Questões de Física - FUVEST | Gabarito e resoluções

(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 - 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 - 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 - 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 - 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 ) 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

(FUVEST -2018 - 1 FASE ) Atualmente so usados LEDs (Light Emitting Diode) na iluminao domstica. LEDs so dispositivos semicondutores que conduzem a corrente eltrica apenas em um sentido. Na figura, h um circuito de alimentao de um LED (L) de 8 W, que opera com 4 V, sendo alimentado por uma fonte (F) de 6 V. O valor da resistncia do resistor (R), em , necessrio para que o LED opere com seus valores nominais , aproximadamente,

(FUVEST -2018 - 1 FASE ) Em 2016, as lmpadas incandescentes tiveram sua venda definitivamente proibida no pas, por razes energticas. Uma lmpada fluorescente, considerada energeticamente eficiente, consome 28 W de potncia e pode produzir a mesma intensidade luminosa que uma lmpada incandescente consumindo a potncia de 100 W. A vida til mdia da lmpada fluorescente de 10.000 h e seu preo mdio de R$ 20,00, enquanto a lmpada incandescente tem vida til de 1.000 h e cada unidade custaria, hoje, R$ 4,00. O custo da energia de R$ 0,25 por quilowatt-hora. O valor total, em reais, que pode ser poupado usando uma lmpada fluorescente, ao longo da sua vida til, ao invs de usar lmpadas incandescentes para obter a mesma intensidade luminosa, durante o mesmo perodo de tempo,

(FUVEST - 2018 - 2 fase) O prmio Nobel de Fsica de 2017 foi conferido aos trs cientistas que lideraram a colaborao LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), responsvel pela primeira deteco direta de ondas gravitacionais, ocorrida em 14 de setembro de 2015. O LIGO constitudo por dois detectores na superfcie da Terra, distantes 3.000 quilmetros entre si. Os sinais detectados eram compatveis com os produzidos pela fuso de dois buracos negros de massas aproximadamente iguais a 36 e 29 massas solares. Essa fuso resultou em um nico buraco negro de 62 massas solares a uma distncia de 1,34 bilho de anos-luz da Terra. a) A deteco foi considerada legtima porque os sinais foram registrados com diferena de tempo compatvel com a distncia entre os detectores. Considerando que as ondas gravitacionais se propaguem com a velocidade da luz, obtenha a maior diferena de tempo, t, que pode ser aceita entre esses registros para que os sinais ainda sejam considerados coincidentes. b) Foi estimado que, no ltimo 0,2 s da fuso, uma quantidade de energia equivalente a trs massas solares foi irradiada sob a forma de ondas gravitacionais. Calcule a potncia, P, irradiada. c) A emisso decorrente da fuso desses dois buracos negros deu origem a ondas gravitacionais, cuja potncia irradiada foi maior do que a potncia irradiada sob a forma de ondas eletromagnticas por todas as estrelas do Universo. Para quantificar esta afirmao, calcule a potncia total irradiada pelo Sol. Obtenha o nmero N de sis necessrios para igualar a potncia obtida no item b

(FUVEST - 2018 - 2 fase) Duas caixas, A e B, de massas mA e mB , respectivamente, precisam ser entregues no 40 andar de um edifcio. O entregador resolve subir com as duas caixas em uma nica viagem de elevador e a figura I ilustra como as caixas foram empilhadas. Um sistema constitudo por motor e freios responsvel pela movimentao do elevador; as figuras II e III ilustram o comportamento da acelerao e da velocidade do elevador. O elevador acelerado ou desacelerado durante curtos intervalos de tempo, aps o que ele adquire velocidade constante. Analise a situao sob o ponto de vista de um observador parado no solo. Os itens a, b e c, referem-se ao instante de tempo em que o elevador est subindo com o valor mximo da acelerao, cujo mdulo a = 1 m/s2 . a) Obtenha o mdulo da fora resultante, FA, que atua sobre a caixa A. b) As figuras na pgina de respostas representam esquematicamente as duas caixas e o cho do elevador. Faa, nas figuras correspondentes, os diagramas de foras indicando as que agem na caixa A e na caixa B. c) Obtenha o mdulo, FS, da fora de contato exercida pela caixa A sobre a caixa B. d) Como o cliente recusou a entrega, o entregador voltou com as caixas. Considere agora um instante em que o elevador est descendo com acelerao para baixo de mdulo a = 1 m/s2 . Obtenha o mdulo, FD, da fora de contato exercida pela caixa A sobre a caixa B.