Questões de Física - FUVEST 2003 | Gabarito e resoluções

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )A figura na folha de respostas representa, na linguagem da ptica geomtrica, uma lente L de eixo E e centro C, um objeto O com extremidades A e B, e sua imagem I com extremidades A e B. Suponha que a lente L seja girada de um ngulo em torno de um eixo perpendicular ao plano do papel e fique na posio L* indicada na figura. Responda as questes, na figura da folha de respostas, utilizando os procedimentos e as aproximaes da ptica geomtrica. Faa as construes auxiliares a lpis e apresente o resultado final utilizando caneta. a) Indique com a letra F as posies dos focos da lente L. b) Represente, na mesma figura, a nova imagem I* do objeto O, gerada pela lente L*, assinalando os extremos de I* por A* e por B*. .

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )Um recipiente cilndrico contm 1,5 L (litro) de gua temperatura de 40C. Uma tampa, colocada sobre a superfcie da gua, veda o lquido e pode se deslocar verticalmente sem atrito. Um aquecedor eltrico E, de 1800 W, fornece calor gua. O sistema est isolado termicamente de forma que o calor fornecido gua no se transfere ao recipiente. Devido ao peso da tampa e presso atmosfrica externa, a presso sobre a superfcie da gua permanece com o valor P0=1,00Pa. Ligando-se o aquecedor, a gua esquenta at atingir, depois de um intervalo de tempo tA, a temperatura de ebulio (100C). A seguir a gua passa a evaporar, preenchendo a regio entre a superfcie da gua e a tampa, at que, depois de mais um intervalo de tempo tB, o aquecedor desligado. Neste processo, 0,27 mol de gua passou ao estado de vapor. Determine a) o intervalo de tempo tA, em segundos, necessrio para levar a gua at a ebulio. b) o intervalo de tempo tB, em segundos, necessrio para evaporar 0,27 mol de gua. c) o trabalho , em joules, realizado pelo vapor de gua durante o processo de ebulio.

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )Considere uma bolinha, de pequeno raio, abandonada de uma certa altura, no instante t=0, a partir do repouso, acima de uma pesada placa metlica horizontal. A bolinha atinge a placa, pela primeira vez, com velocidade V = 10 m/s, perde parte de sua energia cintica, volta a subir verticalmente e sofre sucessivos choques com a placa. O mdulo da velocidade logo aps cada choque vale 80% do mdulo da velocidade imediatamente antes do choque (coeficiente de restituio = 0,80). A acelerao da gravidade no local g = 10m/. Suponha que o movimento ocorra no vcuo. a) Construa, na figura da folha de respostas, o grfico da velocidade da bolinha em funo do tempo, desde o instante t=0, em que ela abandonada, at o terceiro choque com a placa. Considere positivas as velocidades com sentido para cima e negativas, as para baixo. b) Determine o mdulo V3 da velocidade da bolinha logo aps o terceiro choque. c) Analisando atentamente o grfico construdo, estime o instante T, a partir do qual a bolinha pode ser considerada em repouso sobre a placa.

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )Aliengenas desejam observar o nosso planeta. Para tanto, enviam Terra uma nave N, inicialmente ligada a uma nave auxiliar A, ambas de mesma massa. Quando o conjunto de naves se encontra muito distante da Terra, sua energia cintica e sua energia potencial gravitacional so muito pequenas, de forma que a energia mecnica total do conjunto pode ser considerada nula. Enquanto o conjunto acelerado pelo campo gravitacional da Terra, sua energia cintica aumenta e sua energia potencial fica cada vez mais negativa, conservando a energia total nula. Quando o conjunto N-A atinge, com velocidade (a ser determinada), o ponto P de mxima aproximao da Terra, a uma distncia de seu centro, um explosivo acionado, separando N de A. A nave N passa a percorrer, em torno da Terra, uma rbita circular de raio , com velocidade (a ser determinada). A nave auxiliar A, adquire uma velocidade(a ser determinada). Suponha que a Terra esteja isolada no espao e em repouso. Determine, em funo de M, G e , a) a velocidade com que o conjunto atinge o ponto P. b) a velocidade , de N, em sua rbita circular . c) a velocidade de A, logo aps se separar de N.

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )Um avio voa horizontalmente sobre o mar com velocidade V constante (a ser determinada). Um passageiro, sentado prximo ao centro de massa do avio, observa que a superfcie do suco de laranja, que est em um copo sobre a bandeja fixa ao seu assento, permanece paralela ao plano da bandeja. Estando junto janela, e olhando numa direo perpendicular da trajetria do avio, o passageiro nota que a ponta da asa esquerda do avio tangencia a linha do horizonte, como mostra a figura A. O piloto anuncia que, devido a um problema tcnico, o avio far uma curva de 180para retornar ao ponto de partida. Durante a curva, o avio se inclina para a esquerda, de um ngulo = 30 , sem que haja alteraes no mdulo de sua velocidade e na sua altura. O passageiro, olhando sempre na direo perpendicular da velocidade do avio, observa que a ponta da asa esquerda permanece durante toda a curva apontando para um pequeno rochedo que aflora do mar, como representado na figura B. O passageiro tambm nota que a superfcie do suco permaneceu paralela bandeja, e que o avio percorreu a trajetria semicircular de raio R (a ser determinado), em 90s. Percebe, ento, que com suas observaes, e alguns conhecimentos de Fsica que adquiriu no Ensino Mdio, pode estimar a altura e a velocidade do avio. a) Encontre uma relao entre V, R, g e , para a situao descrita. b) Estime o valor da velocidade V do avio, em km/h ou m/s. c) Estime o valor da altura H, acima do nvel do mar, em metros, em que o avio estava voando.

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )Uma lmpada L est ligada a uma bateria B por 2 fios, F1 e F2, de mesmo material, de comprimentos iguais e de dimetros d e 3d, respectivamente. Ligado aos terminais da bateria, h um voltmetro ideal M (com resistncia interna muito grande), como mostra a figura. Nestas condies a lmpada est acesa, tem resistncia RL =2,0 Ω e dissipa uma potncia igual a 8,0W. A fora eletromotriz da bateria = 9,0V e a resistncia do fio F1 R1=1,8 Ω . Determine o valor da a) corrente I , em ampres, que percorre o fio F1. b) potncia P2, em watts, dissipada no fio F2. c) diferena de potencial VM, em volts, indicada pelo voltmetro M.

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )A figura representa uma cmara fechada C, de parede cilndrica de material condutor, ligada terra. Em uma de suas extremidades, h uma pelcula J, de pequena espessura, que pode ser atravessada por partculas. Coincidente com o eixo da cmara, h um fio condutor F mantido em potencial positivo em relao terra. O cilindro est preenchido com um gs de tal forma que partculas alfa, que penetram em C, atravs de J, colidem com molculas do gs podendo arrancar eltrons das mesmas. Neste processo, so formados ons positivos e igual nmero de eltrons livres que se dirigem, respectivamente, para C e para F. O nmero de pares eltron-ion formados proporcional energia depositada na cmara pelas partculas alfa, sendo que para cada 30eV de energia perdida por uma partcula alfa, um par criado. Analise a situao em que um nmero n = 2x partculas alfa, cada uma com energia cintica igual a 4,5MeV, penetram em C, a cada segundo, e l perdem toda a sua energia cintica. Considerando que apenas essas partculas criam os pares eltron-ion, determine : a) o nmero N de eltrons livres produzidos na cmara C a cada segundo. b) a diferena de potencial V entre os pontos A e B da figura, sendo a resistncia R=5xΩ.

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )O m representado na figura, com largura L = 0,20 m, cria, entre seus plos, P1 e P2, um campo de induo magntica B, horizontal, de intensidade constante e igual a 1,5T. Entre os plos do m, h um fio condutor f, com massa m=6,0 x kg, retilneo e horizontal, em uma direo perpendicular do campo B. As extremidades do fio, fora da regio do m, esto apoiadas e podem se mover ao longo de guias condutores, verticais, ligados a um gerador de corrente G. A partir de um certo instante, o fio f passa a ser percorrido por uma corrente eltrica constante I = 50A. Nessas condies, o fio sofre a ao de uma fora F0, na direo vertical, que o acelera para cima. O fio percorre uma distncia vertical d = 0,12 m, entre os plos do m e, a seguir, se desconecta dos guias, prosseguindo em movimento livre para cima, at atingir uma altura mxima H. Determine: a) o valor da fora eletromagntica F0, em newtons, que age sobre o fio. b) o trabalho total , em joules, realizado pela fora F0. c) a mxima altura H, em metros, que o fio alcana, medida a partir de sua posio inicial.

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )Duas pequenas esferas metlicas, A e B, so mantidas em potenciais eletrostticos constantes, respectivamente, positivo e negativo. As linhas cheias do grfico na folha de resposta representam as interseces, com o plano do papel, das superfcies equipotenciais esfricas geradas por A, quando no h outros objetos nas proximidades. De forma anloga, as linhas tracejadas representam as interseces com o plano do papel, das superfcies equipotenciais geradas por B. Os valores dos potenciais eltricos dessas superfcies esto indicados no grfico. As questes se referem situao em que A e B esto na presena uma da outra, nas posies indicadas no grfico, com seus centros no plano do papel. a) Trace, com caneta, em toda a extenso do grfico da folha de respostas, a linha de potencial V=0, quando as duas esferas esto nas posies indicadas. Identifique claramente essa linha por V=0. b) Determine, em volt / metro, utilizando dados do grfico, os mdulos dos campos eltricos Epae Epbcriados, no ponto P, respectivamente, pelas esferas A e B. c) Represente, em uma escala conveniente, no grfico, com origem no ponto P, os vetores Epa, Epbe o vetor campo eltrico Epresultante em P. Determine, a partir desta construo grfica, o mdulo de Ep, em volt / metro. d) Estime o mdulo do valor do trabalho , em joules, realizado quando uma pequena carga q=2,0nC levada do ponto P ao ponto S, indicados no grfico. (2,0nC=2,0 nanocoulombs =2,0 x C) ..

(FUVEST - 2003 - 2 FASE )Uma onda sonora plana se propaga, em uma certa regio do espao, com velocidade V=340m/s, na direo e sentido do eixo y, sendo refletida por uma parede plana perpendicular direo de propagao e localizada direita da regio representada no grfico da folha de respostas. As curvas I e R desse grfico representam, respectivamente, para as ondas sonoras incidente e refletida, a diferena entre a presso P e a presso atmosfrica P0, (P P0), em funo da coordenada y, no instante t=0. As flechas indicam o sentido de propagao dessas ondas. a) Determine a freqncia f da onda incidente. b) Represente, com caneta, no grfico da folha de respostas, a curva de P P0, em funo de y, no instante t=0, para a onda sonora resultante da superposio, nesta regio do espao, das ondas incidente e refletida. (Represente ao menos um ciclo completo). c) Uma pessoa caminhando lentamente ao longo da direo y percebe, com um de seus ouvidos (o outro est tapado), que em algumas posies o som tem intensidade mxima e em outras tem intensidade nula. Determine uma posio y0 e outra ym, do ouvido, onde o som tem intensidade nula e mxima, respectivamente. Encontre, para a onda resultante, o valor da amplitude Am, de P P0, em pascals, na posio ym.

(FUVEST - 2003 - 1a Fase)Uma onda sonora considerada plana, proveniente de uma sirene em repouso, propaga-se no ar parado, na direo horizontal, com velocidade V igual a 330m/s e comprimento de onda igual a 16,5cm. Na regio em que a onda est se propagando, um atleta corre, em uma pista horizontal, com velocidade U igual a 6,60m/s, formando um ngulo de 60o com a direo de propagao da onda. O som que o atleta ouve tem freqncia aproximada de

(FUVEST - 2003 - 1a Fase) Ncleos atmicos instveis, existentes na natureza e denominados istoposradioativos, emitem radiao espontaneamente. Tal o caso do Carbono-14 (14C), um emissorde partculas beta (-). Neste processo, o ncleo de 14C deixa de existir e se transforma em umncleo de Nitrognio-14 (14N), com a emisso de um antineutrino V e uma partcula - : 14C 14N + - + V Os vetores quantidade de movimento das partculas, em uma mesma escala, resultantes dodecaimento beta de um ncleo de 14C, em repouso, poderiam ser melhor representados, noplano do papel, pela figura:

(FUVEST - 2003 - 1a Fase) conhecido o processo utilizado por povos primitivos para fazer fogo. Um jovem, tentando imitar parcialmente tal processo, mantm entre suas mos um lpis de forma cilndrica e com raio igual a 0,40cm de tal forma que, quando movimenta a mo esquerda para a frente e a direita para trs, em direo horizontal, imprime ao lpis um rpido movimento de rotao. O lpis gira, mantendo seu eixo fixo na direo vertical, como mostra a figura ao lado. Realizando diversos deslocamentos sucessivos e medindo o tempo necessrio para execut-los, o jovem conclui que pode deslocar a ponta dos dedos de sua mo direita de uma distncia L = 15cm, com velocidade constante, em aproximadamente 0,30s. Podemos afirmar que, enquanto gira num sentido, o nmero de rotaes por segundo executadas pelo lpis aproximadamente igual a

(FUVEST - 2003 - 1a Fase) Uma jovem viaja de uma cidade A para uma cidade B, dirigindo um automvel por uma estrada muito estreita. Em um certo trecho, em que a estrada reta e horizontal, ela percebe que seu carro est entre dois caminhes-tanque bidirecionais e iguais, como mostra a figura. A jovem observa que os dois caminhes, um visto atravs do espelho retrovisor plano, e o outro, atravs do para-brisa, parecem aproximar-se dela com a mesma velocidade. Como o automvel e o caminho de trs esto viajando no mesmo sentido, com velocidades de 40km/h e 50km/h, respectivamente, pode-se concluir que a velocidade do caminho que est frente

(FUVEST - 2003 - 1a Fase)Considere dois objetos cilndricos macios A e B, de mesma altura e mesma massa e com sees transversais de reas, respectivamente, SA e SB = 2.SA. Os blocos, suspensos verticalmente por fios que passam por uma polia sem atrito, esto em equilbrio acima do nvel da gua de uma piscina, conforme mostra a figura ao lado. A seguir, o nvel da gua da piscina sobe at que os cilindros, cujas densidades tm valor superior da gua, fiquem em nova posio de equilbrio, parcialmente imersos. A figura que melhor representa esta nova posio de equilbrio