Questões de Física - UNICAMP 2016 | Gabarito e resoluções

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE) Drones so veculos voadores no tripulados, controlados remotamente e guiados por GPS. Uma de suas potenciais aplicaes reduzir o tempo da prestao de primeiros socorros, levando pequenos equipamentos e instrues ao local do socorro, para que qualquer pessoa administre os primeiros cuidados at a chegada de uma ambulncia. Considere um caso em que o drone ambulncia se deslocou 9 km em 5 minutos. Nesse caso, o mdulo de sua velocidade mdia de aproximadamente

(Unicamp/2016)A demanda por trens de alta velocidade tem crescido em todo o mundo. Uma preocupao importante no projeto desses trens o conforto dos passageiros durante a acelerao. Sendo assim, considere que, em uma viagem de trem de alta velocidade, a acelerao experimentada pelos passageiros foi limitada aamax= 0,09g, ondeg=10 m/s2 a acelerao da gravidade. Se o trem acelera a partir do repouso com acelerao constante igual aamax, a distncia mnima percorrida pelo trem para atingir uma velocidade de 1080 km/h corresponde a

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE)Um isolamento trmico eficiente um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condies extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor imprescindvel. Em cada uma das situaes descritas a seguir, voc deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido. I. As prateleiras de uma geladeira domstica so grades vazadas, para facilitar fluxo de energia trmica at o congelador por [...] II. O nico processo de troca de calor que pode ocorrer no vcuo por [...]. III. Em uma garrafa trmica, mantido vcuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por [....]. Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente so:

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE)Msculos artificiais feitos de nanotubos de carbono embebidos em cera deparafina podem suportar at duzentas vezes mais peso que um msculo natural do mesmotamanho. Considere uma fibra de msculo artificial de 1mm de comprimento, suspensaverticalmente por uma de suas extremidades e com uma massa de 50 gramas pendurada, emrepouso, em sua outra extremidade. O trabalho realizado pela fibra sobre a massa, ao secontrair 10%, erguendo a massa at uma nova posio de repouso, Se necessrio, utilize g = 10 m/ s2.

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE) O Teatro de Luz Negra, tpico da Repblica Tcheca, um tipo de representao cnica caracterizada pelo uso do cenrio escuro com uma iluminao estratgica dos objetos exibidos. No entanto, o termo Luz Negra fisicamente incoerente, pois a colorao negra justamente a ausncia de luz. A luz branca a composio de luz com vrios comprimentos de onda e a cor de um corpo dada pelo comprimento de onda da luz que ele predominantemente reflete. Assim, um quadro que apresente as cores azul e branca quando iluminado pela luz solar, ao ser iluminado por uma luz monocromtica de comprimento de onda correspondente cor amarela, apresentar, respectivamente, uma colorao

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE)Tempestades solares so causadas por um fluxo intenso de partculas de altas energias ejetadas pelo Sol durante erupes solares. Esses jatos de partculas podem transportar bilhes de toneladas de gs eletrizado em altas velocidades, que podem trazer riscos de danos aos satlites em torno da Terra. Considere que, em uma erupo solar em particular, um conjunto de partculas de massa total mp= 5kg, deslocando-se com velocidade de mdulo vp= 2x105 m/s, choca-se com um satlite de massa Ms= 95 kg que se desloca com velocidade de mdulo igual a Vs = 4x103 m/s na mesma direo e em sentido contrrio ao das partculas. Se a massa de partculas adere ao satlite aps a coliso, o mdulo da velocidade final do conjunto ser de

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE) Muitos dispositivos de aquecimento usados em nosso cotidiano usam resistores eltricos como fonte de calor. Um exemplo o chuveiro eltrico, em que possvel escolher entre diferentes opes de potncia usadas no aquecimento da gua, por exemplo, morno (M), quente (Q) e muito quente (MQ). Considere um chuveiro que usa a associao de trs resistores, iguais entre si, para oferecer essas trs opes de temperatura. A escolha feita por uma chave que liga a rede eltrica entre o ponto indicado pela letra N e um outro ponto indicado por M, Q ou MQ, de acordo com a opo de temperatura desejada. O esquema que representa corretamente o circuito equivalente do chuveiro

(UNICAMP - 2016 - 2 fase - Questo 7) Recentemente, a sonda New Horizons tornou-se a primeira espaonave a sobrevoar Pluto, proporcionando imagens espetaculares desse astro distante. a) A sonda saiu da Terra em janeiro de 2006 e chegou a Pluto em julho de 2015. Considere que a sonda percorreu uma distncia de 4,5 bilhes de quilmetros nesse percurso e que 1 ano aproximadamente 3x107 s. Calcule a velocidade escalar mdia da sonda nesse percurso. b)A sonda New Horizons foi lanada da Terra pelo veculo espacial Atlas V 511, a partir do Cabo Canaveral. O veculo, com massa total 𝑚 = 6 105kg, foi o objeto mais rpido a ser lanado da Terra para o espao at o momento. O trabalho realizado pela fora resultante para lev-lo do repouso sua velocidade mxima foi de 𝜏 = 768 1011J. Considerando que a massa total do veculo no variou durante o lanamento, calcule sua velocidade mxima.

(UNICAMP - 2016 - 2 fase - Questo 8) Pluto considerado um planeta ano, com massa Mp = 1 1022 kg,bem menor que a massa da Terra. O mdulo da fora gravitacional entre duas massas 𝑚1 e 𝑚2 dado por, em que r a distnciaentre as massas e 𝐺 a constante gravitacional. Em situaes que envolvem distncias astronmicas, a unidade de comprimento comumente utilizada a Unidade Astronmica (UA). a) Considere que, durante a sua aproximao a Pluto, a sonda se encontra em uma posio que est𝑑𝑃 = 0,15 UAdistante do centro de Pluto e 𝑑𝑇 = 30 UA distante do centro da Terra.Calcule a razoentre o mdulo da fora gravitacional com que a Terra atrai a sonda e o mdulo da fora gravitacional com que Pluto atrai a sonda. Caso necessrio, use a massa da Terra 𝑀𝑇 = 6 1024 kg. b) Suponha que a sonda New Horizons estabelea uma rbita circular com velocidade escalar orbital constante em torno de Pluto com um raio de 𝑟𝑃 = 1 104 UA. Obtenha o mdulo da velocidade orbital nesse caso. Se necessrio, use a constante gravitacional 𝐺 = 6 1011 N.m2 /kg2 . Caso necessrio, use 1 UA (Unidade astronmica) = 1,5 108 km.

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE)Um osciloscpio um instrumento muito til no estudo da variao temporal dos sinais eltricos em circuitos. No caso de um circuito de corrente alternada, a diferena de potencial (U) e a corrente do circuito (i) variam em funo do tempo. Considere um circuito com dois resistores R1 e R2 em srie, alimentados por uma fonte de tenso alternada. A diferena de potencial nos terminais de cada resistor observada na tela do osciloscpio representada pelo grfico abaixo. Analisando o grfico, pode-se afirmar que a amplitude e a frequncia da onda que representa a diferena de potencial nos terminais do resistor de maior resistncia so, respectivamente, iguais a:

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE)Anemmetros so instrumentos usados para medir a velocidade do vento. A sua construo mais conhecida a proposta por Robinson em 1846, que consiste em um rotor com quatro conchas hemisfricas presas por hastes, conforme figura abaixo. Em um anemmetro de Robinson ideal, a velocidade do vento dada pela velocidade linear das conchas. Um anemmetro em que a distncia entre as conchas e o centro de rotao r=25 cm, em um dia cuja velocidade do vento v=18 km/h, teria uma frequncia de rotao de Se necessrio, considere 3.

(UNICAMP - 2016 - 2 fase - Questo 9) Os reguladores de presso so acessrios de segurana fundamentais para reduzir a presso de gases no interior dos cilindros at que se atinja sua presso de utilizao. Cada tipo de gs possui um regulador especfico. a) Tipicamente, gases podem ser armazenados em cilindros a uma presso interna de P0 = 2,0107 Pae ser utilizados com uma presso de sada do regulador de 𝑃1 = 1,6 107 Pa. Considere um gs ideal mantido em recipiente fechado a uma temperatura inicial de 𝑇0 = 300 K. Calcule a temperatura final 𝑇1 do gs se ele for submetido isovolumetricamente variao de presso dada acima. b) Quando os gases saem dos reguladores para o circuito de utilizao, comum que o fluxo do gs (definido como sendo o volume do gs que atravessa a tubulao por unidade de tempo) seja monitorado atravs de um instrumento denominado fluxmetro. Considere um tanque cilndrico com a rea da base igual a 𝐴 = 2,0 m 2 que se encontra inicialmente vazio e que ser preenchido com gs nitrognio. Durante o preenchimento, o fluxo de gs que entra no tanque medido pela posio da esfera slida preta do fluxmetro, como ilustra a figura abaixo. A escala do fluxmetro dada em litros/minuto. A medida do fluxo de nitrognio e sua densidade 𝑑 = 1,0 kg/m3 permaneceram constantes durante todo o processo de preenchimento, que durou um intervalo de tempo ∆𝑡 = 12 h. Aps este intervalo de tempo, a vlvula do tanque fechada com certa quantidade de gs nitrognio em repouso no seu interior. Calcule a presso exercida pelo gs na base do tanque. Caso necessrio, use 𝑔 = 10 m/s2 .

(UNICAMP - 2016 - 2 fase - Questo 10) O Parque Gell em Barcelona um dos mais impressionantes parques pblicos do mundo e representa uma das obras mais marcantes do arquiteto Antoni Gaud. Em sua obra, Gaud utilizou um nmero imenso de azulejos coloridos. a) Considere que, no Parque Gell, existe um nmero 𝑁 = 2 106 de azulejos cujas faces esto perfeitamente perpendiculares direo da radiao solar quando o sol est a pino na cidade de Barcelona. Nessa situao, a intensidade da radiao solar no local 𝐼 = 1200 W/m2 . Estime a rea de um azulejo tipicamente presente em casas e, a partir da rea total dos 𝑁 azulejos, calcule a energia solar que incide sobre esses azulejos durante um tempo 𝑡 = 60 s. b) Uma das esculturas mais emblemticas do parque Gell tem a forma de um rptil multicolorido conhecido como El Drac, que se converteu em um dos smbolos da cidade de Barcelona. Considere que a escultura absorva, em um dia ensolarado, uma quantidade de calor 𝑄 = 3500 kJ. Considerando que a massa da escultura 𝑚 = 500 kg e seu calor especfico 𝑐 = 700 J/(kg.K), calcule a variao de temperatura sofrida pela escultura, desprezando as perdas de calor para o ambiente.

(UNICAMP - 2016 - 1 FASE)Beisebol um esporte que envolve o arremesso, com a mo, de uma bola de 140 g de massa na direo de outro jogador que ir rebat-la com um taco slido. Considere que, em um arremesso, o mdulo da velocidade da bola chegou a 162 km / h, imediatamente aps deixar a mo do arremessador. Sabendo que o tempo de contato entre a bola e a mo do jogador foi de 0,07 s, o mdulo da fora mdia aplicada na bola foi de

(UNICAMP - 2016 - 2 fase - Questo 11) Um estudo publicado em 2014 na renomada revista cientfica Physical Review Letters (http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.175502) descreve como a antiga civilizao egpcia reduzia o atrito entre a areia e os trens que levavam pedras de at algumas toneladas para o local de construo das pirmides. O artigo demonstrou que a areia na frente do tren era molhada com a quantidade certa de gua para que ficasse mais rgida, diminuindo a fora necessria para puxar o tren. Caso necessrio, use 𝑔 = 10 m/s2 para resolver as questes abaixo. a) Considere que, no experimento realizado pelo estudo citado acima, um bloco de massa 𝑚 = 2 kg foi colocado sobre uma superfcie de areia mida e puxado por uma mola de massa desprezvel e constante elstica 𝑘 = 840 N/m, com velocidade constante, como indica a figura ao lado. Se a mola em repouso tinha comprimento 𝑙𝑟𝑒𝑝𝑜𝑢𝑠𝑜 = 0,10 m, qual o coeficiente de atrito dinmico entre o bloco e a areia? b) Neste experimento, o menor valor de coeficiente de atrito entre a areia e o tren obtido com a quantidade de gua que torna a areia rgida ao cisalhamento. Esta rigidez pode ser caracterizada pelo seu mdulo de cisalhamento, dado por 𝐺 = 𝐹𝑙𝐴∆𝑥, em que 𝐹 o mdulo da fora aplicada tangencialmente a uma superfcie de rea 𝐴 de um material de espessura 𝑙, e que a deforma por uma distncia ∆𝑥, como indica a figura ao lado. Considere que a figura representa o experimento realizado para medir 𝐺 da areia e tambm o coeficiente de atrito dinmico entre a areia e o bloco, ambos em funo da quantidade de gua na areia. O resultado do experimento mostrado no grfico apresentado no espao de resoluo abaixo. Com base no experimento descrito, qual o valor da razo 𝑙∆𝑥 da medida que resultou no menor coeficiente de atrito dinmico?