No Japão existem 56 reatores nucleares que geram anualmente uma energia de aproximadamente 280.000 milhões de quilowatts-hora (kwh), colocando o país como o terceiro maior produtor mundial de energia nuclear, após os EUA e a França, de acordo com dados da Agência Internacional de Energia Atômica. (Texto adaptado da Revista Scientif ic American, pág 19, em 31 de março de 2011.) Questão 33 (Ver enunciado acima) O total da energia produzida por Itaipu no ano passado, aproximadamente 9,0 x 1010 kwh, equivale a 20% da energia elétrica consumida no Brasil. Assinale o número aproximado de reatores nucleares semelhantes àqueles do Japão que seriam necessários para gerar a mesma quantidade de energia da Usina de Itaipu. A) 30 B) 20 C) 54 D) 18 Questão 34 (Ver enunciado acima) Se consideramos que as usinas nucleares de Angra geram anualmente 1,8 x 1010 kwh, assinale o percentual de energia que as fontes nucleares geram para o Brasil. A) 15% B) 20% C) 4% D) 10% 182 Questão 35 – COM PROBLEMA!!! (UEMG – 2013) O governo federal afirma que, a partir de 2013, haverá uma redução no custo da energia elétrica tanto para as pessoas quanto para as empresas. Essa redução é uma tentativa de o Brasil retomar o crescimento econômico que teve em 2010. A produção de energia elétrica à qual o texto se refere está relacionada à A) transformação de energia química em energia elétrica. B) necessidade de se armazenar energia potencial gravitacional da água. C) variação de um fluxo magnético. D) transformação de energia potencial gravitacional da água em energia cinética. Questão 36 (UEMG – 2012) No eletromagnetismo, é fascinante como o gerador elétrico e o motor elétrico são, fundamentalmente, o mesmo aparelho. O princípio de funcionamento desses dois aparelhos elétricos consiste A) na transformação de energia térmica em energia elétrica. B) na variação do fluxo magnético em espiras condutoras de eletricidade. C) na transformação de energia potencial gravitacional em energia cinética. D) no processo de eletrização por atrito, gerando cargas elétricas que são organizadas na forma de corrente elétrica. Questão 37 (UEMG – 2011) Uma carga elétrica é abandonada numa região do espaço onde atua apenas um campo magnético. Nessas condições, É CORRETO afirmar que A) a carga elétrica permanecerá em repouso. B) a carga elétrica passa a se mover em linha reta, com aceleração constante. C) a carga elétrica passa a se mover em movimento circular uniforme. D) a força magnética que atua na carga é perpendicular à sua velocidade. Questão 38 (UEMG – 2010/1) Desde Isaac Newton, partimos do pressuposto de que as mesmas leis físicas que são válidas para a Terra, são válidas para qualquer outro lugar do espaço, embora os resultados possam apresentar diferenças. Considere um mesmo experimento sendo realizado na Terra e, supostamente, em Marte. Nesta hipótese, só o planeta muda, permanecendo iguais todas as outras condições, desprezando, em ambos, todas as formas de atritos. Assinale a opção em que o experimento proposto, embora obedeça às mesmas leis, traz um resultado diferente, quando realizado nos dois planetas: A) Um ímã é aproximado de uma espira circular metálica. Durante a aproximação, surge uma corrente elétrica na espira. B) Mede-se o período de um pêndulo simples de mesmo comprimento. C) Uma massa comprime, horizontalmente, uma mola, deformando-a em 10 cm. O sistema massa- mola armazena uma certa quantidade de energia potencial elástica. D) Dois fios metálicos paralelos, percorridos por correntes elétricas, de sentidos contrários, repelem- se. Neste caso, considere, apenas, as forças magnéticas entre os fios. Questão 39 (UEMG – 2009) Considere as seguintes situações: Situação 1: uma carga elétrica em repouso. Situação 2: um fio percorrido por corrente elétrica. Assinale, abaixo, a alternativa que completa corretamente o seguinte enunciado: Segundo cada situação descrita, há produção de um campo magnético A) apenas na situação 1. B) apenas na situação 2. C) nas situações 1 e 2. D) em nenhuma das duas situações. 183 Questão 40 (CEFET-MG – 2013/1) Um anel condutor e circular está posicionado em frente a um ímã, conforme ilustração seguinte. Fazendo o anel girar em torno do eixo z com velocidade angular constante e período T, o gráfico que representa, corretamente, a corrente nele induzida em função do tempo é Questão 41 (CEFET-MG – 2012/2) Considere o transformador mostrado na figura abaixo. Sobre esse transformador, é correto afirmar que A) o fluxo magnético no enrolamento secundário é constante. B) a tensão induzida nos terminais do enrolamento secundário é regida pela Lei de Lenz. C) a tensão induzida nos terminais do enrolamento secundário é nula, pois o mesmo está aberto. D) o fluxo magnético no enrolamento secundário é nulo, pois a corrente no primárioé constante. E) a tensão induzida no enrolamento secundário é a metade da tensão da fonte de alimentação. 184 Questão 42 (CEFET-MG – 2012/1) Uma bobina de 100 espiras, largura L = 10 cm e resistência 6,0 Ω está sendo puxada com uma velocidade constante de 20 cm/s na presença de um campo magnético uniforme de 1,5 T, limitado pela linha pontilhada, como mostrado na figura. A força necessária para retirar completamente a bobina desse campo magnético, em newtons, é igual a A) 7,5. B) 7,0. C) 6,5. D) 6,0. E) 5,5. Questão 43 (CEFET-MG – 2009/1) A força eletromotriz induzida pode ser obtida pela variação temporal do fluxo magnético e será nula quando a(o) A) campo de indução magnética variar e for rasante à superfície de fluxo magnético. B) campo de indução magnética aumentar e for normal à superfície de fluxo magnético. C) superfície de fluxo magnético variar e o campo de indução magnética for normal a ela. D) superfície de fluxo magnético diminuir e o campo de indução magnética for normal a ela. E) campo de indução magnética e a superfície de fluxo forem perpendiculares entre si e variarem. Questão 44 (CEFET-MG – 2009/1) Dois fios retilíneos ________________, em um mesmo plano, conduzindo corrente elétrica, repelem-se, quando as correntes forem de ________________. A opção que completa, corretamente, as lacunas acima é A) paralelos, mesmo sentido. B) paralelos, sentidos opostos. C) perpendiculares, mesmo sentido. D) perpendiculares, sentidos opostos. E) perpendiculares, mesma intensidade. 185 Questão 45 (UFMG – 2009) Sabe-se que uma corrente elétrica pode ser induzida em uma espira colocada próxima a um cabo de transmissão de corrente elétrica alternada – ou seja, uma corrente que varia com o tempo. Considere que uma espira retangular é colocada próxima a um fio reto e longo de duas maneiras diferentes, como representado nestas figuras: Na situação representada em I, o fio está perpendicular ao plano da espira e, na situação representada em II, o fio está paralelo a um dos lados da espira. Nos dois casos, há uma corrente alternada no fio. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que uma corrente elétrica induzida na espira A) ocorre apenas na situação I. B) ocorre apenas na situação II. C) ocorre nas duas situações. D) não ocorre em qualquer das duas situações. Questão 46 (UFMG – 2007) Uma bobina condutora, ligada a um amperímetro, é colocada em uma região onde há um campo magnético , uniforme, vertical, paralelo ao eixo da bobina, como representado nesta figura: Essa bobina pode ser deslocada horizontal ou verticalmente ou, ainda, ser girada em torno do eixo PQ da bobina ou da direção RS, perpendicular a esse eixo, permanecendo, sempre, na região do campo. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que o amperímetro indica uma corrente elétrica quando a bobina é A) deslocada horizontalmente, mantendo-se seu eixo paralelo ao campo magnético. B) deslocada verticalmente, mantendo-se seu eixo paralelo ao campo magnético. C) girada em torno do eixo PQ. D) girada em torno da direção RS. 186 Questão 47 (UFMG – 2013 – 2ª etapa) O professor Lúcio pretende demonstrar o efeito de indução eletromagnética. Para isso, ele usa um fio condutor retilíneo, encapado com material isolante, no qual estabelece uma corrente elétrica i cujo valor varia com o tempo. Ele coloca um anel metálico próximo ao fio em três situações distintas, descritas a seguir. 1. Na situação 1, o professor sustenta o anel na horizontal e coloca o fio na vertical, passando pelo centro do anel, como representado na figura. ASSINALE com um X a opção correta. Nessa situação, existe corrente induzida no anel? ( ) Sim. ( ) Não. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. Na situação 2, o professor Lúcio coloca o anel e o fio sobre uma superfície plana, um ao lado do outro, como representado na figura. ASSINALE com um X a opção correta. Na situação 2, existe corrente induzida no anel? ( ) Sim. ( ) Não. JUSTIFIQUE sua resposta. 3. Na situação 3, o professor Lúcio coloca o fio sobre o anel, passando pelo seu centro, como representado na figura. ASSINALE com um X a opção correta. Na situação 3, existe corrente induzida no anel? Sim. Não. JUSTIFIQUE sua resposta. 187 Questão 48 (UFMG – 2009 – 2ª etapa) Em um Laboratório de Física, um estudante puxa uma espira condutora, quadrada, sobre uma superfície horizontal, onde há um campo magnético B, uniforme e perpendicular ao plano da espira, como representado nesta figura: A espira, cujo lado mede L, move-se para a direita, sobre a superfície, paralelamente ao eixo x e com velocidade constante, através do campo magnético, representado pelo símbolo ʘ. Na figura, também está indicado o ponto P, localizado no lado direito da espira. Considerando essas informações, 1. ESBOCE, no gráfico abaixo, a corrente elétrica na espira em função da posição x do ponto P, desde x = 0 até x = 5L. 2. JUSTIFIQUE sua resposta. 188 Questão 49 (UFMG – 2008 – 2ª etapa) O Professor Nogueira montou, para seus alunos, a demonstração de magnetismo que se descreve a seguir e que está representada na Figura I. Uma barra cilíndrica, condutora, horizontal, está pendurada em um suporte por meio de dois fios condutores ligados às suas extremidades. Esses dois fios são ligados eletricamente aos pólos de uma bateria. Em um trecho de comprimento L dessa barra, atua um campo magnético B, vertical e uniforme. O módulo do campo magnético é de 0,030 T, o comprimento L = 0,60 m e a corrente elétrica na barra é de 2,0 A. Despreze a massa dos fios. Nessas circunstâncias, a barra fica em equilíbrio quando os fios de sustentação estão inclinados 30º em relação à vertical. Na Figura II, está representada a mesma barra, agora vista em perfil, com a corrente elétrica entrando na barra, no plano do papel. 1. Considerando essas informações, ESBOCE, na Figura II, o diagrama das forças que atuam na barra e IDENTIFIQUE os agentes que exercem cada uma dessas forças. 2. DETERMINE a massa da barra. 189 30 – ONDAS ELETROMAGNÉTICAS Questão 1 (ENEM – 2015) Para obter a posição de um telefone celular, a polícia baseia-se em informações do tempo de resposta do aparelho em relação às torres de celular da região de onde se originou a ligação. Em uma região, um aparelho está na área de cobertura de cinco torres, conforme o esquema. Considerando que as torres e o celular são puntiformes e que estão sobre um mesmo plano, qual o número mínimo de torres necessárias para se localizar a posição do telefone celular que originou a ligação? A) Uma. B) Duas. C) Três. D) Quatro. E) Cinco. Questão 2 (ENEM – 2015) A radiação ultravioleta (UV) é dividida, de acordo com três faixas de frequência, em UV-A, UV-B e UV-C, conforme a figura. Para selecionar um filtro solar que apresente absorção máxima na faixa UV-B, uma pessoa analisou os espectros de absorção da radiação UV de cinco filtros solares: Considere: velocidade da luz = 3,0×108 m/s e 1 nm = 1,0×10-9 m. O filtro solar que a pessoa deve selecionar é o A) V. B) IV. C) III. D) II. E) I. 190 Questão 3 (ENEM – 2014) Alguns sistemas de segurança incluem detectores de movimento. Nesses sensores, existe uma substância que se polariza na presença de radiação eletromagnética de certa região de frequência, gerando uma tensão que pode ser amplificada e empregada para efeito de controle. Quando uma pessoa se aproxima do sistema, a radiação emitida por seu corpo é detectada por esse tipo de sensor. WENDLING, M. Sensores. Disponível em: www2.feg.unesp.br. Acesso em: 7 maio 2014(adaptado). A radiação captada por esse detector encontra-se na região de frequência A) da luz visível. B) do ultravioleta. C) do infravermelho. D) das micro-ondas. E) das ondas longas de rádio. Questão 4 (ENEM – 2013) Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle. A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de A) terem fases opostas. B) serem ambas audíveis. C) terem intensidades inversas. D) serem de mesma amplitude. E) terem frequências próximas. Questão 5 (ENEM – 2012) A falta de conhecimento em relação ao que vem a ser um material radioativo e quais os efeitos, consequências e usos da irradiação pode gerar o medo e a tomada de decisões equivocadas, como a apresentada no exemplo a seguir. “Uma companhia aérea negou-se a transportar material médico por este portar um certificado de esterilização por irradiação.” Física na Escola, v. 8, n. 2, 2007 (adaptado). A decisão tomada pela companhia é equivocada, pois A) o material é incapaz de acumular radiação, não se tornando radioativo por ter sido irradiado. B) a utilização de uma embalagem é suficiente para bloquear a radiação emitida pelo material. C) a contaminação radioativa do material não se prolifera da mesma forma que as infecções por microrganismos. D) o material irradiado emite radiação de intensidade abaixo daquela que ofereceria risco à saúde. E) o intervalo de tempo após a esterilização é suficiente para que o material não emita mais radiação. Questão 6 (ENEM – 2012) Nossa pele possui células que reagem à incidência de luz ultravioleta e produzem uma substância chamada melanina, responsável pela pigmentação da pele. Pensando em se bronzear, uma garota vestiu um biquíni, acendeu a luz de seu quarto e deitou-se exatamente abaixo da lâmpada incandescente. Após várias horas ela percebeu que não conseguiu resultado algum. O bronzeamente não ocorreu porque a luz emitida pela lâmpada incandescente é de A) baixa intensidade. B) baixa frequência. C) um espectro contínuo. D) amplitude inadequada. E) curto comprimento de onda. 191 Questão 7 (ENEM – 2011) Uma equipe de cientistas lançará uma expedição ao Titanic para criar um detalhado mapa 3D que “vai tirar, virtualmente, o Titanic do fundo do mar para o público”. A expedição ao local, a 4 quilômetros de profundidade no Oceano Atlântico, está sendo apresentada como a mais sofisticada expedição científica ao Titanic. Ela utilizará tecnologias de imagem e sonar que nunca tinham sido aplicadas ao navio, para obter o mais completo inventário de seu conteúdo. Esta complementação é necessária em razão das condições do navio, naufragado há um século. O Estado de São Paulo. Disponível em: http://www.estadao.com.br. Acesso em: 27 jul. 2010 (adaptado). No problema apresentado para gerar imagens através de camadas de sedimentos depositados no navio, o sonar é mais adequado, pois a A) propagação da luz na água ocorre a uma velocidade maior que a do som neste meio. B) absorção da luz ao longo de uma camada de água é facilitada enquanto a absorção do som não. C) refração da luz a uma grande profundidade acontece com uma intensidade menor que a do som. D) atenuação da luz nos materiais analisados é distinta da atenuação de som nestes mesmos materiais. E) reflexão da luz nas camadas de sedimentos é menos intensa do que a reflexão do som neste material. Questão 8 (ENEM – 2011) O processo de interpretação de imagens capturadas por sensores instalados a bordo de satélites que imageiam determinadas faixas ou bandas do espectro de radiação eletromagnética (REM) baseia-se na interação dessa radiação com os objetos presentes sobre a superfície terrestre. Uma das formas de avaliar essa interação é por meio da quantidade de energia refletida pelos objetos. A reação entre a refletância de um dado objeto e o comprimento de onda da REM é conhecida como curva de comportamento espectral ou assinatura espectral do objeto, como mostrado na figura, para objetos comuns na superfície terrestre. D’ARCO, E. Radiometria e Comportamento Espectral de Alvos. INPE. Disponível em: http://www.agro.unitau.br. Acesso em: 3 maio 2009. De acordo com as curvas de assinatura espectral apresentadas na figura, para que se obtenha a melhor discriminação dos alvos mostrados, convém selecionar a banda correspondente a que comprimento de onda em micrômetros (μm)? A) 0,4 a 0,5. B) 0,5 a 0,6. C) 0,6 a 0,7. D) 0,7 a 0,8. E) 0,8 a 0,9. 192 Questão 9 (ENEM – 2011) Para que uma substância seja colorida ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A Figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima. Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2): o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima. Brown, T. Química a Ciência Central. 2005 (adaptado). Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da Figura 1? A) Azul. B) Verde. C) Violeta. D) Laranja. E) Vermelho. Questão 10 (ENEM – 2010) Duas irmãs que dividem o mesmo quarto de estudos combinaram de comprar duas caixas com tampas para guardarem seus pertences dentro de suas caixas, evitando, assim, a bagunça sobre a mesa de estudos. Uma delas comprou uma metálica, e a outra, uma caixa de madeira de área e espessura lateral diferentes, para facilitar a identificação. Um dia as meninas foram estudar para a prova de Física e, ao se acomodarem na mesa de estudos, guardaram seus celulares ligados dentro de suas caixas. Ao longo desse dia, uma delas recebeu ligações telefônicas, enquanto os amigos da outra tentavam ligar e recebiam a mensagem de que o celular estava fora da área de cobertura ou desligado. Para explicar essa situação, um físico deveria afirmar que o material da caixa, cujo telefone celular não recebeu as ligações é de A) madeira, e o telefone não funcionava porque a madeira não é um bom condutor de eletricidade. B) metal, e o telefone não funcionava devido à blindagem eletrostática que o metal proporcionava. C) metal, e o telefone não funcionava porque o metal refletia todo tipo de radiação que nele incidia. D) metal, e o telefone não funcionava porque a área lateral da caixa de metal era maior. E) madeira, e o telefone não funcionava porque a espessura desta caixa era maior que a espessura da caixa de metal. 193 Questão 11 (ENEM – 2009) Considere um equipamento capaz de emitir radiação eletromagnética com comprimento de onda bem menor que a da radiação ultravioleta. Suponha que a radiação emitida por esse equipamento foi apontada para um tipo específico de filme fotográfico e entre o equipamento e o filme foi posicionado o pescoço de um indivíduo. Quanto mais exposto à radiação, mais escuro se torna o filme após a revelação. Após acionar o equipamento e revelar o filme, evidenciou-se a imagem mostrada na figura ao lado. Dentre os fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e os átomos do indivíduo que permitem a obtenção desta imagem inclui-se a A) absorção da radiação eletromagnética e a consequente ionização dos átomos de cálcio, que se transformam em átomos de fósforo. B) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de cálcio que por outros tipos de átomos.C) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de carbono que por átomos de cálcio. D) maior refração ao atravessar os átomos de carbono que os átomos de cálcio. E) maior ionização de moléculas de água que de átomos de carbono. Questão 12 (ENEM – 2009) Os radares comuns transmitem microondas que refletem na água, gelo e outras partículas na atmosfera. Podem, assim, indicar apenas o tamanho e a distância das partículas, tais como gotas de chuva. O radar Doppler, além disso, é capaz de registrar a velocidade e a direção na qual as partículas se movimentam, fornecendo um quadro do fluxo de ventos em diferentes elevações. Nos Estado Unidos, a Nexrad, uma rede de 158 radares Doppler, montada na década de 1990 pela Diretoria Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA), permite que o Serviço Meteorológico Nacional (NWS) emita alertas sobre situações do tempo potencialmente perigosas com um grau de certeza muito maior. O pulso da onda do radar ao atingir uma gota de chuva, devolve uma pequena parte de sua energia numa onda de retorno, que chega ao disco do radar antes que ele emita a onda seguinte. Os radares da Nexrad transmitem entre 860 e 1300 pulsos por segundo, na frequência de 3000 MHz. FISCHETTI, M., Radar Metrológico: Sinta o Vento. Scientific American Brasil, n. 08, São Paulo, jan. 2003. No radar Doppler, a diferença entre as frequências emitidas e recebidas pelo radar é dada por Δf = (2ur/c)f0 onde ur é a velocidade relativa entre a fonte e o receptor, c = 3,0x108 m/s é a velocidade da onda eletromagnética, e f0 é a frequência emitida pela fonte. Qual é a velocidade, em km/h, de uma chuva, para a qual se registra no radar Doppler uma diferença de frequência de 300 Hz? A) 1,5 km/h B) 5,4 km/h C) 15 km/h D) 54 km/h E) 108 km/h 194 Questão 13 (ENEM – 2008) A passagem de uma quantidade adequada de corrente elétrica pelo filamento de uma lâmpada deixa-o incandescente, produzindo luz. O gráfico abaixo mostra como a intensidade da luz emitida pela lâmpada está distribuída no espectro eletromagnético, estendendo-se desde a região do ultravioleta (UV) até a região do infravermelho. A eficiência luminosa de uma lâmpada pode ser definida como a razão entre a quantidade de energia emitida na forma de luz visível e a quantidade total de energia gasta para o seu funcionamento. Admitindo-se que essas duas quantidades possam ser estimadas, respectivamente, pela área abaixo da parte da curva correspondente à faixa de luz visível e pela área abaixo de toda a curva, a eficiência luminosa dessa lâmpada seria de aproximadamente A) 10%. B) 15%. C) 25%. D) 50%. E) 75%. Questão 14 (ENEM – 2007) Explosões solares emitem radiações eletromagnéticas muito intensas e ejetam, para o espaço, partículas carregadas de alta energia, o que provoca efeitos danosos na Terra. O gráfico abaixo mostra o tempo transcorrido desde a primeira detecção de uma explosão solar até a chegada dos diferentes tipos de perturbação e seus respectivos efeitos na Terra. Internet: <www.sec.noaa.gov> (com adaptações). Considerando-se o gráfico, é correto afirmar que a perturbação por ondas de rádio geradas em uma explosão solar A) dura mais que uma tempestade magnética. B) chega à Terra dez dias antes do plasma solar. C) chega à Terra depois da perturbação por raios X. D) tem duração maior que a da perturbação por raios X. E) tem duração semelhante à da chegada à Terra de partículas de alta energia. 195 Questão 15 (PUC-MG – 2009/2 – Nível 1) O controle remoto de um aparelho de TV envia pulsos de radiação eletromagnética para um receptor na TV. Essa comunicação entre o controle remoto e o televisor ilustra que essa radiação: A) somente se propaga através do ar. B) possui energia inversamente proporcional à sua frequência. C) difrata e acelera no ar. D) é uma onda eletromagnética. Questão 16 (UEMG – 2016) “É que minha neta, Alice, de 15 meses, está vivendo essa fase e eu fico imaginando se ela guardará na memória a emoção que sente ao perceber pela primeira vez que uma chave serve para abrir a porta, ... que o controle remoto liga a televisão (...)” VENTURA, 2012, p. 37. O controle remoto utiliza a tecnologia do infravermelho. Três candidatos ao vestibular da UEMG fizeram afirmações sobre essa tecnologia: Candidato 1: a luz infravermelha é visível pelo olho humano, sendo um tipo de onda eletromagnética. Candidato 2: no vácuo, a luz infravermelha tem uma velocidade menor que a da luz vermelha, embora sua frequência seja menor. Candidato 3: o comprimento de onda da luz infravermelha é menor que o comprimento de onda da luz vermelha, embora a velocidade das duas seja a mesma. Fizeram afirmações CORRETAS: A) Todos os candidatos. B) Apenas os candidatos 1 e 2. C) Apenas o candidato 3. D) Nenhum dos candidatos. Questão 17 (UEMG – 2013) Estamos envolvidos por ondas eletromagnéticas. A sala onde você está agora é percorrida por ondas de luzes visíveis, infravermelho, ultravioleta, de rádio e televisão, além de outras. Uma difere da outra pela frequência, mas elas têm em comum A) o comprimento de onda. B) a velocidade quando se movem no vácuo. C) a velocidade quando se propagam num meio material. D) o fato de só se propagarem em linha reta. Questão 18 (UEMG – 2012) Um raio de luz verde cruza o espaço. O laser verde tem um alcance de vários quilômetros. Três alunos, vendo esse raio de luz, fizeram as seguintes afirmações: Toninho: A velocidade da luz é muito grande, logo, o comprimento de onda da luz verde é muito grande. Ubirajara: A frequência de onda da luz verde é maior que a da onda sonora da minha própria voz. Felipe: A luz não sofre difração. Um exemplo está diante de mim, pois a luz propaga-se em linha reta. Fizeram afirmações CORRETAS A) Toninho e Ubirajara. B) Felipe e Toninho. C) apenas Ubirajara. D) apenas Felipe. 196 Questão 19 (UEMG – 2010/1) Considere a radiação do Sol que nos atinge, na forma de ondas eletromagnéticas. Sobre essas ondas eletromagnéticas, assinale a alternativa em que se faz uma afirmação INCORRETA: A) Além de estarem na faixa visível, também apresentam radiações que não são visíveis para nós, seres humanos. B) Quanto maior é a frequência das ondas, maior é a energia que elas transportam. C) Essas ondas não precisam de um meio material para se propagar. D) São ondas longitudinais resultantes da variação de campos elétricos e magnéticos. Questão 20 (CEFET-MG – 2010/1) Ao se observar a cor da luz emitida por uma estrela, nota-se um desvio para o vermelho. Tal fenômeno deve-se ao fato de esse astro A) estar morrendo. B) ter sua luz refratada. C) ter a velocidade da luz. D) estar se afastando da Terra. E) estar muito distante da Terra. Questão 21 – COM PROBLEMA!!! (CEFET-MG – 2009/2) Em relação à teoria de Maxwell que previu a existência das ondas eletromagnéticas, é INCORRETO afirmar que A) a variação temporal de um campo elétrico produz um campo magnético induzido. B) a variação temporal de um campo magnético faz aparecer um campo elétrico induzido. C) a velocidade de propagação da luz e de outras ondas eletromagnéticas em um mesmo meio são iguais. D) a propagação dessas ondas no vácuo são longitudinais em relação aos campos elétrico e magnético. E) a velocidade dessas ondas e os campos elétrico e magnético são perpendiculares entre si no vácuo. Questão 22 (CEFET-MG – 2009/2) Considerando as propriedades das radiações que constituem o espectro eletromagnético, A) os raios gama podem ser gerados por partículas excitadas. B) os raios infravermelhos são emitidos por partículas nucleares. C) os raios x conseguem penetrar em regiões de altas densidades. D) os raios lasers são radiaçõesconstituídas de uma única freqüência. E) os raios ultravioletas são emitidos pelos núcleos de corpos aquecidos. Questão 23 (CEFET-MG – 2009/1) Uma onda eletromagnética pode ser produzida através de A) corrente elétrica constante em um fio condutor. B) campo eletromagnético constante em um meio. C) campo de indução magnética constante em um meio. D) movimento acelerado de um portador de carga elétrica. E) movimento retilíneo uniforme de um portador de carga elétrica. 197 31 – TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA Questão 1 (CEFET-MG – 2012/2) Um próton viaja pelo espaço com uma energia cinética relativística Ec = 0,25 m0 c2, em que m0 é a massa de repouso do próton e c é a velocidade da luz. Assim sendo, a velocidade do próton é expressa por A) 0,9c. B) 0,8c. C) 0,7c. D) 0,6c. E) 0,5c. Questão 2 (CEFET-MG – 2012/1) Um bastão, em repouso, possui 2,00 m de comprimento. Se o mesmo é posto a movimentar-se, paralelamente ao seu eixo, até atingir uma velocidade de 0,600 c, em que c é a velocidade da luz no vácuo, então, seu comprimento será, em metros, igual a A) 1,60. B) 1,70. C) 1,80. D) 1,90. E) 2,00. Questão 3 (CEFET-MG – 2010/2) Uma nave move-se com velocidade muito grande em relação à Terra. Em determinado instante, ela emite um pulso luminoso, de velocidade vP, na mesma direção e sentido de seu movimento. Um tripulante dessa nave mede, para esse pulso, uma velocidade vN e um observador na Terra mede, para o mesmo pulso, uma velocidade dada por vT. Nessas condições, vP, vN e vT estão corretamente relacionadas em A) vP > vN = vT. B) vP > vN > vT. C) vP < vN = vT. D) vP = vN = vT. E) vP > vN < vT. Questão 4 (CEFET-MG – 2009/2) Einstein deixou um grande legado para humanidade, ao apresentar de forma brilhante a Teoria da Relatividade Restrita. Segundo essa teoria, para uma partícula que se move com velocidade próxima à da luz, grandezas físicas como tempo, espaço e massa, respectivamente, A) dilata, dilata, diminui. B) dilata, contrai, diminui. C) contrai, contrai, diminui. D) contrai, dilata, aumenta. E) dilata, contrai, aumenta. 198 Questão 5 (UFMG – 2008) Suponha que, no futuro, uma base avançada seja construída em Marte. Suponha, também, que uma nave espacial está viajando em direção à Terra, com velocidade constante igual à metade da velocidade da luz. Quando essa nave passa por Marte, dois sinais de rádio são emitidos em direção à Terra – um pela base e outro pela nave. Ambos são refletidos pela Terra e, posteriormente, detectados na base em Marte. Sejam tB e tN os intervalos de tempo total de viagem dos sinais emitidos, respectivamente, pela base e pela nave, desde a emissão até a detecção de cada um deles pela base em Marte. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que A) tN = 2 1 tB . B) tN = 3 2 tB . C) tN = 6 5 tB . D) tN = tB . Questão 6 (UFMG – 2012 – 2ª etapa) Considere que, no ano de 2222, um trem expresso passa por uma estação à velocidade de 0,2 c, em que c é a velocidade da luz. Henrique está dentro desse trem, em um vagão que mede 30 m de comprimento. Quando o trem está passando pela estação, Henrique liga um laser situado no fundo do vagão. Esse laser emite um pulso de luz, que é refletido por um espelho posicionado na frente do vagão, retorna e atinge um detector situado junto ao laser. 1. No referencial de Henrique, CALCULE o intervalo de tempo entre o pulso sair do laser e atingir o detector. Enquanto isso, Alberto, parado na estação, vê o trem passar. 2. Considerando essa informação, RESPONDA: Qual é a velocidade do pulso de luz do laser medida no referencial de Alberto? JUSTIFIQUE sua resposta. 199 32 – FÍSICA QUÂNTICA Questão 1 (ENEM – 2015) A bomba reduz neutros e neutrinos, e abana-se com o leque da reação em cadeia ANDRADE, C. D. Poesia completa e prosa. Rio de Janeiro: Aguilar, 1973 (fragmento). Nesse fragmento de poema, o autor refere-se à bomba atômica de urânio. Essa reação é dita “em cadeia” porque na A) fissão do 235U ocorre liberação de grande quantidade de calor, que dá continuidade à reação. B) fissão de 235U ocorre liberação de energia, que vai desintegrando o isótopo 238U, enriquecendo-o em mais 235U. C) fissão do 235U ocorre uma liberação de nêutrons, que bombardearão outros núcleos. D) fusão do 235U com 238U ocorre formação de neutrino, que bombardeará outros núcleos radioativos. E) fusão do 235U com 238U ocorre formação de outros elementos radioativos mais pesados, que desencadeiam novos processos de fusão. 200 Questão 2 (ENEM – 2009) Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons e nêutrons, sendo ambos os principais responsáveis pela sua massa. Nota-se que, na maioria dos núcleos, essas partículas não estão presentes na mesma proporção. O gráfico mostra a quantidade de nêutrons (N) em função da quantidade de prótons (Z) para os núcleos estáveis conhecidos. KAPLAN, I. Física Nuclear. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1978 (adaptado). O antimônio é um elemento químico que possui 50 prótons e possui vários isótopos ― átomos que só se diferem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem A) entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons. B) exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons. C) entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons. D) entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons. E) entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons. 201 Questão 3 (ENEM – 2009) Na manipulação em escala nanométrica, os átomos revelam características peculiares, podendo apresentar tolerância à temperatura, reatividade química, condutividade elétrica, ou mesmo exibir força de intensidade extraordinária. Essas características explicam o interesse industrial pelos nanomateriais que estão sendo muito pesquisados em diversas áreas, desde o desenvolvimento de cosméticos, tintas e tecidos, até o de terapias contra o câncer. LACAVA, Z. G. M; MORAIS, P. C. Nanobiotecnologia e Saúde. Disponível em: http://www.comciencia.br (adaptado). A utilização de nanopartículas na indústria e na medicina requer estudos mais detalhados, pois A) as partículas, quanto menores, mais potentes e radiativas se tornam. B) as partículas podem ser manipuladas, mas não caracterizadas com a atual tecnologia. C) as propriedades biológicas das partículas somente podem ser testadas em microrganismos. D) as partículas podem atravessar poros e canais celulares, o que poderia causar impactos desconhecidos aos seres vivos e, até mesmo, aos ecossistemas. E) o organismo humano apresenta imunidade contra partículas tão pequenas, já que apresentam a mesma dimensão das bactérias (um bilionésimo de metro). Questão 4 (ENEM – 2009) O lixo radioativo ou nuclear é resultado da manipulação de materiais radioativos, utilizados hoje na agricultura, na indústria, na medicina, em pesquisas científicas, na produção de energia etc. Embora a radioatividade se reduza com o tempo, o processo de decaimento radioativo de alguns materiais pode levar milhões de anos. Por isso, existe a necessidade de se fazer um descarte adequado e controlado de resíduos dessa natureza. A taxa de decaimento radioativo é medida em termos de um tempo característico, chamado meia-vida, que é o tempo necessário para que uma amostra perca metade de sua radioatividade original. O gráfico seguinte representa a taxa de decaimento radioativo do rádio-226, elemento químico pertencente à família dos metais alcalinos terrosos e que foi utilizado durante muito tempo na medicina. As informações fornecidas mostram que A) quanto maior é a meia-vida de uma substância, mais rápido ela se desintegra. B) apenas 1/8 de uma amostra de rádio-226