a) 1 b) 01. Os lados a, b e c de um triângulo estão em PA nesta ordem, sendo opostos aos ângulos internos Determine o valor da expressão: Â, B̂ e Ĉ respectivamente. e ae b d) a - b c) e (a b ) e) Solução: 0 x, y 1 a) 2 b) 2 log x y log y x e a 1 1 b 1 e 1 log x log xy y c) 2 2 d) 3 e) 4 Solução Sabendo que o triângulo retângulo 3, 4 e 5 possuem os lados em PA. B 5K 3K A . O sistema proposto pode ser reescrito da seguinte forma: log x e log y x a y e log y x b log y x Somando as duas equações, temos: 2 ab logy x logy x 4K A C cos A 45 cos 2 2 AC A cos cos 45 2 2 A a cos 45 sen sen45 2 2 A a cos cos 45 sen cos 45 2 2 A a cos sen 2 2 A a cos sen 2 2 cos 2 e logy x a b logy x A 1 cos A 1 0,8 0,1 2 2 2 x a b 2e 0,9 0,1 y a b 2 1 2 0,09 1 20,3 1,6 2 0,8 0,8 0,8 ALTERNATIVA B 02. Sejam x e y números reais não nulos tais que: II a2 b2 2 2e sen 0,9 ab 2e Das equações (I) e (II), temos: ab 2 2e ab A 1 cos A 1 0,8 0,9 2 2 2 0,9 0,1 0,9 2 0,9 0,1 0,1 0,9 0,1 0,1 0,9 0,1 I Subtraindo as duas equações, temos: cos 2 ab Calculando o valor da expressão, temos: a b 2e a b 2e y a b 2 y a 2 b 2 a b y 2e y a b 2 y a 2 b 2 2 2e 2 2 y y0 1 ALTERNATIVA A 03. A função f: ℜ→ℜ é definida por: f(x) = ln 8 3 sen x sen 3 x 8 4 sen x 2 sen 2x cos x Marque a opção verdadeira: O valor de x a b 2e y a b 2 é: GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA a) f não tem raízes reais b) f é uma função ímpar c) f é uma função par d) |f(x)| ≤ 1 e) f é sobrejetora 1 Solução: f(x) = ln 8 3 sen x sen 3 x 8 4 sen x 2 sen 2x cos x Solução: 2 x 1x 5 y 2 x 5 5 5 Considere as funções: Seja: y = 3 sen x – sen 3x é fácil ver que -y = -4 sen x + 2 sen 2x cos x , pois y = 3 sen x – sen (2x + x) y = 3 sen x – [sen 2x cos x – sen x cos (2x)] 2 y 2 2 y = 3 sen x – sen 2x cos x – sen x ( cos x - sen x ) 2 y = 3 sen x – sen 2x cos x – sen x ( 2 cos x - 1 ) f (x) 2 x 5 5 x 5 2 y = 4 sen x – sen 2x cos x – 2 sen x cos x y = 4 sen x – sen 2x cos x – sen 2x cos x y = 4 sen x – 2 sen 2x cos x Logo: - y = - 4 sen x + 2 sen 2x cos x Daí fazendo g(x) = y é ímpar 8 g( x ) f(x) = ln 8 g( x ) 8 g( x ) f(-x) = ln 8 g( x ) 8 g( x ) = -ln = ln 8 g( x ) = - f (x) ALTERNATIVA B e y g( x ) 2 x 1x 5 5 1 A região procurada é: y primeiro termo, a razão e o número de termos formam, nessa ordem, outra progressão aritmética de razão 1. Determine a razão da primeira progressão aritmética. a) 7 b) 8 c) 9 d) 10 e) 11 r=? PA razão 1 a an S 1 n 244 2 a a1 h 1 r S 1 n 2 2 5 1 x Os valores máximo e mínimo de y são: 8 y máx 2 e y min y v g( 3) 5 Daí , 16 y máx y min 3,2 5 ALTERNATIVA A 06. Qual o resto da divisão do polinômio x26 - x25 - 6x24 + 5x4 - 2a hr r S 1 n, mas r a1 1 a 1 r 1 2 n r 1 16x3 + 3x2 pelo polinômio x3 - 3x2 - x + 3 ? a) x2 + x - 2 b) 6x2 – 4x + 3 c) 3x - 9 d) 6x2 – 17x - 3 e) 6x + 1 2r 2 r 2 r r r 1 244 S 2 Solução: f(x) = x26 – x25 – 6x24 + 5x4 – 16x3 + 3x2 g(x) = x3 – 3x2 – x + 3 = x2 (x - 3)(x - 3) g(x) = (x - 3)(x2 - 1) = (x - 1)(x + 1)(x - 3) 2r 1 r 1 r r S r 1 244 2 r 2r 2 r 1 488 V + 2r2 – 2r +r2 +2r – 2 = 488 V3 + 3r2 = 490 r2 (r + 3) = 490 2 x 8 g( x ) 8 g( x ) 04. A soma dos termos de uma progressão aritmética é 244. O Solução: S = 244 a1, r, n 5 3 mas 490 2 5 72 r=7 ALTERNATIVA A 05. Determine o produto dos valores máximo e mínimo de y que satisfazem às inequações dadas para algum valor de x. 2x2 − 12x + 10 ≤ 5 y ≤ 10 − 2x a) –3,2 b) –1,6 c) 0 d) 1,6 e) 3,2 GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA Fazendo a divisão, temos: f ( x ) g(x) r( x ) q(x) ; gr(r( x )) 2 f(x) = g(x) q(x) + r(x) Daí, r(1) = f(1) = 1 – 1 – 6 + 5 – 16 + 3 = -14 r(-1) = f(-1) = 1 + 1 – 6 + 5 + 16 + 3 = 20 r(3) = f(3) = 324(32 – 3 – 6) + 32(5 32 – 16 3 + 3) = 0 + 9(45 – 48 + 3) = 0 Como todos os membros são múltiplos de x – 3: 2 09. Dada a matriz A, a soma do módulo dos valores de x que tornam f (x) g( x ) r( x ) q( x ) x3 x3 x3 Seja , o determinante da matriz A nulo é: r( x ) ax b x3 a) 7 b) 8 c) 9 d) 10 e) 11 Fazendo x = 1, temos: 14 r(1) a b 2 1 3 5 a b Solução: Daí, 2b = 2 b = 1 2a = 12 a = 6 r( x ) 6x 1 x3 r(x) = (x - 3)(6x + 1) = 6x2 – 17x - 3 ALTERNATIVA D A 1 x2 1 x 1 2x 3 4x 1 2x 2 07. Quantos restos diferentes são possíveis da divisão de n2 por 11, sendo n um número natural? a) 3 b) 4 c) 5 d) 6 e) 7 2x 0 0 1 x 1 2 x4 0 0 1 1 x2 x 1 2 0 0 1 x2 24 x 1 x 2x 14 x 0 4 x 2 x 2x 1 0 Solução: O número n pode ser expresso das seguintes formas? N = 11k, 11k 1, 11 k 2, 11 k 3, 11 k 4, 11 k 5 Onde k |N Segue que os possíveis restos de n2 por 11 são 0, 1, 4, 9, 5, e 3, respectivamente logo na divisão de n2 por 11 são possíveis 6 restos. ALTERNATIVA D 08. O número de soluções da equação cos(8x) = sen(2x) + tg2(x) + cotg2(x) no intervalo [ 0, 2π ) é: a) 0 b) 1 c) 2 d) 4 e) 8 4 x 2 x 2 3x 2 0 4 x x 2 3x 0 x 0 x4 x x 3 0 x4 x3 Soma 0 + 4 + 3 = 7 ALTERNATIVA A 10. Sejam r a circunferência que passa pelos pontos (6,7), (4,1) e (8,5) e t a reta tangente à r, que passa por (0,-1) e o ponto de tangência tem ordenada 5. A menor distância do ponto P (-1,4) à reta t é: a) 3 2 b) 4 c) 2 3 d) 3 e) 4 Solução 10 5 Solução: Cos 8x sen2x tg2 x cot g2 x Cos 8x 2 sen2x tg2 x 1 cot g2 x 1 B(6,7) d1 22 22 Cos 8x 2 sen(2x ) sec 2 x cos sec 2 x Cos 8x 2 sen(2x) Cos 8x 2 sen(2x ) Cos 8 x 2 sen(2x ) 1 2 d1 8 1 2 cos x sen x 1 sen2x cos2 x 4 C(8,5) d3 22 6 2 d3 40 sen2 (2x ) Note sen (2x) [0, 1] Se sen2 (2x) <1 2º membro maior que 3 absurdo! 2 d2 4 2 4 2 d2 32 A( 4,1) Logo, sen2 2x = 1 não tem solução 3 7 sen2 2x 1 sen2x 1 x ou x 4 4 k 3 5 7 cos 8 x 1 x x , , , 4 4 4 4 4 Logo x= x 3 ou x 7 2 soluções 4 ALTERNATIVA C 4 GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA Observa-se que o triângulo é retângulo logo o centro da circunferência é o ponto médio da hipotenusa AB dado por (5, 4) e o raio a distância OB = OA. OC (5 6)2 ( 4 7)2 10 ( x 5)2 ( y 4)2 10 * é a circunferência reta t para par (0, 1) y 1 m( x 0) y mx 1 * * 3 Ordenada do ponto de tangência vale 5 (x - 5)2 + (5 - 4)2 = 10 (x - 5)2 = 10 – 1 = 9 (x - 5)2 = ±3 x = 8 ou x = 2 (**) 5 = m 8 – 1 8m = 6 m = 3/4 ou 5 = m 2 – 1 2m = 6 m = 3 (*) 4 ( 3) 23 5 8 2 1 ( 3) 2 2 10 10 10 Vencedor 0,8 0,1 Não Vencedor 0 0,02 Vencedor NÃO FAVORITO 0,98 Não Vencedor , Probabilidade de Bayes P(F) P(Vencedor) P(F) P(Vencedor) P(NF) P(Vencedor) 0,8 0,9 P(F / Vencedor) 0,8 0,9 0,2 0,02 0,72 P(F / Vencedor) 0,72 0,004 180 P(F / Vencedor) 181 P (F / Vencedor) à reta s: y 3x 1 0 4 3( 1) 1 0,9 FAVORITO 0,2 Distância do ponto P(-1, 4) a: à reta r: 4y 3x 4 0 2 Solução: X As retas são: 3x (r ) y 1 ou (s) y 3x 1 4 4 4 3( 1) 4 e) 170/181 8 10 10 ALTERNATIVA C 4 10 5 ALTERNATIVA E 13. Seja um trapézio retângulo de bases a e b com diagonais 11. O lugar geométrico no plano complexo de w = z + 1/z, sendo z ab b) 2 perpendiculares. Determine a área do trapézio. ab a) 2 número complexo tal que |z| = k e k > 1, é um(a): a) segmento de reta b) circunferência c) hipérbole d) elipse e) parábola Solução: z x yi w x yi w x yi 1 x yi x 2 b y 2 1 w 1 2 4 k k x a-b a 2 1 2 x 1 2 4 k k 2 y (k 2k 1)x (k 2k 1)y 4 2 (k 2 1)2 x 2 (k 2 1)2 y 2 4 k w 2 2 2 y2 4 k w 2 c x a b c 2 c 2 b2 2ab a2 a2 b2 2 c (b a)2 x 2 2 2 4 c c 4 x2 ab 2 a b 2 x2 y2 1 1 x 1 yi w 1 k2 k2 k w 2a b d) ab 2 Solução: x yi i k k2 x y y w x i 2 k k2 k w ab c) ab 2 e) w ( x yi) 2 4 2 2 2 2 2c 2 2ab 2 1 (k 2 1)2 (k 2 1)2 ALTERNATIVA D 12. O time de futebol “X” irá participar de um campeonato no qual não são permitidos empates. Em 80% dos jogos, “X” é o favorito. A probabilidade de “X” ser o vencedor do jogo quando ele é o favorito é 0,9. Quando “X” não é o favorito, a probabilidade de ele ser o vencedor é 0,02. Em um determinado jogo de “X” contra “Y”, o time “X” foi o vencedor. Qual a probabilidade de “X” ter sido o favorito nesse jogo? a) 0,80 b) 0,98 c) 180/181 d) 179/181 GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA c ab Logo, (a b) ab 2 ALTERNATIVA C A 14. Em um prisma oblíquo ABCDEFA’B’C’D’E’F’, cuja base ABCDEF é um hexágono regular de lado a, a face lateral EFF’E’ está inclinada 45° em relação à base, e a projeção ortogonal da aresta F’E’ sobre a base ABCDEF coincide com a aresta BC. O volume do prisma é: 3 3 3 a 2 9 b) a 3 4 a) c) 5 3 3 a 3 4 Solução: 9 3 a 2 5 e) a 3 2 d) A M 3 h 4 N Solução: E’ a D’ B F’ O C’ h 4 D Q D A’ h E 45° F P B’ C C A a a A B h 2 F O M a x x h 2 N 120° A Q a P B Mas h = x x 2 a 2 a 2 2 a a cos 120 x 2a 2a ( cos 60 ) 2 2 2 x 2 2a 2 2a 2 1 3a 2 2 Tetraedro AMNO é semelhante ao tetraedro ABCD. Logo, h 2 x x a h a 2 4 xa 3 h Volume do prisma: Sbase h a2 3 6a 3 4 3a3 6 9a3 4 2 ALTERNATIVA D volume ZYWT é o corte na altura h/4 a partir da base que é metade da altura do plano MNO. O M N Z Q Y T W 15. Seja um tetraedro regular ABCD de aresta a e um octaedro inscrito no tetraedro, com seus vértices posicionados nos pontos médios das arestas do tetraedro. Obtenha a área da seção do octaedro formada pelo plano horizontal paralelo à base do tetraedro BCD, distando desta base de um quarto da altura do tetraedro. a) 3 2 a 192 b) 3 2 a 96 c) 3 3 2 a 32 d) 3 3 2 a 64 9 3 2 a e) 64 GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA P Assim a proporção é 1 : 2 a MN a Logo , ZY 2 2 2 4 Como o plano ZYWT corta um hexágono regular 2 a 6 6 2 3 4 S 4 4 S 3 6a 2 3 64 3 3 2 a 32 ALTERNATIVA C S 5 17. 16. Um corpo puntiforme de massa mA parte de ponto A, percorrendo a rampa circular representada na figura acima, sem atrito, colide com outro corpo puntiforme de massa mB, que se encontrava inicialmente em repouso no ponto B. Sabendo que este choque é perfeitamente inelástico e que o corpo resultante deste choque atinge o ponto C , ponto mais alto da rampa, com a menor velocidade possível mantendo o contato com a rampa, a velocidade inicial do corpo no ponto A, em m/s, é Dados: • • • • A figura acima mostra uma onda transversal na forma de um pulso ondulatório em uma corda esticada. A onda está se propagando no sentido positivo do eixo x com velocidade igual a 0,5 m/s. Se o deslocamento y, em metros, para uma coordenada x, em metros, no instante t = 0 é dado por 1 y(x) = 2 x 4 o deslocamento y, em centímetros, para x = 3 metros e t = 2 segundos é a) 5,50 b) 6,25 c) 8,50 d) 12,50 e) 15,25 raio da rampa circular: 2m; aceleração da gravidade g: 10m/s2; massa mA: 1kg; massa mB: 1kg. Solução: Para um instante t, a onda se desloca de v · t no sentido positivo de x. Façamos a troca x (x – vt). 1 Logo, y(x, t) a) 10 b) 20 (x vt)2 4 Substituindo x 3m, v 0,5m/ s; t 2s c) 4 15 y(3,2) d) 10 5 1 (3 0,5 x 2)2 4 0,125m y(3,2) 12,5cm ALTERNATIVA D e) 8 5 18. Solução: De “B” para “C” Mtotal VB2 2 Mtotal g (2R) 2 Mtotal VC 2 2 VB2 80 VC (S.I.) No ponto “C” 0 Mtotal g FN 2 Mtotal VC R 10 2 VC 2 2 VC 20 (S.I.) VB2 100 VB 10m / s Colisão em “B” MA VA (MA MB ) VB VA 20m / s De “A” para “B” MA VA2 0 2 MgR MA VA2 Uma chapa rígida e homogênea encontra-se em equilíbrio. Com base nas dimensões apresentadas na figura, o valor da razão x/a é a) 10,5975 b) 11,5975 c) 12,4025 d) 12,5975 e) 13,5975 0 2 VA2 40 400 0 VA 6 10 m / s 0 ALTERNATIVA O problema não possui solução!! GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 6 Solução: Solução: Mudando um pouco a geometria do circuito, vem: 10 2 5 O 5V 15 10V 5 3 4 y Os corpos 1, 2 e 4 já possuem o centro de massa na linha do ponto de apoio. M5 K 5a 4a K 20 a; X5 4a M3 K 2a ( X 3,5975 a); X3 5a 5 Yc.m. 0 M5 Y5 M3 Y3 X 11,5975 M3 M5 a ALTERNATIVA B Calculando o equivalente Millman do circuito, vem: 1 1 1 1 11 30 Re q Req 10 15 5 30 11 19. Também: Eeq E1 E2 Eeq 11 Eeq 115 E 15 5 10 3 30 Req R1 R2 R3 10 15 5 30 30 11 Eeq 115 Volts 11 Assim o circuito fica do seguinte modo: 11 V 30 11 A B i A figura acima mostra um circuito elétrico composto por resistências e fontes de tensão. Diante do exposto, a potência dissipada, em W, no resistor de 10 Ω do circuito é a) 3,42 b) 6,78 c) 9,61 d) 12,05 e) 22,35 5 Assim 115 11 23 i 30 r R eq 17 5 11 23 i A 17 A diferença de potencial entre aos pontos A e B, vale: 23 115 UAB R i 5 UAB Volts 17 17 A corrente que passa pelo resistor de 10Ω, vale: 115 14 U AB E r i ' 15 10 i ' i ' A 17 17 Por fim E eq 2 1960 14 Pot r i '2 10 W 289 17 Pot 6,78 W ALTERNATIVA B GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 7 21. Uma partícula eletricamente carregada está presa a um carrinho 20. que se move com velocidade de módulo constante por uma trajetória no plano XY definida pela parábola y = x2 - 9x + 3 Sabe-se que, em XY, um campo magnético uniforme paralelo ao vetor (3B, B) provoca força sobre a partícula. O ponto onde a partícula é submetida ao maior módulo de força magnética é E a) (–6, b) (–3, c) ( 1, d) ( 2, e) ( 3, m q A figura acima apresenta um pêndulo simples constituído por um corpo de massa 4 g e carga + 50 μC e um fio inextensível de 1 m. Esse sistema se encontra sob a ação de um campo elétrico E de 128 kN/C, indicado na figura. Considerando que o pêndulo oscile com amplitude pequena e que o campo gravitacional seja desprezível, o período de oscilação, em segundos, é π a) 20 π b) 10 π c) 5 2π d) 5 4π e) 5 93) 39) –5) –2) –15) Solução: A força magnética sobre a partícula é máxima quando os vetores velocidade V e campo magnético B são perpendiculares. A velocidade da partícula é sempre tangente a trajetória. E portanto a sua inclinação será dada pela derivada da função apresentada. Assim dy 2x 9 dx Sendo o campo magnético paralelo ao vetor (3, 1), podemos dizer que o vetor (-1, 3) é perpendicular ao campo, pois o produto escalar entre eles é nulo. A inclinação do vetor (-1, 3) é dada por: 3 tan 3 1 Desse modo: dy tan 3 2 x 9 dx 2x 6 x3 y x 2 9x 3 E também: y 32 9 3 3 Solução: y 9 27 3 y 15 E o ponto no qual a força magnética é máxima será (3, -15) ALTERNATIVA E 22. θ T qE Para θ 5º , T 2π ay Mas, na vertical vem : qE m a y ay qE 50 10 6 x 128 103 16 10 2 m/ s2 m 4 10 3 T 2π 1 16 10 2 π s 20 ALTERNATIVA A GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA Duas fontes puntiformes idênticas estão localizadas nos pontos A e B. As fontes emitem ondas coerentes e em fase entre si. Se a distância d entre as fontes é igual a um múltiplo inteiro positivo N do comprimento de onda, o número de máximos de interferência que podem ser observados no eixo x à direita do ponto B é a) N -1 b) N c) 2N-1 d) 2N e) infinitos 8 Solução: A diferença de caminho ∆x entre as ondas emitidas em A e B varia de acordo com 0 < ∆x < d = Nλ para pontos à direita de B e sobre o eixo. Para interferência construtiva, vem que ∆x = mλ, com m N+. Logo, 0 < mλ < Nλ 0 < m < N. Há, portanto, N – 1 soluções. y 24. A xA d xB B P x ALTERNATIVA A 23. Um varal de roupas é constituído por um fio de comprimento 10,0 m e massa 2,5 kg, suspenso nas extremidades por duas hastes uniformes de 200 N de peso, com articulação nas bases, inclinadas de 45° em relação às bases e de iguais comprimentos. Um vento forte faz com que o fio vibre com pequena amplitude em seu quinto harmônico, sem alterar a posição das hastes. A frequência, em Hz, neste fio é: Observação: a vibração no fio não provoca vibração nas hastes. a) 3 b) 5 c) 10 d) 20 e) 80 Solução: A figura acima mostra um conjunto massa-mola conectado a uma roldana por meio de um cabo. Na extremidade do cabo há um recipiente na forma de um tronco de cone de 10 cm x 20 cm x 30 cm de dimensões (diâmetro da base superior x diâmetro da base inferior x altura) e com peso desprezível. O cabo é inextensível e também tem peso desprezível. Não há atrito entre o cabo e a roldana. No estado inicial, o carro encontra-se em uma posição tal que o alongamento na mola é nulo e o cabo não se encontra tracionado. A partir de um instante, o recipiente começa a ser completado lentamente com um fluido com massa específica de 3000 kg/m3. Sabendo que o coeficiente de rigidez da mola é 3300 N/m e a aceleração da gravidade é 10 m/s2, o alongamento da mola no instante em que o recipiente se encontrar totalmente cheio, em cm, é igual a a) 0,5 b) 1,5 c) 5,0 d) 10,0 e) 15,0 Solução Recipiente: T 200N h 2d d Torque total nulo: T 2d = 200 d T = 100N No fio : Vonda H 30cm EIXO 5cm r R 10cm Por semelhança de triângulos: h h 30cm h 30cm 5 10 T 100 20m / s 2,5 10 53 HARMÔNICO 2 10 4m 2 5 V 20 V f f 5HZ 4 ALTERNATIVA B L5 GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA R 2 H r 2 h 100 60 25 30 1750 cm3 3 3 3 Massa Vol. 1750 3 5250 g 5,25Kg No equilíbrio: Peso Felástica Volume 5,25 10 3300 X X 0,05m 5,0cm ALTERNATIVA C 9 25. a) b) c) d) e) A figura acima mostra um sistema posicionado no vácuo formado por um recipiente contendo um gás ideal de massa molecular M e calor específico c em duas situações distintas. Esse recipiente é fechado por um êmbolo preso a uma mola de constante elástica k, ambos de massa desprezível. Inicialmente (Situação 1), o sistema encontra-se em uma temperatura T0, o êmbolo está a uma altura h0 em relação à base do recipiente e a mola comprimida de x0 em relação ao seu comprimento relaxado. Se uma quantidade de calor Q for fornecida ao gás (Situação 2), fazendo com que o êmbolo se desloque para uma altura h e a mola passe a estar comprimida de x, a grandeza que varia linearmente com Qé a) x + h b) x - h c) (x + h)2 d) (x - h)2 e) xh Solução: Da equação de estado do gás em 1 e 2, vem: P0 V0 P V T0 T 3 4π 3 4π 3π 4 π π3 4 3π 4 4 4π Solução: A C.M. 4a 3π y D B C Por simetria, cada metade possui y C.M. 4a 3π Mas , P0 V0 kx 0h0 e PV k x h. xh x0h0 kx 0h0 k x h k xh x 0h0 T T0 T0 T T x 0h0 Mas Q m c T Q m cT0 xh x0h0 x 0h0 m c T0 Q xh mcT 0 x 0h0 y CM 4a 3π 4a 3π x CM Ainda por simetris, xC.M. = yC.M. x C.M. 4a 3π ALTERNATIVA E 26. Na nova situação: A E y CM CM x A figura acima representa uma lâmina de espessura e densidade constantes na forma de um semicírculo de raio a. A lâmina está suspensa por um fio no ponto A e o seu centro de massa está a uma 4a distância de da reta que contém o segmento DB. Uma das 3π metades da lâmina é retirada após um corte feito ao longo do segmento AC. Para a metade que permanece suspensa pelo ponto A nessa nova situação de equilíbrio, a tangente do ângulo que a direção do segmento de reta AC passa a fazer com a vertical é GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA CM 3π a 4a 3π x CM 4 a 3 π tg() AE 3 π a 3π 4a 4 3π 4a AE a y CM ALTERNATIVA D 10 Decompondo o campo magnético dado no sistema de coordenadas a seguir, temos 27. i x Bx î y B B y ĵ Somente a componente (Bx î) dá origem a uma força magnética relevante ao equilíbrio dinâmico do sistema na direção vertical. Assim, o diagrama de forças que atuam na barra será dado a seguir: E fm A Figura 1 apresenta um sistema composto por um trilho fixo em U e uma barra móvel que se desloca na vertival com velocidade v suspensa por um balão de massa desprezível. O trilho e a barra são condutores elétricos e parmenecem sempre em contato sem atrito. Este conjunto está em uma região sujeita a uma densidade de fluxo magnético B que forma com a horizontal uma ângulo θ, como ilustrado na Figura 2. Diante do exposto, o valor da corrente induzida no sistema, em ampères, no estado estacionário é: Dados: mg Onde E força de empuxo fm força magnética devida à componente Bx. • massa da barra: 1 kg; • aceleração da gravidade g: 10 m/s2; • ângulo θ entre a horizontal e o vetor B: 60º; • massa específica do ar: 1,2 kg/m3; • volume constante do balão: 0,5 m3; • comprimento da barra entre os trilhos: 0,2 m; • densidade de fluxo magnético B: 4 T. Como a velocidade de descida da barra é constante, vem: E + fm = mg pgv 0 B x i sen90º mg pgv 0 B cos 60º i mg Observação: 28. • despreze a massa do balão com o hélio e o atrito entre a barra e os 1,2 10 0,5 4 0,5 i 0,2 1 10 6 0,4 i 10 0,4 i 4 i 10 A ALTERNATIVA B trilhos. a) 5,7 b) 10,0 c) 23,0 d) 30,0 e) 40,0 Solução: A descida da barra leva a uma diminuição do fluxo magnético no circuito composto pela barra e o trilho fixo em U. Pela Lei de Lenz, temos uma corrente no sentido anti-horário. Confira: i i i i Em um laboratório localizado em um planeta desconhecido, um grupo de pesquisadores observa o deslizamento de um bloco em um plano inclinado. Nota-se que o bloco parte do repouso e atinge o final da rampa em 10 segundos e com velocidade de 4 m/s. Neste mesmo ambiente, encontra-se instalado um manômetro do tipo “tubo em U” que tem por objetivo medir o diferencial de pressão entre dois reservatórios que se localizam em cada ponta do tubo. Sabe-se que o fluido manométrico é feito através da mistura da mesma quantidade em massa de dois óleos miscíveis distintos. Levando em conta os dados abaixo, pode-se afirmar que o coeficiente de atrito (dinâmico) entre o bloco e o plano inclinado na situação física descrita é: • altura máxima do plano em relação à horizontal: 6 m; • comprimento da rampa: 10 m; • diferença entre as pressões nos reservatórios: 0,18 kPa; • cota de desnível do fluido manométrico: 30 cm; • massas específicas dos óleos: 0,3 g/cm3, 0,9 g/cm3. GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 11 Observação: • considere que a massa, em kg, da mistura dos óleos é igual a soma das massas, em kg, das massas de cada óleo. a) 0,25 b) 0,45 c) 0,50 d) 0,70 e) 0,75 Solução: m 2m 2m 0,9 dmistura = t 0,45g / cm3 m m 4m vt 2 0,3 0,9 0,9 por água através de um dispositivo. Sabe-se que, imediatamente após o carregamento do capacitor, a chave Cha se abrirá e a chave Chb se fechará, fazendo com que o capacitor alimente o eletroímã, de modo que este acione um dispositivo que interromperá o fluxo de água para o balde. O valor do capacitor para que o sistema balde e bloco fique em equilíbrio e a energia dissipada no fio a partir do momento em que o capacitor esteja completamente carregado até o vigésimo segundo são, respectivamente Dados: • U = 100 V; • resistência total do fio: 32 kΩ; • fluxo de água: 200 ml/s; massa específica da água = 1 g/cm3; massa do bloco: 0,8 kg. dmistura = 450kg/m 3 • • 0,18 103 450 g 0,3 180 600 4 g m/ s 2 0,3 450 450 3 Do movimento do corpo no plano inclinado: Observações • despreze a massa do balde; • considere o capacitor carregado em um tempo correspondente P d g h 0 N a cinco vezes a constante de tempo FAT a) 6 µF e 10 J b) 8 µF e 10 J c) 8 µF e 20 J d) 10 µF e 10 J e) 10 µF e 20 J P x y sen = 0,6 cos = 0,8 Px = P · sen Py = P · cos No eixo y: N = Py FRx = m · aRx = Px - FAT m · aRx = m · g · sen - · m · g · cos aRX = g · sen - · g · cos (I) Da cinemática do movimento: VFX = VOX + aRX · t 4 = aRX · 10 aRX = 0,4m/s2 (II) (II) (I): 0,4 = g · sen - · g · cos 0,4 Solução: O circuito inicial pode ser apresentado como segue: 100V 8k 8k 4 4 0,6 0,8 μ 3 3 C 4 0,8 μ 0,8 0,4 0,4 3 0,4 3 3 μ 0,8 4 8 SEM ALTERNATIVA 29. A 8k 8k B 97k Vamos agora estabelecer o equivalente Thévenin desse circuito entre os pontos A e B. Assim a resistência Thévenin será dada por: B B 8k 8k A C 8k 8k B B 8k C 8k 8k 8k B A figura acima apresenta um circuito elétrico e um sistema de balança. O circuito é composto por uma Fonte em U, cinco resistores, um capacitor, um quadrado formado por um fio homogêneo, duas chaves e um eletroímã interligados por fios de resistência desprezível. O sistema de balança é composto por um bloco e um balde de massa desprezível que está sendo preenchido GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 8k 12 8k t 5RC 4 5 100103 C C 0,8 105 C 8F 4kW Agora vamos determinar a energia dissipada no fio desde o momento no qual o capacitor está completamente carregado ( t1 4s ) até B 4k A t 2 20 s O circuito nesse caso se reduz ao esquema a seguir: B 8kW 4k A E a energia dissipada num intervalo de tempo t 20 4 16s , será dada por: B Então: R Th 3k A força eletromotriz Thévenin, devido ao arranjo em ponte de Wheatstone dos fios, será dada por: U 100 ET h 50 2 2 E ele Pot t U2 100 2 t E ele 16 20J R 8 10 3 ALTERNATIVA C 30. E Th 50 Volts Então o circuito original se reduz ao circuito a seguir: B C 3kW Um capacitor de placas paralelas carregado gera um campo elétrico constante em seu interior. Num instante inicial, uma partícula de massa m e carga +Q, localizada no interior do capacitor, é liberada com velocidade nula. Neste mesmo instante, o capacitor começa a girar com velocidade angular constante ω em torno do eixo z. Enquanto estiver no interior do capacitor e antes de colidir com uma das placas, a trajetória da carga será uma Observação: 97k A C • desconsidere as ações dos campos magnético e gravitacional. 100k Vamos agora determinar o tempo no qual o sistema balde e bloco fica em equilíbrio. Temos uma balança de braços quais e por isso: Mbloco Mágua Vol a) superposição de um movimento circular uniforme com um movimento uniforme no eixo Y. b) superposição de um movimento circular uniforme com um movimento uniforme no eixo X. c) elipse, não se constituindo uma circunferência. d) circunferência. e) parábola. Solução: Em um instante t, vem: 0,8 Vol 103 Vol 8 104 m3 wt Z 4 3 Vol Vol 8 10 10 litros t 4 t t 200 10 3 litros / s ŷ qE x̂ t 4s O problema nos informa que o tempo de carga do capacitor será o tempo no qual o sistema balde o bloco fica em equilíbrio. E também que esse tempo corresponde a 5 vezes a constante de tempo RC, assim: GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 13 Aplicando a 2ª Lei de Newton, vem : qE qE cos(wt) m a x a x cos(wt) m qE qEsen(wt) m a y a y sen(wt) m Por ana log ia ao Movimento Harmônico Simples, vem : qE sen (wt) C1 mw qE v y (t) cos (wt) C2 mw Para t 0 v x 0 C1 0 v x (t) qE mw Logo, as componente s de velocidade da c arg a são : Para t 0 v y 0 C2 v x (t) qE sen (wt) mw O ÉSTER O ALTERNATIVA D 32. Um volume V1 de uma solução aquosa de HCℓ 6 mol/L contém +3 inicialmente uma massa m0 de íons Fe . São realizadas n extrações utilizando, em cada uma delas, o mesmo volume V2 de éter etílico, o qual é um solvente seletivo para FeCℓ3. Sabendo que o coeficiente de partição do ferro entre o éter e a solução aquosa de HCℓ vale K, qual +3 das expressões abaixo é equivalente à massa de íons Fe remanescente na fase aquosa ao final do processo? Suponha que a extração do soluto não altera o volume da solução de HCℓ. n 6KV1 a) m0 KV2 V1 Componente s de um movimento circular e uniforme. n qE qE v y (t) cos (wt) mw mw KV1 b) m0 V2 KV1 Movimento uniforme em y. 6KV1 c) m0 V2 V1 n A trajetória da carga é, portanto, dada pela composição de um movimento circular e uniforme com um movimento retilíneo e uniforme no eixo y. ALTERNATIVA A n V1 d) m0 V2 6KV1 n V1 e) m0 KV 2 V1 31. A eritromicina é uma substância antibacteriana do grupo dos macrolídeos muito utilizada no tratamento de diversas infecções. Dada a estrutura da eritromicina abaixo, assinale a alternativa que corresponde às funções orgânicas presentes. Solução: Por definição mi (ÉTER) V2 K mi (ÁGUA ) V1 Onde mi é a massa de Fe3+ que resta após a extração i. Considere 02 extrações: 1ª m1 (ÉTER) V V2 K m1 (ÁGUA ) 1 m1 (ÉTER) KV2 m1 (ÁGUA ) V1 V m1 (ÁGUA ) 1 m0 m1 (ÁGUA ) KV2 a) Álcool, nitrila, amida, ácido carboxílico. b) Álcool, cetona, éter, aldeído, amina. c) Amina, éter, éster, ácido carboxílico, álcool. d) Éter, éster, cetona, amina, álcool. e) Aldeído, éster, cetona, amida, éter. V V m1 (ÁGUA ) 1 1 1 m0 KV KV 2 2 V1 KV2 m1 (ÁGUA ) m0 V 1 1 KV 2 Solução: Podemos observar na estrutura os grupos funcionais: OH ÁLCOOL O CENTONA N AMINA GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 14 2ª 34. Considere os compostos abaixo enumerados. m2 (ÉTER) V2 K m2 (ÁGUA ) V1 V m2 (ÁGUA ) 1 m2 (ÉTER) KV2 V m2 (ÁGUA ) 1 m1 (ÁGUA ) m2 (ÁGUA ) KV2 V1 V1 V1 KV2 m2 (ÁGUA ) 1 m0 V KV2 KV2 1 1 KV 2 I. Acetona; II. Neopentano; III. Fluoreto de lítio; IV. Etanamida; V. Pentano. m2 (ÁGUA ) m0 V1 KV 2 correta, Solução: I. 2 V 1 1 KV 2 O 2 V1 m2 (ÁGUA ) m0 KV2 V1 Conclui se que : V1 mn (ÁGUA ) m0 V1 KV2 ALTERNATIVA E Assinale a alternativa que apresenta a sequência conforme a ordem crescente de ponto de ebulição. a) III, I, IV, II, V. b) V, II, I, IV, III. c) II, V, I, IV, III. d) II, V, IV, I, III. e) V, II, III, IV, I. CH3 CH3 C CETONA II. 2 CH3 CH3 CH3 C ALCANO n 33. Um pesquisador verificou, em uma determinada posição geográfica, por meio da análise de amostras de água do mar extraídas do local, que a massa específica média da água do mar era 1,05 g/mL, a concentração média de espécies dissolvidas era 0,80 mol/L e a temperatura média era de 290 K. O mesmo pesquisador, com o objetivo de colher água doce em seu estudo, planeja envolver, com uma membrana semipermeável ideal, uma das extremidades abertas de um longo tubo, a qual será imersa na água do mar. A que profundidade mínima, em metros, o tubo deveria ser imerso? a) 1930,0. b) 183,4. c) 73,7. d) 19,4. e) 9,7. CH3 III. LiF COMPOSTO IÔNICO IV. O CH3 AMIDA C NH2 V. CH3 CH2 3 CH3 ALCANO Os ALCANOS apresentam os menores pontos de ebulição, sendo o de cadeira mais ramificada ainda menor (II < V). Comparando-se uma CETONA e uma AMIDA, esta forma pontos de hidrogênio que aumenta o seu ponto de ebulição: (I < IV). O composto iônico possui o maior PE. Solução: O pesquisador deve imergir o tubo até que a pressão hidrostática exercida pela água do mar seja, pelo menos, igual à diferença de pressões osmóticas entre a água do mar e a água “doce” dentro do tubo: Assim, teremos: II < V < I < IV < III ALTERNATIVA C 35. Dados os elementos abaixo, água do mar água doce dgh O MRT dgh 0,8 0,08 290 dgh dgh 18,56 atm 18,56 10 5 pa 1050 10 h 18,56 10 5 h 176,76m ALTERNATIVA B (Mais próxima) marque a alternativa correta, considerando-se as condições de 1 atm e 25 ℃. a) b) c) d) e) Φ é encontrado livre na natureza na forma de gás monoatômico. Φ combina-se com Ψ formando um composto solúvel em água. Φ combina-se com Ω formando um composto solúvel em água. Ψ combina-se com Ω formando um composto gasoso. Ω é um mau condutor de eletricidade. Solução: 17 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 7A Ha log êno 20 GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 2A Metal alcalino terroso 15 47 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d10 4p 6 5s 2 4d9 Metal transição 1B Ao se combinar com , teremos um composto iônico de alta solubilidade (CaCl2) ALTERNATIVA B 36. Uma certa reação química a pressão e temperatura constantes apresenta uma pequena variação da Energia Livre (ΔG), de valor próximo de zero, uma variação positiva da entropia (ΔS) e uma variação negativa da entalpia (ΔH). Considerando-se apenas estes dados, pode-se afirmar que a reação a) é espontânea, a temperatura é aproximadamente igual a ΔG/ΔH e ela nunca atinge o equilíbrio. b) não é espontânea, a temperatura é aproximadamente igual a ΔH/ΔS e não há variação na composição do meio reacional. c) não é espontânea, a temperatura é aproximadamente igual a ΔG/ΔH e há uma pequena variação na composição do meio reacional. d) é espontânea, a temperatura é aproximadamente igual a ΔH/ΔS e há variação na composição do meio reacional. e) é espontânea, a temperatura é aproximadamente igual a ΔG/ΔH e o equilíbrio é atingido. 38. Assinale a alternativa correta. a) A hidrólise total de um nucleotídeo resulta em uma base nitrogenada heterocíclica, um monossacarídeo e um íon fosfato. b) As bases nitrogenadas encontradas nos nucleotídeos do DNA são: adenina, uracila, citosina e guanina. c) Watson e Crick descobriram que o RNA possui uma estrutura de dupla hélice, estando as hélices ligadas entre si por ligações de hidrogênio entre pares de bases nitrogenadas. d) O pareamento de bases nitrogenadas em um ácido nucleico é específico: uma adenina se liga somente a outra adenina, uma citosina a outra citosina e assim por diante. e) A replicação do RNA é a responsável pela transmissão do código genético. Solução: Todo nucleotídeo é uma composição de uma base nitrogenada, um açúcar e estrutura de fosfato. Assim, na hidrólise total, o mesmo divide-se nessas três estruturas químicas. ALTERNATIVA A 39. Considere as etapas sequenciais de mistura/filtração do processo não contínuo a seguir. Solução: G H TS conclue se que : G 0 reação espontânea H S Como a reação se processa, haverá variação da composição. Assim a resposta é a alternativa D. ALTERNATIVA D Como : G 0 H TS 0 T 37. Um isótopo radioativo X transforma-se em um elemento estável Y após reações de desintegração radioativa com emissão de radiação α, radiação β negativa e radiação ϒ. Assinale a alternativa correta. a) A diferença entre os números de massa de X e de Y será igual à diferença entre o dobro do número de partículas α emitidas e o número de partículas β emitidas. b) A emissão da radiação ϒ altera o número atômico de X. c) A diferença entre os números atômicos de X e de Y será igual ao quádruplo do número de partículas α emitidas. d) X e Y são isótonos. e) A diferença entre os números de nêutrons de X e de Y será igual à soma do dobro do número de partículas α emitidas com o número de partículas β emitidas. Solução: z w 4 0 x X y Y a 2 b 1 Aplicando-se a conservação das partículas nucleares: x y 2a b Prótons z w 4a Nº de massa Assim: { { z x w y 2a b Nº de Nº de Néutrons Néutrons de de X Y { { Podemos observar que a diferença entre o nº de nêutrons é: 2a b Dobro Dobro de de Partículas Partículas No Misturador 1, antes da adição de 100 mL de uma solução aquosa de sulfato de amônio 20 g/L, encontram-se 100 mL de uma solução aquosa composta por massas iguais de nitrato de prata, nitrato cúprico e nitrato de chumbo (II), de concentração total 60 g/L. Ao Misturador 2, que contém o material passante do Filtro 1, adicionam-se 100 mL de uma solução aquosa de carbonato de sódio 40 g/L e uma pequena quantidade de uma solução de hidróxido de sódio objetivando o adequado ajuste do pH de precipitação para, em seguida, proceder a filtração. Sobre os produtos de filtração, pode-se dizer que: a) o precipitado retido no Filtro 2 é uma mistura heterogênea. b) o precipitado retido no Filtro 1, conhecido como galena, é um sólido iônico resultante da reação: Pb(NO3)2(aq) + (NH4)2S(aq) ⇄ PbS(s) + 2NH 4NO3(aq) c) no misturador 2 observam-se os seguintes equilíbrios iônicos: + 2− 2Ag (aq) + CO3 (aq) ⇄ Ag2CO3(s) + 2− 2Cu (aq) + CO3 (aq) ⇄ Cu2CO3(s) d) o chumbo no estado sólido pode ser obtido espontaneamente através do sólido retido no Filtro 1, conforme a reação comum às baterias de chumbo: 2PbSO4(s) + 2H2O(l) ⇄ PbO2(s) + Pb(s) + 2SO4 2– + (aq) + 4H (aq) e) o precipitado retido no Filtro 2 é um sólido molecular, metaestável, com baixo ponto de fusão e com excelentes propriedades de condução térmica e elétrica. Solução: No misturador 1, ocorre a precipitação do PbSO4: 2 Pb(2aq ) SO 4(aq) PbSO 4(s) No misturador 2, os íons CO32 precipitam o Ag+ e o Cu2+. 2Ag CO2 Ag CO 2 3(s) 3 2 2 Cu CO3 Cu CO3(s) Assim, no filtro 2 teremos dois sólidos distintos, constituindo uma mistura heterogênea. ALTERNATIVA A ALTERNATIVA E GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 16 40. Considere a rota sintética descrita na sequência abaixo onde cada etapa ocorre em temperatura e pressão adequadas: 1ª Etapa: o composto A (C7H6O) sofre oxidação em solução básica de permanganato de potássio. O produto gerado, após neutralizado, é o ácido benzoico; 2ª Etapa: o ácido benzoico reage com etanol em solução ácida, produzindo o composto B e água; 3ª Etapa: o composto B sofre forte redução com hidreto de lítioalumínio em éter, gerando dois produtos que, depois de neutralizados, formam então o composto C e o etanol. Considerando as etapas supracitadas, são feitas as seguintes afirmações: I. o composto A e o composto C são isômeros. II. o composto B é um éster. III. o composto B é o acetato de benzila. Com base na análise das afirmações acima, assinale a opção correta. a) Todas as afirmações são falsas. b) Apenas as afirmações I e II são verdadeiras. c) Existe apenas uma afirmação verdadeira. d) Apenas as afirmações II e III são verdadeiras. e) Todas as afirmações são verdadeiras. Solução: 1ª ETAPA: O KMNO C 4 OH A HO C C C7H6O O O O H NEUTRALIZAÇÃO (H ) ÁCIDO BENZÓCO 2ª ETAPA O O C OH + CH 3 CH 2 OH H O CH 2 CH 3 + + H 2O B 3ª ETAPA OH OH O C O CH 2 LiAlH4 Éter CH 3 C 2 CH + 3 CH 2 OH C B I. FALSA A C7H6O; B C7H80 O C O CH2 CH3 II. VERDADEIRA B III. FALSA. ALTERNATIVA C GGE RESPONDE IME 2015 MATEMÁTICA/FÍSICA/QUÍMICA 17