Física Questão 01 Comentário: V= Ea p v 2p E= a [E] = (LT–1)2.M.L–3 [E] = L2T–2.M.L–3 [E] = ML–1.T–2 b) n/m2 FORÇA ÁREA = Resposta: b M.L. T –2 L2 = ML–1T–2 Física Questão 02 Comentário: Na subida: aS = g(sen θ + μcos θ) v = v0 – at ⇒ 0 = v0 – aS.tS ⇒ v0 = aS.tS d = v0.t – at2/2 ⇒ d = aS.tS2 – aStS2 /2 ⇒ ⇒ 2d = 2aS.tS2 – aS.tS2 ⇒ aStS2 = 2d ⇒ tS = 2d aS Na descida: aD = g(sen θ – μcos θ) d = aD.tD2 /2 =⇒ tD = 2d aD Tempo total: t = tS + tD ⇒ ⎛ 1 2d 2d 1 ⎞ ⎟ = t= + = 2d ⎜⎜ + ⎟ aS aD a a ⎝ S D⎠ ⎛ aD + aS ⎞ ⎟ 2d ⎜⎜ ⎟ a .a ⎝ S D ⎠ Então: t tS t tS = ⎛ aD + aS ⎞ ⎟ 2d ⎜⎜ a S .a D ⎟⎠ ⎝ = 1+ 2d aS = aD + aS senθ + μcosθ = 1+ senθ – μcosθ Resposta: b aD tgθ + μ tgθ – μ = 1+ aS g(senθ + μcosθ) = 1+ aD g(senθ – μcosθ) Física Questão 03 FR = m2 . a FEL 2 – P2 = m2a k2 . x – m2g = m2a m (g + a) x= 2 k2 – Fazendo y – x, obtemos: y–x= [(k 2 – k 1).m 2 + k 2m 1 ](g + a) k1 . k 2 Resposta: c Obs.: Considerando aceleração vertical para baixo, a resposta seria letra a. Comentário: – Considerando aceleração vertical para cima, temos: FR = mr . a FEL1 – P1 – P2 = (m1 + m2) . a k1 . y – m1g – m2g = (m1 + m2) . a (m 1 + m 2 )(g + a) y= k1 Física Questão 04 Comentário: No disparo, há conservação de quantidade de movimento: Qantes = Qapós ⇒ 0 = m. v – (M – m)v’ ⇒ v’ = mv / (M – m) Sendo v’ a velocidade de recuo do atirador. Tempo de ida da bala: d = v.t1 ⇒ t1 = d / v Deslocamento do atirador no tempo t1: m. v d md d’ = v’.t1 = . = M– m v M– m Cálculo do tempo de retorno do som: No referencial do atirador, o som produzido pelo impacto do projétil no alvo tem velocidade vSOM = vS – v’. Assim: d + d’ = (vS – v’)t2 md d+ = (vS – v’)t2 M– m Md – md + md = (vS – v’)t2 M– m Md t2 = (M – m)(v S – v’) Física Cálculo do tempo total: d Md d tTOTAL = t1 + t2 = + = + v (M – m)(v S – v’) v tTOTAL = d + v Md mv ⎞ ⎛ (M – m)⎜ v S – ⎟ ⎝ M – m⎠ Md d Md = + ⎛ Mv S – mv S – mv ⎞ v Mv S – mv S – mv (M – m)⎜ ⎟ M– m ⎝ ⎠ tTOTAL = d(Mv S – mv S – mv) + Mdv d(Mv S – mv S – mv + mv) = v(Mv S – mv S – mv) v[Mv S – m(v S + v)] tTOTAL = d[M(v S + v) – m(v S + v)] d(v S + v)(M – m) = v[Mv S – m(v S + v)] v[Mv S – m(v S + v)] Resposta: a Física Questão 05 Questão 06 Comentário: De acordo com o enunciado, temos que πINT = 50 Ω. Para R = 150 Ω, obtemos: ∑E = Ri E = (50 + 150) . i E = 200 . i – No gerador Comentário: U = E – ri U = 200i – 50i U = 150i Sobre a esfera agem as forças peso e normal. A componente vertical da normal equilibra-se com o peso e a componente horizontal faz o papel de força centrípeta. O ângulo entre a normal e a vertical vale θ. Assim: Cálculo do n: N.sen θ = mω2d Pu n= Pt U .i n= E. i 150 i = 0,75 n= 200 i Resposta: d N.cos θ = mg Dividindo, membro a membro: tg θ = ω2d / g ⇒ ω2 = g.tg θ / d ⇒ (2π / T)2 = g.tg θ / d ⇒ 4π2 / T2 = g.tg θ / d ⇒ T2 = 4π2.d / g tg θ ⇒ T = 2π Resposta: c d g. tgθ Física Questão 07 Questão 08 Comentário: P=τ/t Comentário: Basta aplicar a Segunda Lei de Newton ao bloco e ao carrinho, sendo F = k.x. F = m.a Em relação ao solo: Para o bloco: k.x = maB ⇒ aB = k.x / m Para o carrinho: k.x = MaC ⇒ aC = k.x / M Como as acelerações terão sentidos contrários (pela 3ª Lei de Newton), em módulo: aBC = aB + aC = k.x / m + k.x / M = k.x(1 / m + 1 / M) = k.x(M + m) / mM Resposta: e τ = ΔEc ⇒ τ = mv2 / 2 ⇒ P = mv2 / 2t ⇒ v2 / t = 2P / m Sendo P e m constantes, conclui-se que v2 / t = K (constante) ou v2 = K.t Portanto o quadrado da velocidade é proporcional a t e a alternativa (c) é CORRETA. a) É FALSA, pois P = F / v ⇒ F = P / v. Nas condições do enunciado, P é constante mas v aumenta (pois o corpo parte do repouso). Assim, F diminui e, sendo F = m.a, diminuindo F também a diminui. b) É FALSA, pois pela equação de Torricelli (v2 = 2ax) válida somente nos movimentos uniformemente variados, teríamos x proporcional a v2, pois x = v2 / (2a). Como a varia x não é proporcional a v2. d) é FALSA, pois, sendo P = F.v, temos F = P / v. Já mostramos que v2 = k.t e, então v = kt Assim F = P / kt E, portanto, F é proporcional a 1 / t e) é FALSA, pois P = τ / t ⇒ P = Ec / t. Sendo P constante, conclui-se que a taxa da variação temporal da energia cinética (Ec / t) também é constante. Física Questão 09 Comentário: A energia mecânica se conserva, sendo que no infinito a energia mecânica é nula. Então: 0 = Ec + (–GmM / RT) ⇒ Ec = GMm / RT Sendo GM = gR 2T , vem: Ec = gR2.m / R ⇒ Ec = mgRT O raio do asteroide vale R = 1 km = 10 3 m A massa específica do ferro vale 8000 kg/m 3. Então: m = μ.V = μ.(4/3)πR3 = 8 . 103 . (4/3)π(103)3 = (32/3)π.1012 kg O raio da Terra vale: RT = 6400 km = 64 . 105 m Ec = (32/3)π.1012.10.64.105 = (211/3)π1018 J Do enunciado: 1 bomba –––––––– 10 . 106 . (4 . 109) J N bombas ––––––– (211/3)π1018 J N = (211/3)π1018 / (4 . 1016) = 53600 bombas, aproximadamente. Resposta: d Física Questão 10 Comentário: A afirmação I é CORRETA. Sejam M1 e M2 as massas das estrelas, R 1 e R2 os raios de suas órbitas e d a distância entre elas. Assim, tomando como origem do eixo x o centro da estrela de massa M 1, temos: R1 = xCM = ∑ mx / ∑ m = (M1.x1 + M2.x2) / (M1 + M2) = (0 + M2.d) / (M1 + M2) R2 = d – R1 = d – M2d / (M1 + M2) = M1d / (M1 + M2) Cálculo da velocidade angular da estrela de massa M 1: Fcentrípeta = Fgravitacional ⇒ M1.ω 12 .R1 = G.M1.M2 / d2 ⇒ ω 12 = GM 2 R1d 2 = G(M1 + M 2 ) GM 2 = M 2d d3 .d 2 M1 + M 2 Cálculo da velocidade angular da estrela de massa M 2: Fcentrípeta = Fgravitacional ⇒ M2.ω 22 .R2 = G.M1.M2 / d2 ⇒ Física ω 22 = GM1 R 2d 2 = GM1 G(M1 + M 2 ) = M1d d3 .d 2 M1 + M 2 Comparando as igualdades acima, vemos que ω1 e ω2 são iguais. Sendo ω = 2π / T, concluímos que T1 = T2 e que os mesmos dependem apenas de d, de M1 + M2 e de G. A afirmação II é FALSA. Basta verificar que, como os períodos são iguais, em um intervalo de tempo, por exemplo, igual ao período, as áreas varridas pelos raios vetores valem πR12 e πR 22 . Se R1 for diferente de R2 tais áreas serão diferentes. Resposta: b Física Questão 11 Questão 12 Comentário: O cilindro deve oscilar com a mesma frequência do pêndulo T = 2π L g 1 0,4 = 2π f 10 f = 0,80 Hz Resposta: b Comentário: Vamos admitir que o elevador sobe em movimento acelerado (aceleração dirigida para cima). Inicialmente tem-se h = 10 cm. Como o líquido desce 1 cm no ramo da esquerda e sobe 1 cm no ramo da direita, h’ = 8 cm. Sendo o tubo fino, despreza-se a variação de volume do ar aprisionado e assim sendo a diferença entre as pressões do ar externo e o interno permanece inalterada. Sendo ∆p = µhg, vem: ∆pantes = ∆pdepois µhg = µh’.(g+a) Desprezando a variação da massa específica do líquido: hg = h’(g + a) ⇒ 10 . 10 = 8 . (10 + a) ⇒ 100 = 80 + 8a ⇒ 8a = 20 ⇒ a = 2,5 m/s2 Resposta: e Física Questão 13 Questão 14 Comentário: – Cálculo da corrente ∑E = ERi 100 = (0,5 + 0,5).i i = 100 A – Cálculo da potência dissipada no resistor imerso na água P = R . i2 P = 0,5 . 1002 P = 5000 W – Cálculo do tempo para vaporizar a água: mc∆t + mL P= t t= mc∆t + mL 2.4, 18.10 3.80 + 1.2230.10 3 = p 5000 t = 580 s Resposta: e Comentário: Em um ponto P qualquer, a diferença entre as distâncias percorridas pelas duas ondas pode ser expressa por: D = r – x = (x2 + y2)1/2 – x Para a interferência em P ser construtiva (ondas em fase) deve-se ter D = n.λ para n inteiro. Assim: (x2 + y2)1/2 – x = nλ ⇒ x2 + y2 = (x + nλ)2 ⇒ y2 = 2nxλ + (nλ)2 Supondo n diferente de zero temos: x = y2 / (2nλ) – nλ/2 Física Portanto, é FALSA a alternativa (a). Para a interferência em P ser destrutiva (ondas em oposição de fase) deve-se ter D = n.λ/2 para n ímpar, ou, equivalentemente, D = (n + 1/2).λ para n inteiro. Assim: Questão 15 (x2 + y2)1/2 – x = (n + ½)λ ⇒ x2 + y2 = [x + (n + ½)λ)2 ⇒ y2 = 2(n + ½)xλ + [(n + ½)λ)]2 Logo: x = y2 / [(2n + 1).λ] – (1/2).(n + ½).λ Assim, é CORRETA a alternativa (d) e FALSAS as alternativas (b) e (c). Para verificar a alternativa (e), nota-se que se a diferença de fase fosse de 45o, teríamos: D = λ/8, pois 45o corresponde à oitava parte de uma onda. Assim: (x2 + y2)1/2 – x = λ/8 ⇒ x2 + y2 = (x + λ/8)2 ⇒ y2 = 2xλ/4 + λ2/64 => x = 4y2 / λ – λ/16 que não corresponde à expressão da alternativa (e). Comentário: – Sem as placas: Co = εA εA = d 3h – Com as placas 1 1 1 1 = + + CEQ C1 C 2 C 3 1 1 1 1 = + + εA C εA εA x y h. cx + y C= εA h – Substituindo em Co, temos: εA C → Co = → C = 3 Co Co = 3h 3 Resposta: e Física Questão 16 Questão 17 Comentário: – Para fonte puntiforme, temos: cos30o = 3 s’ = 2 s S= Hs = HA . A HA . A = 2s' S 3 Hs = Resposta: d Comentário: I. Correta 12 = Q.(V1 – V2 ) = 0 1424 3 0 = Q.(V1 – V2 ) = 0 1424 3 II. Correta 0 r 23 = F . L > 12 = O 12341 III. Correta = 23 + 14 r r = F . L – F.L = 0 Resposta: a 3 HA . A 2s 2s’ 3 s’ s Física Questão 18 Questão 19 Comentário: Ao redor de um fio retilíneo percorrido por corrente elétrica as linhas de indução formam circunferências no espaço. Resposta: d Comentário: → 0,10 atm = 0,10 . 105 Pa Rx = Kp + 10 Rx = 2,0 . 10–4 . 0,10 . 105 + 10 Rx = 12 Ω Na ponte equilibrada, temos: R1 . Rx = R2 . R3 R1 . 12 = 20 . 15 R1máx = 25 Ω → 1,0 atm = 105 Pa Rx = Kp + 10 Rx = 2,0.10–4 .105 + 10 Rx = 30 Ω Na ponte equilibrada, temos: R1 . Ry = R2 . R3 R1 . 30 = 20 . 15 R1min = 10 Ω Resposta: c Física Questão 20 II. Falsa Da teoria do efeito fotoelétrico sabemos que a energia incidente deve ser tal que: hf = Ecmáx + Φ, em que F é o trabalho necessário para “arrancar” o elétron. A frequência mínima para que o efeito ocorra é aquela para qual o elétron é apenas “arrancado” (Ecinética = 0). Para tal devemos ter hf = Φ e, então f = Φ / h sendo esta a frequência mínima (também denominada frequência de corte) e que corresponde ao limiar de frequência para que o efeito fotoelétrico possa ser verificado. Comentário: I. Correta No nível 1, a energia do elétron vale E1 = – 13,6 eV No nível 2: E2 = – 13,6 / 22 = – 3,4 eV A energia absorvida foi, então E2 – E1 = – 3,4 + 13,6 = 10,2 e V que é menor do que 13,6 eV. De um modo geral, para saltar do nível 1 para o nível n, a energia absorvida seria: En – E1 = – 13,6 / n2 + 13,6 que resultará menor do que 13,6 eV. III. Verdadeira Teoricamente, no modelo de Böhr podemos calcular precisamente o raio da órbita e a velocidade de cada elétron, o que opõe o Princípio da Incerteza de Heisenberg, muito embora na prática, erros experimentais inviabilizem a obtenção precisa de tais grandezas. Física Questão 21 Questão 22 Comentário: Em t = 1 s o deslocamento vale x = v.t = 10 . 1 = 10 m 1 cm ______ 1 cápsula 10 m ______ n cápsulas Logo: n = (10 m) / (1 cm) = 1000 cápsulas Então, em 1 s colide uma massa de m = 1000 . 1 g = 1000 g = 1 kg I = ΔQ ⇒ Ft = mv ⇒ F = mv / t = 1 . 10 / 1 = 10 N Resposta: 10 N Comentário: 1. A polia móvel mais elevada fica sujeita a duas forças iguais a F para cima. A força exercida para baixo sobre a mesma polia será, então 2F. A polia móvel inferior ficará sujeita a duas forças iguais a 2F para cima. No equilíbrio: 2F + 2F = Peso. Logo: 4F = mg ⇒ 4F = 24 . 10 ⇒ F = 60 N 2. Aplicando a segunda lei de Newton à massa de 24 kg e lembrando que sendo a velocidade constante a aceleração será nula, temos: F = m.a ⇒ 4F – 240 = 0 ⇒ 4F = 240 ⇒ F = 60 N. 3. τ = F.x. Pelos cálculos anteriores, a força F (60 N) é 4 vezes menor do que o peso. No entanto, verifica-se que o deslocamento do ponto de aplicação de F (mão do operador) será quatro vezes maior do que o deslocamento da massa de 24 kg. Desta forma, os trabalhos são IGUAIS em módulo. Física Questão 23 F2 = KQq d 2 = KQq ⎛ a⎞ ⎜ ⎟ ⎝ 2⎠ 2 = 4KQq a2 – Cálculo do ângulo α cos α = a 3 = 2 3 7 a 7 2 – Utilizando a soma dos momentos em relação ao apoio, temos: ∑ M APOLO = 0 F2 . a 3 a 3 + Fix . a = P . 2 6 4KQq a 3 4KQq 3 Mga 3 + . . .a = 2 2 2 6 7 a 7a Comentário: – Forças que atuam no exercício – Cálculo da distância d 2 d2 = a2 ⎛a 3⎞ a 7 ⎟ –d= +⎜ 2 ⎝ 2 ⎠ – Cálculo das forças elétricas KQq KQq 4KQq F1 = 2 = = 2 d 7a 2 ⎛a 7 ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ 2 ⎠ Q= Mga 2 7 7 . Kq 12(7 7 + 2) Física Questão 24 Sobre o bloco A agem o peso, a tração, a força de atrito e a reação da normal exercida pelo suporte vertical: Na horizontal: Tcos 30o – Fat – NB = ma 3 – μNA – NB = ma (3) 2 Na vertical: NA + Tsen 30o = T + PA T= NA = T – T/2 + PA ⇒ NA = T/2 + mg (4) Substituindo (1) e (4) em (3), temos: T 3 ⎛T ⎞ – μ⎜ + mg⎟ – ma = ma ⎝2 ⎠ 2 T 3 T –μ – μmg = 2ma 2 2 T 3 – μT – 2μmg = 4ma Comentário: À medida que o bloco B desce (e se move para a esquerda), a polia e o bloco A movem-se horizontalmente para a esquerda. Aplicaremos a segunda lei de Newton para o bloco A e para o bloco B separando os movimentos horizontal e vertical e ainda procurando um vínculo geométrico entre os deslocamentos do bloco A e do bloco B nas duas direções. Sobre o bloco B agem as forças peso, tração e normal exercida pelo suporte vertical: Na horizontal: NB = m.a (1) Na vertical: PB – T = m.ay ⇒ ay = (mg – T) / m (2) T( 3 – μ) = 2m(2a + μg) (5) O vínculo geométrico entre os deslocamentos dos blocos, conforme a figura, é: cos θ = Δx / Δy ⇒ Δx = Δy.cos θ Sendo Δx = at2 / 2 e Δy = ayt2 / 2, pois v0 = 0, vem: at2 / 2 = (ayt2 / 2) cos θ ⇒ a = ay Substituindo (2) em (6): ⎛ mg – T ⎞ 3 a=⎜ (7) ⎟ ⎝ m ⎠ 2 3 (6) 2 Física Substituindo (7) em (5): ⎡ ⎛ mg – T ⎞ 3 ⎤ T( 3 – μ) = 2m⎢ 2⎜ + μg⎥ ⎟ ⎣ ⎝ m ⎠ 2 ⎦ T 3 – μT = 2mg 3 – 2T 3 + μmg 3T 3 – μT = 2mg 3 + μmg T= Nas condições do enunciado, o átomo B passará a se promover na reta de intersecção dos planos α e β. Denominando Φ o ângulo que a velocidade de A formará com o plano β após a colisão, temos: (Qantes = Qapós)x pA.cos θ + 0 = qA.cos Φ + qB p . cos θ – qB cos Φ = A qA 2mg( 3 + μ) 3 3–μ Questão 25 (Qantes = Qapós)x pA.sen θ + 0 = qA.sen Φ p .sen θ sen Φ = A qA sen2 Φ + cos2 Φ = 1 ⇒ p 2A .sen2 θ / q 2A + (p 2A .cos2 θ – 2pAqBcos θ + qB2 ) / q 2A = 1 q 2A = p 2A .sen2 θ + p 2A .cos2 θ – 2pAqBcos θ + qB2 Dividindo ambos os membros por qB2 , vem: q 2A /qB2 = (p 2A .sen2 θ +p 2A .cos2 θ – 2pAqBcos θ +qB2 ) /qB2 Então: qB2 / q 2A = qB2 / (p 2A .sen2 θ + p 2A .cos2 θ – 2pAqBcos θ + qB2 ) Substituindo em (1): EcB / EcA = 2.qB2 / (p 2A .sen2 θ +p 2A .cos2 θ – 2pAqBcos θ +qB2 ) Comentário: E cB E cA m B v B2 qB v B qB v B m B m A qB2 .m A 2 . . = = = = q A v A q A v A m B m A q 2A .m B m A v 2A 2 Sendo mA = 2mB, vem q2 E cB = 2 B2 (1) E cA qA Física Questão 26 Questão 27 Comentário: – Situação inicial C1 Q1 C2 Q2 = Q1 (em série a carga é constante) QT = Q1 + Q2 = Q1 + Q1 = 2Q1 – Situação final A carga total é constante Q1 4 Q1’ = 2Q1 – Q2’ Q Q1’ = 2Q1 – 1 4 7Q 1 Q1’ = 4 Q2 = em paralelo V1 = V2 Q 1’ Q 2 ’ = C1 C2 7Q 1 Q1 = 4C1 4C 2 1 1 C2 = C1, então x = 7 7 Comentário: Para as órbitas circulares (I e II): Fcentrípeta = Fgravitacional ⇒ mv2 / r = G.M.m / r2 ⇒ v = (GM / r)1/2 Em qualquer ponto da órbita circular, tem-se θ = 90o. Então, sen θ = 1 e L = r.p = r m v = m r (GM / r) 1/2 = = m (GMr)1/2 Como rIII > rI, temos LIII > LI Comparando as órbitas I e II: Para I: Fcentrípeta = Fgravitacional ⇒ v 12 = GM / r1 (1) Para a órbita elíptica, sendo A o periélio e B o afélio: LA = LB ⇒ mvArA = mvBrB ⇒ vB = (vA.rA) / rB EmA = EmB (a energia mecânica se conserva) mv 2A / 2 – GMm / rA = mv B2 / 2 – GMm / rB v 2A – 2GM / rA = v 2A rA2 / rB2 – 2GM / rB Física v 2A (1 – rA2 / rB2 ) = 2GM(1/rA – 1/rB) v 2A (rB2 – rA2 ) / rB2 Questão 28 = 2GM (rB – rA) / (rArB) v 2A (rB + rA) / rB = 2GM / rA v 2A = 2GMrB / [rA(rA + rB)] (2) Dividindo (2) por (1), membro a membro e observando que r1 = rA: v 2A /v 12 = 2rB / (rA + rB) Sendo: rB > rA ⇒ 2rB > rA + rB Logo: vA > v1 Sendo: LI = mv1r1 e LII = mvArA, vem: LII > LI Comparando as órbitas II e III: v2 = GM / rB (3) v B2 = 2GMrA / [rB(rA + rB)] (4) Dividindo (4) : (3), vem: v B2 / v2 = 2rA / (rA + rB) rA < rB ⇒ 2rA < rA + rB ⇒ vB < v LII = mvBrB LIII = mvrB vB < v ⇒ LII < LIII Conclusão: LI < LII < LIII Comentário: 1. – No MHS o período é calculado por: m T = 2π K – Para o gráfico dado temos: ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ m⎟ 1⎜ m⎟ 1⎜ ⎟ + ⎜ 2π ⎟ T = ⎜ 2π F1 ⎟ 2 ⎜ F2 ⎟ 2⎜ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎝ L⎠ L ⎠ ⎛ 1 1 ⎞ ⎟ T = π mL ⎜⎜ + ⎟ F F ⎝ 1 2⎠ 2. – A máxima distância ocorre para x > 0, pois K1 < K2 (F1 < F2) Em xmax = Em xo Física K1. Xmax 2 2 = Questão 30 mV 2 2 Xmax = V mL F1 3. Como F1 ≠ F2, temos duas constantes de proporcionalidade e o movimento não é harmônico simples: Questão 29 Comentário: – Ao longo de meia volta, a variação de fluxo magnético será: Δ∅ =∅ – ∅0 Comentário: Δ∅ = B.A.cos 180o – BA.cos 0o Δ∅ = – 2BA No equilíbrio, temos: 2T + Fm = P μ . i1 . i 2 . L 2.0 + =P 2πr μ . i1 . i 2 . L r= 2πP r= 4π .10 –7 . 20.401 . 2π . 0,080 π = 2 . 10–3 m – Aplicando a Lei de Faraday, temos: Δ∅ eind = N . Δt Δ∅ R.i=–N. Δt Q N(– 2BA) =– R. Δt Δt Q= 2NBA R