Questões de Física - FUVEST | Gabarito e resoluções

(FUVEST - 2024) Um estudo recente feito por pesquisadores do Caltech(1) mostrou que, desde o incio do sculo XXI, o volume de gelo acumulado no oceano rtico durante o inverno diminuiu em cerca de 6000 km3 , reduo em grande parte impulsionada pela mudana na espessura do gelo, passando de um padro denominado plurianual para outro padro conhecido como gelo marinho sazonal. Segundo os autores do estudo, o gelo mais antigo e plurianual tende a ser mais espesso e, portanto, seu derretimento mais demorado. medida que esse reservatrio de gelo antigo marinho do rtico se esgota e o gelo sazonal passa a predominar, espera-se que a espessura e o volume globais do gelo marinho do rtico diminuam. a) Estime, em kg, o acrscimo na massa de gua no oceano devido ao degelo no rtico desde o incio do sculo XXI. b) Sabendo que a rea do oceano rtico de aproximadamente , se todo esse gelo perdido formasse uma camada sobre a superfcie desse oceano, qual seria a espessura dessa camada? c) Estime a mnima quantidade de energia (em joules) para derreter completamente uma tonelada de gelo inicialmente a uma temperatura de -20C. Note e adote:Propriedades do gelo (plurianual ou sazonal): Densidade = 0,92 g/cm3 Calor especfico = J/kg.C Calor latente de fuso = (1) Sahra Kacimi et al, Arctic snow depth, ice 3/4 thickness and volume from ICESat‐2 and CryoSat‐2: 2018‐2021, Geophysical Research Letters (2022). DOI: 10.1029/2021GL097448

(FUVEST - 2024) No manual de instalao de um filtro de torneira, consta a seguinte mensagem: a) Calcule a fora sobre um tampo de vedao colocado na ponta de um cano de 40 mm de dimetro se a presso da gua no interior do cano neste local de 100 kPa. b) Considere que uma torneira esteja instalada no 4 andar de um prdio de 12 andares (ponto B) e esteja conectada a uma caixa dgua localizada na laje desse prdio (ponto A), conforme a figura. Calcule a distncia vertical ℎ e a diferena de presso entre os pontos B e A. c) Para um filtro instalado em um apartamento de outro andar (sem o redutor de vazo), verifica-se que o tempo para encher um copo de 240 mL de 5 s. Dado que o dimetro da sada do filtro de 4 mm, calcule a velocidade da gua na sada do filtro (em m/s). Note e adote: A altura padro de cada andar de um prdio de 3 metros. Considere a gua como um fluido ideal com densidade de 1000 kg/m3 . A vazo de um fluido em regime de fluxo constante dada pelo produto da velocidade do fluido pela rea da seo reta do tubo de escoamento. Acelerao da gravidade (g) = 10 m/s2 Considere .

(FUVEST - 2024) Considere uma mesma corda de violoncelo vibrando, em situaes distintas, conforme os padres de ondas estacionrias mostrados nos diagramas a seguir, em que a amplitude das vibraes, por clareza, est grandemente ampliada. No diagrama 1, a corda vibra no comprimento L mostrado na figura. No diagrama 2, a corda est pinada a 2/3 do comprimento L, de modo que no h vibrao no tero restante. a) Um aluno afirma que, por se tratar de padres estacionrios, a velocidade de propagao de uma onda qualquer na corda nula. Essa afirmao correta? Justifique a sua resposta. b) Considere agora a situao mostrada no diagrama 1. Se o comprimento L fosse de 60 cm, qual seria o comprimento de onda da vibrao mostrada nesse diagrama? c) Suponha agora que a frequncia da vibrao da corda no padro mostrado no diagrama 1 seja de 220 Hz. Determine a frequncia de vibrao da corda no padro mostrado no diagrama 2.

(FUVEST - 2024) Considere uma amostra de 2 mols de um gs monoatmico, em que cada tomo possui uma massa de aproximadamente gramas. O gs pode ser tratado como ideal. a) Determine a massa total do gs na amostra, em gramas. b) A energia interna da amostra a uma temperatura de 300 K de 7500 J. Quanta energia preciso transferir para a amostra para que sua temperatura atinja 400 K? c) A descoberta de Einstein sobre a equivalncia entre massa e energia vlida mesmo em fenmenos mais familiares, como o aquecimento de um fluido, embora, nesse caso, o efeito seja muito pequeno para ser perceptvel. Nesse contexto, calcule a variao na massa da amostra de gs do enunciado quando ela experimenta um processo de expanso ao longo do qual recebe 13500 J de calor do entorno e realiza um trabalho de 4500 J. Note e adote: Nmero de Avogadro: Relao de Einstein: Velocidade da luz no vcuo:

(FUVEST - 2024) Um perodo da vida do fsico J. Robert Oppenheimer pouco retratado no recente filme Oppenheimer o seu Doutorado na Alemanha sob a orientao de Max Born. Em 1927, eles publicaram um trabalho muito importante, que se tornaria uma das bases da fsica atmica e molecular. A chamada Aproximao de Born‐Oppenheimer usa o fato de que a massa dos ncleos muito maior que a massa dos eltrons para justificar um tratamento independente do movimento dos ncleos e o dos eltrons em tomos e molculas. Para ilustrar a validade da aproximao, considere um modelo clssico para o tomo de hidrognio composto de um prton de massa M e carga +e e um eltron de massa m e carga -e separados por uma distncia D, como mostra a figura. a) Considerando o sistema inicialmente esttico, desenhe, na folha de respostas, os vetores das foras eltricas que atuam sobre as duas partculas. Considere agora que as velocidades das cargas esto sempre em sentidos opostos e perpendiculares linha que une os seus centros, como mostra a figura. Considere tambm que a nica fora que atua sobre as partculas a fora eltrica entre elas, de modo que a quantidade de movimento total (ou momento linear total) do sistema nula. Considere ainda que ambas as cargas estejam em movimento circular uniforme em torno do centro de massa do sistema, de modo que distncia entre as duas partculas no se altere. b) Sendo , calcule a razo entre os intervalos de tempo que o eltron e o psitron, respectivamente, levam para percorrer um arco de circunferncia de mesmo comprimento 𝛥𝑠. c) Na aproximao de Born-Oppenheimer, pode ser feita a hiptese de que o prton permanece em repouso enquanto o eltron gira em torno dele. Utilizando essa hiptese e supondo ainda que a trajetria do eltron seja uma circunferncia de raio D, calcule a energia cintica do eltron em termos de e, de D e da constante eletrosttica da Lei de Coulomb .

(FUVEST - 2024) O fenmeno da aurora polar, h muito tempo conhecido nos hemisfrios norte e sul do planeta Terra, caracteriza-se por um brilho observado no cu em decorrncia de colises entre os tomos da atmosfera, predominantemente oxignio e nitrognio, e as partculas (prtons e eltrons) lanadas por erupes solares e canalizadas pelo campo magntico terrestre. a) Determine a velocidade (em m/s) de um prton com energia cintica de . b) Considerando agora eltrons com velocidade de 1,6106 m/s e que descrevam rbitas circulares sob ao do campo magntico terrestre, cuja intensidade de 10-4 T, calcule o mdulo da fora magntica atuando sobre cada eltron. As diferentes cores observadas na aurora devem-se emisso de ftons em processos de desexcitao de tomos presentes nas diferentes camadas da atmosfera. As cores mais comuns da luz associada a esses ftons so a verde e a vermelha, devido predominncia de oxignio e nitrognio nas altitudes de 200 km e 100 km, respectivamente. c) Calcule (em joules) a variao da energia de um tomo quando este emite um fton da cor verde.

(FUVEST - 2024) Os experimentos de difrao e interferncia da luz realizados no perodo de 1800 a 1803, em analogia com os processos de interferncia das ondas acsticas, corroboraram a natureza ondulatria da luz. Por outro lado, Einstein introduziu, em 1905, o conceito de fton, em que cada componente monocromtica de frequncia 𝑓 da radiao seria equivalente a um sistema de partculas idnticas sem massa, cada qual com energia hf, sendo a constante de Planck. A hiptese da existncia de ftons s teve ampla aceitao aps os experimentos de Compton, em 1922, sobre o espalhamento da radiao eletromagntica na faixa dos raios X por alvos de elementos leves, como o grafite. Adaptado de F. Caruso e V. Oguri, Sobre a necessidade do conceito de fton, RBEF 43, e20210011 (2021). De acordo com o texto e seus conhecimentos, correto afirmar:

(FUVEST - 2024) Quando uma soluo de NaCl colocada em contato com uma chama, observa-se uma luz amarela (figura I). Quando esse mesmo experimento realizado na presena de uma lmpada de Na, a chama aparenta estar preta (figura II). Considerando que um material emite e absorve radiao em um mesmo comprimento de onda, assinale a afirmao correta sobre o experimento.

(FUVEST - 2024) Nas embalagens de lmpadas de LED atuais, est indicada uma temperatura de cor (expressa na escala Kelvin), que corresponde tonalidade da luz emitida pela lmpada. A temperatura de cor no indica a temperatura de operao da lmpada, servindo apenas como uma referncia da cor predominante da radiao eletromagntica termicamente emitida por um corpo a essa dada temperatura. A densidade de energia eletromagntica irradiada funo do comprimento de onda da luz emitida. As curvas presentes nos grficos das alternativas mostram dividida pelo seu valor mximo . O mximo de cada curva corresponde ao comprimento de onda predominante da luz irradiada. Com base nessas informaes, assinale a alternativa que apresenta o grfico que melhor corresponde situao em que a cor predominante da luz irradiada seja amarela.

(FUVEST - 2024) Uma empresa jnior de alunos de engenharia projetou um termmetro mecnico para medir a temperatura do leo utilizado em mquinas e equipamentos, com base na variao da densidade do leo com a temperatura. Com essa finalidade, emprega-se um objeto de massa M igual a 18 g e volume de 20 cm3, que permanece imerso em um leo e est preso, por um fio, ao fundo da superfcie, conforme mostra a figura. A temperatura medida por meio da variao na tenso do fio, que muda devido variao da densidade do leo com a temperatura. O grfico a seguir mostra a dependncia da densidade do leo com a temperatura. Nessa configurao, a temperatura na qual a tenso na corda se anula igual a Note e adote: Despreze a massa do fio.

(FUVEST - 2024) Um carro movimentava-se por uma rua de mo nica, com sentido da esquerda para a direita, e deixou no asfalto o padro de pingos de leo indicado na figura I. Entre as curvas no grfico da figura II, indique aquela que melhor corresponde dependncia da posio do carro com o tempo, segundo esses pingos. Adote como positivo o sentido para a direita, conforme a indicao da seta em I. Note e adote: Assuma que o intervalo de tempo entre os pingos seja o mesmo.

(FUVEST - 2024) Uma das modalidades de skate o bowl, disputado em um espao em formato aproximado de bacia. Supondo um bowl com profundidade de 2,45 m, qual a mxima velocidade que um skatista, partindo do repouso no ponto mais alto da bacia, poderia alcanar no ponto mais baixo? Note e adote: Acelerao da gravidade (g) = 10 m/s2.

(FUVEST - 2024) Como ilustrado pela foto, o gerador de Van de Graaf, equipamento popular em parques de cincia, permite o acmulo de cargas eltricas em uma cpula metlica. A distribuio de cargas na cpula de um desses geradores, quando ningum a toca, pode ser considerada esfrica. Dois desses geradores, A e B, esto separados por uma certa distncia. O gerador A contm uma carga +Q, e o gerador B, uma carga +2Q, com Q 0. Entre as alternativas, assinale aquela que melhor corresponde ao vetor campo eltrico resultante produzido pelos geradores no ponto mdio P entre eles.

(FUVEST - 2024) A foto a seguir mostra um circuito com trs resistores (R1, R2 e R3) conectados em uma protoboard (base de contatos). Nesse tipo de placa, os cinco furos de uma mesma linha (indicados pelos retngulos amarelos) esto em curto, formando os ns do circuito. Os cabos vermelho e preto, por sua vez, esto conectados aos terminais de uma fonte contnua de 5V. Se R1 = 150 k e R2=R3 = 100 k, a corrente eltrica que passa pelo resistor R1ser de:

(FUVEST - 2024) Para esfriar um copo contendo 250 mL de gua fervente (100C), comum utilizar o seguinte mtodo: Passo 1. Colocar esse copo dentro de uma vasilha em contato com 1 litro de gua temperatura ambiente (25C), como mostrado na figura. Passo 2. Esperar que entrem em equilbrio trmico. Passo 3. Tirar o copo e trocar a gua da vasilha por outro litro de gua temperatura ambiente. Passo 4. Colocar o copo em contato com a gua nova e esperar que entrem em equilbrio trmico. Aps o passo (4) desse mtodo, a temperatura da gua no copo ser aproximadamente: Note e adote: Considere apenas trocas de calor entre a gua no copo e a gua na vasilha. Despreze quaisquer trocas de calor do sistema com o ambiente.