prova de Física

Caderno de Provas
FÍSICA
Edital Nº. 04/2009-DIGPE
10 de maio de 2009
INSTRUÇÕES PARA A REALIZAÇÃO DA PROVA
 Use apenas caneta esferográfica azul ou preta.
 Escreva o seu nome completo e o número do seu documento de identificação no espaço indicado
nesta folha.
 A prova terá duração máxima de 4 (quatro) horas, incluindo o tempo para responder a todas as
questões do Caderno de Provas e preencher as Folhas de Respostas.
 Ao retirar-se definitivamente da sala, entregue as Folhas de Respostas ao fiscal.
 O Caderno de Provas somente poderá ser levado depois de transcorridas 3 (três) horas do início
da aplicação da prova.
 Confira, com máxima atenção, o Caderno de Provas, observando o número de questões contidas e
se há defeito(s) de encadernação e/ou de impressão que dificultem a leitura.
 Esta prova contém a seguinte numeração e pontuação de questões:
Tipo de questão
Discursiva
Múltipla escolha
Total de
questões
04 questões
20 questões
Pontuação por
questão
12,5 pontos
2,5 pontos
Total de
pontuação
50 pontos
50 pontos
 Confira, com máxima atenção, se os dados constantes nas Folhas de Respostas para as questões
discursivas e para as questões de múltipla escolha estão corretos.
 Em havendo falhas em quaisquer das Folhas de Respostas, dirija-se ao fiscal responsável dentro
do prazo destinado previamente.
 As Folhas de Respostas para as questões discursivas estão identificadas com um código que
sinaliza a inscrição do candidato. A capa dessas Folhas de Respostas deverá ser assinada no
espaço apropriado e, quando solicitado, deverá ser destacada e entregue ao fiscal de sala.
 As questões discursivas deverão ser respondidas unicamente no espaço destinado para cada
resposta. Respostas redigidas fora do espaço reservado serão desconsideradas.
 Assine, no espaço apropriado, a Folha de Respostas para as questões de múltipla escolha.
 As Folhas de Respostas não poderão ser rasuradas, dobradas, amassadas ou danificadas. Em
hipótese alguma, serão substituídas.
 Para cada questão de múltipla escolha, existe apenas uma resposta certa.
 Transfira as respostas para a Folha de Respostas das questões de múltipla escolha somente
quando não mais pretender fazer modificações. Não ultrapassando o limite dos círculos.
NOME COMPLETO:
DOCUMENTO DE IDENTIFICAÇÃO:
_____________________________
CONCURSO PÚBLICO – GRUPO MAGISTÉRIO
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PARA RESPONDER AS QUESTÕES, SE NECESSÁRIO, UTILIZE OS DADOS A SEGUIR.
g=10 N/kg
8
c=3 10 m/s
-34
h=6,63 10
J.s R=8,31 J/mol. K melétron = 9,11 10
31
kg
QUESTÕES DISCURSIVAS
ESTAS QUESTÕES DEVERÃO SER RESPONDIDAS NAS FOLHAS DE RESPOSTAS DAS QUESTÕES
DISCURSIVAS, MANTENDO O MEMORIAL DE CÁLCULO, QUANDO FOR O CASO.
1.
(12,5 pontos) Na última Mostra de Física do Rio Grande do Norte, realizada no CEFET-RN, um aluno
do curso de Licenciatura em Física brincava com um sistema bloco-mola, colocado em um plano
horizontal e sem atrito. Essa mola não obedecia à lei de Hooke. A massa do bloco é igual a 0,5 kg e a


força restauradora exercida pela mola, em Newtons, é dada pela expressão F
x
x 2 i , onde x é
dado em metros,
= 100,0 N/m e
2
= 6,0 N/m . Desprezando-se a massa da mola, determine
a) a função energia potencial U(x) desse sistema, considerando que U(0) = 0.
b) o valor aproximado da velocidade do bloco na posição x = 0,2 m, supondo que esse corpo tem
velocidade nula na posição x = 1,0 m.
2.
(12,5 pontos) Um asteróide de massa m se aproxima de um planeta de massa M, descrevendo uma
trajetória como a indicada na figura abaixo, onde são mostrados os módulos da velocidade do asteróide,
V0 e V, respectivamente, nos pontos 1 e 2. As distâncias b e d são, respectivamente, o parâmetro de
impacto do asteróide no ponto 1 e a menor distância dele em relação ao planeta. Suponha que, no
ponto 1, o asteróide esteja muito afastado do planeta, de tal forma que a energia potencial gravitacional
do sistema asteróide-planeta seja desprezível. Admitindo que M>>m, de tal forma que o planeta esteja
aproximadamente em repouso, responda às questões abaixo.
a) Quais são as grandezas físicas conservadas nessa situação?Justifique sua resposta.
b) Determine o módulo da velocidade V do asteróide no ponto de maior aproximação e o valor da
distância d, ambos em termos de b,V0, M e G, em que G é a constante de Gravitação Universal.
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3.
(12,5 pontos) Uma casca hemiesférica, de raio R, está eletricamente carregada com carga Q
uniformemente distribuída. Para um ponto P, situado a uma distância R do centro da casca, calcule:
a) o potencial elétrico.
b) o campo elétrico.
4.
(12,5 pontos) Considere uma partícula eletricamente carregada de massa m e carga elétrica q positiva






com uma velocidade inicial relativística v 0 v 0 i em um campo elétrico uniforme E E j , onde i e j
são, respectivamente, os vetores unitários nas direções x e y. Considere também que a força elétrica é
a única força que atua sobre essa partícula. Supondo-se que a partícula se encontra inicialmente na
origem, determine
a) a equação da trajetória descrita por essa partícula em termos de x, y, q, E, m, v0 e c, onde c é a
velocidade da luz no vácuo.
b) A expressão literal do trabalho realizado pela força elétrica sobre essa partícula desde o instante
inicial t = 0 até um instante t qualquer, em função de q, E, m, v0, c e t.
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QUESTÕES DE MÚLTIPLA ESCOLHA
AS RESPOSTAS DESTAS QUESTÕES DEVERÃO SER ASSINALADAS NA FOLHA DE RESPOSTAS
DAS QUESTÕES DE MÚLTIPLA ESCOLHA.
1.
(2,5 pontos) Uma recomendação freqüentemente encontrada nas extensões elétricas, do tipo
mostrado na ilustração abaixo, é a de que ela só seja utilizada para ligar o aparelho elétrico à tomada
quando a mesma estiver completamente desenrolada. O motivo da recomendação é que, dessa forma,
a)
o campo magnético, gerado no centro da extensão, é menos intenso, de acordo com a lei de
indução de Faraday.
b) evita-se a indução de altas tensões nos terminais da extensão, observada quando o plugue é
retirado da tomada com o aparelho ainda em funcionamento.
c) o campo magnético, gerado pelo fio, passa a ser predominantemente unidirecional e constante, não
induzindo a produção de ondas eletromagnéticas que interfeririam no funcionamento do aparelho.
d) a corrente elétrica auto-induzida no fio vai servir para aumentar o rendimento do aparelho elétrico.
2.
(2,5 pontos) No processo de fabricação do vidro comum, transparente, a adição de certos metais faz
com que ele adquira colorações variadas, indo do vermelho ao violeta. Essas cores são obtidas porque
o vidro, ao ser iluminado com luz branca solar,
a)
b)
c)
absorve parte do espectro visível, e a cor observada corresponde à cor refletida pelo metal.
passa a ser parcialmente refletor, refletindo a cor correspondente ao metal.
interage com a luz solar, produzindo uma reação química entre o silício do vidro e o metal a ele
adicionado.
d) absorve parte do espectro visível, e a cor observada corresponde à cor complementar ao branco.
3.
(2,5 pontos) Nos desfiles militares transmitidos pela televisão, é comum ver uma cena em que um
pelotão é liderado ao som de um tambor, tocado com uma intensidade I, com uma freqüência fixa e
período igual ao intervalo de tempo do passo completo dos soldados em marcha. Em uma dessas
ocasiões, percebeu-se que, no meio do pelotão, os soldados estavam levando à frente o pé esquerdo
na mesma hora em que os soldados do início e do fim do pelotão levavam à frente o pé direito.
Considerando-se que a velocidade do som no ar é 340 m/s e a distância entre o tambor, no início do
pelotão, e o fim do pelotão seja 170m, pode-se afirmar que a freqüência das batidas do tambor e a
razão entre a intensidade do som ouvido no meio do pelotão e a intensidade do som ouvido no final do
pelotão valem, respectivamente,
a)
b)
c)
d)
2Hz e 2
2Hz e 4
4Hz e 2
4Hz e 4
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3
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4.
(2,5 pontos) Utilizando-se seus conhecimentos de Física, assinale a alternativa correta.
a)
O coeficiente de dilatação de uma substância pura tem valor constante e depende, somente, da
substância analisada.
b) A temperatura de ebulição de uma solução salina varia no decorrer do tempo e depende da
concentração da solução.
c) O processo de transferência de calor entre o corpo humano, a 37°C, e o ambiente de uma cidade
cuja temperatura média seja 20°C, ocorre predominantemente por condução.
d) A resistência elétrica de um metal é diretamente proporcional à sua condutividade térmica.
5.
2
(2,5 pontos) Um corpo homogêneo de área de seção transversal A = 1cm é colocado em um
3
recipiente com líquido, deslocando um volume V = 0,4cm desse líquido quando está em equilíbrio.
Suponha que esse corpo passe a oscilar em um movimento harmônico simples com pequenas
oscilações em torno do ponto de equilíbrio. O período de oscilação desse movimento harmônico
simples, em segundos, é aproximadamente igual a
a)
b)
c)
d)
6.
0,04
0,07
0,13
0,20
(2,5 pontos) Para explicar quantitativamente e qualitativamente os espectros atômicos do átomo de
Hidrogênio, o físico dinamarquês Niels Bohr propôs um modelo atômico construído a partir de
postulados que utilizavam hipóteses da Física Clássica e hipóteses inovadoras, que explicavam, entre
outras coisas, a estabilidade do átomo. Utilizando-se esse modelo proposto por Bohr, é correto afirmar
que
a) o elétron do átomo de hidrogênio pode se movimentar apenas em órbitas estacionárias com
3/2
períodos Tn proporcionais a rn , onde rn são os respectivos raios dessas órbitas.
b) o momento angular orbital do elétron do átomo de Hidrogênio é quantizado e o seu menor valor é
zero.
c) ao emitir um fóton devido à transição de um elétron de um nível mais energético para um nível
menos energético, o átomo de Hidrogênio nunca se movimenta.
+
d) o modelo de Bohr não explica o espectro atômico do Hélio monoionizado He .
7.
(2,5 pontos) A figura abaixo mostra uma garrafa aberta preenchida por água e colocada sobre uma
mesa. Inicialmente, o nível do líquido está a uma altura L em relação ao fundo da garrafa e são feitos
três furos A, B e C de mesmo diâmetro no corpo dessa garrafa. Suponha que os diâmetros desses
furos são tais que saem jatos de água de todos eles. Admita que esses três jatos atinjam a mesa na
mesma altura em que se encontra o fundo da garrafa. Sobre essa situação física, é correto afirmar que,
inicialmente,
a)
b)
c)
d)
o jato de água de maior alcance é que sai do furo B.
o jato de maior vazão e de maior alcance é o que sai do furo C.
a informação sobre o jato de maior alcance depende do valor da aceleração da gravidade.
se colocássemos a garrafa a uma altura H em relação à mesa e repetíssemos essa experiência, os
resultados encontrados seriam os mesmos, independente do valor de H.
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4
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8.
(2,5 pontos) O ciclo de um motor de combustão interna à gasolina pode ser aproximado pelo
chamado ciclo de Otto, que é representado pelo diagrama Temperatura versus Entropia abaixo. Tal
ciclo consiste em duas transformações adiabáticas e duas transformações isovolumétricas. Com
relação ao ciclo de Otto apresentado no diagrama abaixo, é correto afirmar que
a) os processos isovolumétricos representados no diagrama são (1 2) e (3 4).
b) em módulo, a quantidade de calor no percurso (2 3) é maior do que no percurso (4 1).
c) nos trechos (1 2) e (3 4) ocorrem, respectivamente, uma expansão adiabática e uma
compressão adiabática.
d) a área A hachurada na figura é numericamente igual ao trabalho total realizado ao longo desse
ciclo.
9.
(2,5 pontos) No ano de 1905, Einstein escreveu um artigo sobre o efeito fotoelétrico onde ele
explicava todos os resultados experimentais associados a esse fenômeno que não eram explicados
pelo Eletromagnetismo Clássico. Com relação ao efeito fotoelétrico e a interação fóton-elétron, é correto
afirmar que
a) os resultados experimentais mostram que, se o efeito fotoelétrico ocorre, a energia cinética máxima
dos fotoelétrons emitidos cresce proporcionalmente à freqüência da radiação incidente.
b) se o efeito fotoelétrico ocorre, toda a energia do fóton é transferida para o elétron. A transferência
total de energia de um único fóton para um único elétron não é fisicamente possível se o elétron
está totalmente livre.
c) na sua explicação para o efeito fotoelétrico proposta em 1905, Einstein reconhece o caráter
corpuscular da radiação eletromagnética e chama as partículas de luz de fótons.
d) se o efeito fotoelétrico ocorre, então a corrente fotoelétrica aumenta com a intensidade da luz
emitida. Esse resultado experimental não era explicado pelo Eletromagnetismo Clássico.
10. (2,5 pontos) Dois fios cilíndricos e metálicos 1 e 2, de mesmo material, têm comprimento iguais, mas
o diâmetro do fio 2 é o dobro do diâmetro do fio 1. Em relação a esses condutores, é correto afirmar que
a) se cortarmos o fio 1 pela metade, de modo a obtermos dois pedaços com o mesmo diâmetro do fio
original, a associação em paralelo desses dois pedaços terá a mesma resistência elétrica do fio 2.
b) quando submetidos à mesma tensão elétrica, o fio 1 é atravessado por uma corrente elétrica maior
que a corrente elétrica que percorre o fio 2.
c) as resistências elétricas desses fios são inversamente proporcionais aos seus diâmetros.
d) quando submetidos à mesma corrente elétrica, o fio 2 dissipa, para um mesmo intervalo de tempo,
mais energia térmica do que o fio 1.
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11. (2,5 pontos) Um professor de Física deseja determinar a resistência elétrica R de um resistor ôhmico.
Para realizar essa tarefa, ele dispõe de uma fonte de tensão elétrica ideal de força eletromotriz , um
amperímetro de resistência interna RA, um voltímetro de resistência interna RV e cabos de ligação
ideais. O professor monta os dois circuitos elétricos A e B (ver figura abaixo) e calcula o valor de R a
partir das medidas de corrente elétrica e tensão elétrica realizadas nesses circuitos. Sobre essas duas
montagens, é correto afirmar que
RA
RA
A
V
RV
Circuito A
R
A
RV
V
R
Circuito B
a) a resistência elétrica do resistor, determinada a partir do circuito A, é menor que a obtida a partir do
circuito B.
b) para R<<RV, a montagem do circuito elétrico A fornece uma medida mais precisa do que aquela
1/2
obtida a partir do circuito B apenas se R > (RARV) .
c) o circuito A fornece uma medida da resistência elétrica, do resistor, mais precisa que a realizada
pelo circuito B.
d) a potência elétrica dissipada pelo resistor em ambos os circuitos é a mesma.
12. (2,5 pontos) Uma pessoa caminhava, levando, em cada uma das mãos, uma sacola de plástico, cada
uma segurada pela alça, contendo 2kg de açúcar. Ela mantinha os braços esticados para baixo, mas,
subitamente, elevou uma das sacolas. Com o movimento, a alça da sacola foi rompida. Desconfiada da
qualidade do plástico da sacola, ela elevou, lentamente, a segunda sacola, percebendo que, agora, a
sacola foi erguida sem que a alça se rompesse. Sabendo que as sacolas tinham a mesma aparência
física e eram feitas do mesmo plástico, a justificativa mais provável para a alça da primeira sacola
erguida ter se rompido é que
a) o impulso exercido na sacola cuja alça se rompeu é maior que na outra.
b) a quantidade de movimento na sacola cuja alça se rompeu é maior que na outra.
c) a taxa de variação temporal da quantidade de movimento na sacola cuja alça se rompeu é maior
que na outra.
d) a sacola cuja alça se rompeu era mais frágil que a outra.
13. (2,5 pontos) Uma fonte de luz monocromática F e um detector D estão situados no ar a uma mesma
altura h = 50cm em relação a um espelho plano fixo na horizontal. A distância x entre a fonte e o
detector é igual a 10cm. Suponha que ocorre interferência entre as ondas que atingem o detector
diretamente e as ondas refletidas no espelho. Os valores aproximados dos maiores comprimentos de
onda referentes à produção de interferências destrutiva e construtiva são, em centímetros,
respectivamente,
a)
b)
c)
d)
61 e 123.
91 e 181.
123 e 61.
181 e 91.
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14. (2,5 pontos) Considere um elétron livre não-relativístico de massa m que se move na direção
horizontal x, com seu movimento restrito à região 0 x L. De acordo com a Física Moderna, podemos
associar ondas de matéria estacionárias a essa partícula, com nodos nos pontos x = 0 e x = L. Sobre a
energia desse elétron, nessa situação física, é correto afirmar que
a) É quantizada e o valor mínimo é dado pela expressão
b) Pode ter qualquer valor maior que a quantidade
h2
2mL2
c) É quantizada e o valor mínimo é dado pela expressão
h2
2mL2
, onde h é a constante de Planck.
, onde h é a constante de Planck.
h2
8mL2
, onde h é a constante de Planck.
d) Pode ter qualquer valor.
15. (2,5 pontos) Durante o decaimento radioativo, o núcleo de um isótopo radioativo (núcleo “pai”) se
transforma em um núcleo (núcleo “filho”) que pode também ser radioativo. Considerando que NP seja o
número de núcleos pai em uma amostra, NF o número de núcleos filho, λP a constante de decaimento
do núcleo pai e λF a constante de decaimento do núcleo filho, a equação diferencial usada para obter o
número de núcleos filhos NF em função do tempo t é
a)
b)
c)
d)
dNF/dt = λFNF – λPNP
dNF/dt = λPNP - λFNF
dNF/dt = (λF – λP)(NF – NP)
dNF/dt = (λP – λF)(NP – NF)
16. (2,5 pontos) Um dos grandes problemas da Física no século XIX foi o estudo da radiação emitida por
um corpo negro. A solução desse problema deu origem a uma nova área da Física, denominada de
Física Quântica. Uma das leis utilizadas nesse estudo é a Lei de deslocamento de Wien, cuja expressão
3
matemática em termos do comprimento de onda é m T = 2,898 10 m.K , onde m é o comprimento
de onda em que a intensidade dessa radiação é máxima e T é a temperatura do corpo negro. Considere
que o módulo da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo é c. Com relação ao
problema da radiação térmica emitida pelo corpo negro no vácuo, é correto afirmar que
a) a expressão matemática da Lei de deslocamento de Wien, formulada em termos da freqüência f m,
na qual a intensidade da radiação é máxima, não pode ser obtida através da substituição direta da
relação fm =c/ m na expressão dessa lei em termos do comprimento de onda.
b) a potência por unidade de área da radiação emitida aumenta proporcionalmente com a temperatura
do corpo negro.
c) o comprimento de onda, no qual a intensidade da radiação emitida é máxima, é diretamente
proporcional à temperatura.
d) a expressão matemática da Lei de deslocamento de Wien, formulada em termos da freqüência f m,
na qual a intensidade da radiação é máxima, pode ser obtida através da substituição direta da
relação fm =c/ m na expressão dessa lei em termos do comprimento de onda.
17. (2,5 pontos) A transpiração consiste em um processo de resfriamento do corpo humano que ocorre
quando a temperatura do ambiente aproxima-se da temperatura do corpo. Ele consiste em liberar parte
da água corporal (suor) para a superfície. Dessa forma,
a) a vaporização do suor resfria a superfície do corpo ao receber calor do mesmo corpo.
b) a vaporização do suor resfria a superfície do corpo ao ceder calor para o ar ambiente.
c) a presença do suor resfria a superfície do corpo, devido ao alto calor específico da água presente
nesse suor.
d) a presença do suor resfria a superfície do corpo, apesar do alto calor específico da água presente
nesse suor.
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18. (2,5 pontos) Um carro recentemente lançando no mercado tem as seguintes especificações técnicas:
Massa: 1200kg
0km/h a 100km/h : 10s
Distância de frenagem total, a partir de 60km/h: 15m
Consumo: 15km/l
A partir dos dados fornecidos e, considerando 1hp = 750W, pode-se afirmar que a potência efetiva do
motor do carro e o módulo do trabalho da força de atrito entre os pneus e o solo valem,
respectivamente,
a)
b)
c)
d)
62hp e 16,7kJ
62hp e 33,3kJ
123hp e 16,7kJ
123hp e 33,3kJ
19. (2,5 pontos) A parede da barragem do açude Gargalheiras, no município de Acari-RN, tem um
formato aproximadamente retangular de comprimento L. A barragem contém água parada, de
densidade de massa até uma altura H, medida a partir da base de sua parede. Considerando-se que
g é o módulo do campo gravitacional, o módulo da força resultante F sobre a parede da barragem é
dado pela expressão
a)
F
b)
F
c)
F
d)
F
gLH2
gLH 2
2
gLH 2
3
gLH 2
4
20. (2,5 pontos) Considere o circuito elétrico da figura abaixo, composto por três geradores reais e cinco
resistores externos R1, R2, R3, R4 e R5. Desprezando-se as resistências elétricas dos fios condutores, a
resistência equivalente da associação de resistores externos entre os pontos A e B e a tensão elétrica
no resistor R5 valem, respectivamente,
R1 = 2
R3 = 1
A
R2 = 1
1
a)
b)
c)
d)
=18V
B
R5 = 1
r1 = 1
R4 = 2
2
=12V r2 = 0,5
r3 = 0,5
3
=13V
1 e 1V
1 e 2V
1,4 e 1V
1,5 e 0V
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CONCURSO PÚBLICO – GRUPO MAGISTÉRIO
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FOLHA PARA RASCUNHO
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FOLHA PARA RASCUNHO
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