Questões de Física - FUVEST 2018 | Gabarito e resoluções

(FUVEST -2018 - 1 FASE )Um fabricante de acessrios de montanhismo quer projetar um colcho de espuma apropriado para ser utilizado por alpinistas em regies frias. Considere que a taxa de transferncia de calor ao solo por uma pessoa dormindo confortavelmente seja 90 kcal/hora e que a transferncia de calor entre a pessoa e o solo se d exclusivamente pelo mecanismo de conduo trmica atravs da espuma do colcho. Nestas condies, o grfico representa a taxa de transferncia de calor, em J/s, atravs da espuma do colcho, em funo de sua espessura, em cm. Considerando 1 cal = 4 J, a menor espessura do colcho, em cm, para que a pessoa durma confortavelmente

(FUVEST - 2018 - 2 FASE) Ncleos atmicos podem girar rapidamente e emitir raios . Nesse processo, o ncleo perde energia, passando sucessivamente por estados de energia cada vez mais baixos, at chegar ao estado fundamental, que o estado de menor energia desse sistema. Nos laboratrios onde esses ncleos so estudados, detectores registram dados dos pulsos da radiao emitida, obtendo informaes sobre o perodo de rotao nuclear. A perda de energia devido emisso de radiao eletromagntica altera o perodo de rotao nuclear. O grfico mostra quatro valores do perodo de rotao de um dos istopos do ncleo de rbio (158Er) durante um certo intervalo de tempo, obtidos a partir de dados experimentais. Obtenha o valor da a) velocidade angular de rotao, , do ncleo no instante t = 8 x10-12s, em rad/s b) acelerao angular mdia, , do ncleo entre os instantes t = 2 x10-12s e t = 8 x10-12s, em rad/s2; c) acelerao centrpeta, ac, de uma poro de matria nuclear localizada a uma distncia R = 6 x10-15m do eixo de rotao nuclear para o instante t = 8 x10-12s d) energia, E, emitida pelo 158Er sob a forma de radiao eletromagntica entre os instantes t = 2 x10-12s e t = 8 x10-12s

(FUVEST - 2018 - 2 FASE)Um grupo de alunos, em uma aula de laboratrio, eletriza um canudo de refrigerante por atrito, com um leno de papel. Em seguida, com o canudo, eles eletrizam uma pequena esfera condutora, de massa 9 g, inicialmente neutra, pendurada em um fio de seda isolante, de comprimento L, preso em um ponto fixo P. No final do processo, a esfera e o canudo esto com cargas de sinais opostos. a) Descreva as etapas do processo de eletrizao da esfera. Em seguida, os alunos colocam a esfera eletrizada (E1) em contato com outra esfera (E2), idntica primeira, eletricamente neutra e presa na extremidade de outro fio de seda isolante, tambm de comprimento L, fixo no ponto P. O sistema adquire a configurao ilustrada na figura, sendo d = 8 cm Para o sistema em equilbrio nessa configurao final, determine b) o mdulo da tenso em um dos fios isolantes; c) o mdulo da carga q2da esfera E2; d) a diferena N entre o nmero de eltrons e de prtons na esfera E2aps a eletrizao.

(FUVEST -2018 - 1 FASE )Cmeras digitais, como a esquematizada na figura, possuem mecanismos automticos de focalizao. Em uma cmera digital que utilize uma lente convergente com 20 mm de distncia focal, a distncia, em mm, entre a lente e o sensor da cmera, quando um objeto a 2 m estiver corretamente focalizado, , aproximadamente,

(FUVEST - 2018 - 2 FASE)Um espectrmetro ptico, representado na figura, utiliza um prisma como elemento de disperso da luz de diferentes comprimentos de onda. O espectrmetro possui uma fenda de entrada de luz, F1, uma lente convergente, L1, um prisma de vidro com ngulos internos de 60e uma segunda lente convergente, L2, que permite a focalizao do comprimento de onda da luz refratada pelo prisma em uma fenda, F2, imediatamente frente do detector D. Cada comprimento de onda focalizado em posies laterais diferentes no plano focal de L2. a) Determine a distncia focal, f, da lente L1, posicionada a 30 mm da fenda F1, para que um feixe de luz branca, difratado pela fenda F1, incida no prisma com os seus raios paralelos entre si. b) O espectrmetro foi construdo impondo-se que um raio de luz violeta (violeta = 400 nm) se propague no interior do prisma (n = 1,53 para a luz violeta), paralelamente sua face inferior. Nesta condio, determine o valor do ngulo de incidncia, i, da luz branca, em relao normal superfcie do prisma. Para este espectrmetro, o grfico na pgina de respostas apresenta o desvio angular, d, entre o feixe incidente e o feixe emergente do prisma, em funo do comprimento de onda da luz refratada c) Determine a diferena no desvio angular, d, entre os feixes de luz violeta (violeta = 400 nm) e vermelha (vermelho = 700 nm) refratados pelo prisma. d) Considere que a distncia da lente L2ao ponto P seja 20 cm. Determine o deslocamento lateral, S, em relao posio de medida para o raio violeta, do conjunto F2e D2, para que o feixe de luz vermelha seja detectado.

(FUVEST -2018 - 1 FASE )Furaces so sistemas fsicos que liberam uma enorme quantidade de energia por meio de diferentes tipos de processos, sendo um deles a condensao do vapor em gua. De acordo com o Laboratrio Oceanogrfico e Meteorolgico do Atlntico, um furaco produz, em mdia, 1,5 cm de chuva por dia em uma regio plana de 660 km de raio. Nesse caso, a quantidade de energia por unidade de tempo envolvida no processo de condensao do vapor em gua da chuva , aproximadamente,

(FUVEST - 2018 - 2 FASE) O motor Stirling, uma mquina trmica de alto rendimento, considerado um motor ecolgico, pois pode funcionar com diversas fontes energticas. A figura I mostra esquematicamente um motor Stirling com dois cilindros. O ciclo termodinmico de Stirling, mostrado na figura II, representa o processo em que o combustvel queimado externamente para aquecer um dos dois cilindros do motor, sendo que uma quantidade fixa de gs inerte se move entre eles, expandindo-se e contraindo-se. Nessa figura est representado um ciclo de Stirling no diagrama P XV para um mol de gs ideal monoatmico. No estado A, a presso PA= 4 atm, a temperatura T1= 27C e o volume VA. A partir do estado A, o gs comprimido isotermicamente at um tero do volume inicial, atingindo o estado B. Na isoterma T1, a quantidade de calor trocada Q1= 2.640 J, e, na isoterma T2, Q2= 7.910 J Determine a) o volume VA, em litro b) a presso PD, em atm, no estado D; c) a temperatura T2 Considerando apenas as transformaes em que o gs recebe calor, determine d) a quantidade total de calor recebido em um ciclo, QR, em J.

(FUVEST -2018 - 1 FASE ) Em uma tribo indgena de uma ilha tropical, o teste derradeiro de coragem de um jovem deixarse cair em um rio, do alto de um penhasco. Um desses jovens se soltou verticalmente, a partir do repouso, de uma altura de 45 m em relao superfcie da gua. O tempo decorrido, em segundos, entre o instante em que o jovem iniciou sua queda e aquele em que um espectador, parado no alto do penhasco, ouviu o barulho do impacto do jovem na gua , aproximadamente,

(FUVEST -2018 - 1 FASE ) Ondas na superfcie de lquidos tm velocidades que dependem da profundidade do lquido e da acelerao da gravidade, desde que se propaguem em guas rasas. O grfico representa o mdulo v da velocidade da onda em funo da profundidade h da gua. Uma onda no mar, onde a profundidade da gua 4,0 m, tem comprimento de onda igual a 50 m. Na posio em que a profundidade da gua 1,0 m, essa onda tem comprimento de onda, em m, aproximadamente igual a

(FUVEST - 2018 - 2 FASE) Um alto-falante emitindo som com uma nica frequncia colocado prximo extremidade aberta de um tubo cilndrico vertical preenchido com um lquido. Na base do tubo, h uma torneira que permite escoar lentamente o lquido, de modo que a altura da coluna de lquido varie uniformemente no tempo. Partindo-se do tubo completamente cheio com o lquido e considerando apenas a coluna de ar criada no tubo, observa-se que o primeiro mximo de intensidade do som ocorre quando a altura da coluna de lquido diminui 5 cm e que o segundo mximo ocorre um minuto aps a torneira ter sido aberta. Determine a) o mdulo da velocidade V de diminuio da altura da coluna de lquido b) a frequncia f do som emitido pelo alto-falante. Sabendo que uma parcela da onda sonora pode se propagar no lquido, determine c) o comprimento de onda deste som no lquido; d) o menor comprimento L da coluna de lquido para que haja uma ressonncia deste som no lquido.

(FUVEST - 2018 - 2 FASE) Uma espira quadrada, de lado L, constituda por barras rgidas de material condutor, de resistncia eltrica total R, se desloca no plano xy com velocidade constante, na direo do eixo x. No instante t = 0, representado na figura, a espira comea a entrar em uma regio do espao, de seo reta quadrada, de lado 2L, onde h um campo magntico perpendicular a ; a velocidade da espira mantida constante por meio da ao de um agente externo. O campo uniforme, constante e tem a direo do eixo z, entrando no plano xy. a) A figura da pgina de respostas representa a situao para o instante t1= L/(2v). Indique nessa figura o sentido da corrente eltrica i1que circula pela espira e determine o seu valor. b) Determine a corrente i2na espira para o instante t2= (3L)/(2v). c) Determine a fora eletromagntica (mdulo, direo e sentido) que atua na espira no instante t3= (5L)/(2v).

(FUVEST -2018 - 1 FASE ) Uma caminhonete, de massa 2.000 kg, bateu na traseira de um sed, de massa 1.000 kg, que estava parado no semforo, em uma rua horizontal. Aps o impacto, os dois veculos deslizaram como um nico bloco. Para a percia, o motorista da caminhonete alegou que estava a menos de 20 km/h quando o acidente ocorreu. A percia constatou, analisando as marcas de frenagem, que a caminhonete arrastou o sed, em linha reta, por uma distncia de 10 m. Com este dado e estimando que o coeficiente de atrito cintico entre os pneus dos veculos e o asfalto, no local do acidente, era 0,5, a percia concluiu que a velocidade real da caminhonete, em km/h, no momento da coliso era, aproximadamente,

(FUVEST -2018 - 1 FASE ) O projeto para um balano de corda nica de um parque de diverses exige que a corda do brinquedo tenha um comprimento de 2,0 m. O projetista tem que escolher a corda adequada para o balano, a partir de cinco ofertas disponveis no mercado, cada uma delas com distintas tenses de ruptura. A tabela apresenta essas opes Ele tem tambm que incluir no projeto uma margem de segurana; esse fator de segurana tipicamente 7, ou seja, o balano dever suportar cargas sete vezes a tenso no ponto mais baixo da trajetria. Admitindo que uma pessoa de 60 kg, ao se balanar, parta do repouso, de uma altura de 1,2 m em relao posio de equilbrio do balano, as cordas que poderiam ser adequadas para o projeto so

(FUVEST - 2018) O ano de 2017 marca o trigsimo aniversrio de um grave acidente de contaminao radioativa, ocorrido em Goinia em 1987. Na ocasio, uma fonte radioativa, utilizada em um equipamento de radioterapia, foi retirada do prdio abandonado de um hospital e, posteriormente, aberta no ferro-velho para onde fora levada. O brilho azulado do p de csio-137 fascinou o dono do ferro-velho, que compartilhou pores do material altamente radioativo com sua famlia e amigos, o que teve consequncias trgicas. O tempo necessrio para que metade da quantidade de csio-137 existente em uma fonte se transforme no elemento no radioativo brio-137 trinta anos. Em relao a 1987, a frao de csio-137, em %que existir na fonte radioativa 120anos aps o acidente, ser, aproximadamente,

(FUVEST -2018 - 1 FASE ) Na figura, A e B representam duas placas metlicas; a diferena de potencial entre elas VB VA = V. As linhas tracejadas 1 e 2 representam duas possveis trajetrias de um eltron, no plano da figura. Considere a carga do eltron igual a -1,6 x 10-19C e as seguintes afirmaes com relao energia cintica de um eltron que sai do ponto X na placa A e atinge a placa B I. Se o eltron tiver velocidade inicial nula, sua energia cintica, ao atingir a placa B, ser 3,2 x10-15J II. A variao da energia cintica do eltron a mesma, independentemente de ele ter percorrido as trajetrias 1 ou 2 III. O trabalho realizado pela fora eltrica sobre o eltron na trajetria 2 maior do que o realizado sobre o eltron na trajetria 1. Apenas correto o que se afirma em