Resolução Comentada do Simulado de Física ITA – 2010 1) 1) Para a 1.ª volta, temos: Δs1 V1 = ––––– Δt1 x V1 = ––––– Δt1 3) ρᐉ ρ0 ᐉ –––– . i = –––– . i0 A A x = V1 . Δt1 (I) ρ i = ρ0i0 2) Para as 100 voltas, temos: Δs V = –––– Δt ρ0 (1 + αΔθ)i = ρ0i0 (1 + αΔθ)i = i0 (1 + 5,0 . 10–3 (θf – 50)) 1,5 = 3,0 100x 100 . Δs1 V = –––––––– = ––––– (II) Δt Δt 1 + 5,0 . 10–3 (θf – 50) = 2,0 3) Substituindo I em II, vem: 1,0 θf – 50 = ––––––––– 5,0 . 10–3 100 . (V1 . Δt1) V = ––––––––––––– Δt Δt1 V = 100V1 . ––––– Δt Desprezando os efeitos de dilatação térmica e considerando a tensão elétrica constante, vem: U = U0 R i = R0i0 θf = 250°C Resposta: C 4) 1) Vamos inicialmente calcular a resistência equivalente entre os pontos A e B do circuito: Δt1 Mas –––– < 1, assim Δt V < 100V1 Resposta: C 2) 1) Sejam θL e θC as temperaturas corretas do líquido e do corpo, respectivamente. O primeiro termômetro registra 3,5°C acima da temperatura correta do líquido, ou seja: θ1 = θL + 3,5 θL = θ1 – 3,5 (I) 2) O segundo termômetro registra 2,5°C abaixo da temperatura correta do corpo, ou seja: θ2 = θC – 2,5 θC = θ2 + 2,5 (II) 3) Do enunciado, temos: θC = θL + 6,0 (III) 4) Substituindo I e II em III, vem: θC = θL + 6,0 (θ2 + 2,5) = (θ1 – 3,5) + 6,0 θ2 = θ1 – 3,5 – 2,5 + 6,0 θ2 = θ1 Ou seja, os termômetros registram, erroneamente, as mesmas temperaturas. Portanto, a única resposta possível é a alternativa C que mostra valores iguais. Resposta: C SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 2) Utilizando a Lei de Pouillet, vem: E 12,0 i = ––––––– = ––––––– Req + r 3,0 + 1,0 i = 3,0A –1 Para a esfera B, temos: 3) A tensão entre os pontos A e B é dada pela equação do gerador: γ ΔsB = V0 tB + ––– tB2 B 2 UAB = E – ri UAB = 12,0 – 1,0 . 3,0 10,0 13,2 = V . 1,2 + ––– (1,2)2 2 UAB = 9,0V 4)Entre os pontos A e B, temos: 13,2 = 1,2V + 7,2 1,2V = 6,0 V = 5,0m/s b) B atinge o disco antes de A: Δt = tA – t’B 0,2 = 1,0 – t’B UAB = R’ . i2 t’B = 0,8s 9,0 = 7,5 . i2 i2 = 1,2A ⇒ Assim, temos: i’ = i’’ = 0,6A γ ΔsB = V’0 t’ + ––– t’ 2 B B 2 B Resposta: B 5) → → Pela figura 1, observamos que | → aT | ≠ 0 e que aT e V têm 10,0 13,2 = V’ 0,8 + ––– (0,8)2 2 → mesma direção e sentido. Assim, podemos concluir que | V | V2 acp| = ––– aumenta e, portanto, | → acp| aumenta | → R ( 13,2 = 0,8V’ + 3,2 ). 0,8 V’ = 10,0 acp| 2 + | → aT | 2 . Mas, | → a |2 = | → Como → a deve ter módulo constante, podemos afirmar que se |→ acp| aumenta, então | → aT | diminui. A figura 3 é a que mais se aproxima da resposta. Resposta: E 6) V’ = 12,5m/s Resposta: E 7) O vaso é acelerado pela força de atrito aplicada pelo forro, devendo, no entanto, escorregar em relação ao forro: Fat = m a’ μFN = m a’ ma’ = μmg ⇒ a’ = μg 1. Para o disco em rotação, temos: Δϕ ω = ––– Δt Δϕ 2πf = ––– Δt π ––– 6 25 2π . ––– = –––– Δt 60 Δt = 0,2s 2. O tempo de queda de A é dado por: tA = 2HA ––––– = g 2 . 5,0 ––––– ⇒ t = 1,0s A 10,0 3. Devemos admitir duas possibilidades: a) A atinge o disco antes de B: Δt = tB – tA 0,2 = tB – 1,0 O tempo gasto pelo forro para percorrer a distância D, com aceleração constante de módulo a, é dado por: γ Δs = V0 t + –– t 2 (MUV) 2 a 2D D = –– T 2 ⇒ T 2 = ––– a 2 T= 2D ––– a (I) A distância x percorrida pelo vaso, nesse tempo T, é dada por: γ Δs = V0 t + –– t 2 2 a’ x = –– T 2 ⇒ 2 μg x = ––– T 2 2 (II) Substituindo (I) em (II), vem: μg 2D x = ––– . ––– ⇒ 2 a μgD x = ––––– a tB = 1,2s 2– SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 Para que o vaso não caia da mesa, essa distância x deverá ser menor que D – d. μg D –––– a 9) <D–d μgD a > ––––– D–d Resposta: E 8) p1' Hg p1 = p p2 = p Hg p2' 1. Da figura, temos: θ = 45° + 2α θ = 45° + 45° = 90° p2 V2 p2’ V2’ 1) –––––– = –––––– T2 T2’ π θ = ––– rad 2 p . S . 2a = p2’ . S . a 2p = p2’ (I) p1 V1 p1’ V1’ 2) –––––– = –––––– T1 T1’ p . S . 2a = p1’ . S . 3a 2 p1’ = ––– p (II) 3 2. Do exposto no enunciado, podemos concluir que o intervalo de tempo gasto pela luz para percorrer o trajeto de ida e volta entre o espelho E e o sistema de espelhos S é igual ao intervalo de tempo gasto para que a face A do espelho E descreva o ângulo θ entre as posições (1) e (2). Assim, temos: Δtluz = Δtespelho θ Δs –––– = –– Vluz ω 3) p 2’ = p1’ + pHg 2 m.g p 2’ = ––– p + ––––– 3 S θ 2D –––– = ––––– Vluz 2π . f 2 ρ.S.a.g p 2’ = ––– p + ––––––––– 3 S 2D . 2π . f Vluz = ––––––––– θ 4D π f Vluz = ––––––– π ––– 2 2 p 2’ = ––– p + ρ a g 3 2 2p = ––– p + ρ a g 3 Vluz = 8 D f Vluz = 8 . 3,70 . 104 . 1,00 . 103(m/s) Vluz = 2,96 . 108m/s 4 ––– p = ρ a g 3 3 p = –– ρ a g 4 Resposta: A SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 Resposta: C 10) Devemos fazer uma análise dimensional em cada expressão dada (que indicaremos por y) para verificarmos qual delas tem as dimensões de velocidade: LT –1 a) y = k g h λ μ [y] = M . L T –2 . L . L . M L–3 = M 2 T –2 –3 ΔsAC ΔsAB + ΔsBC = ––––––– = ––––––––––––– AC ΔtAC ΔtAB + ΔtBC L T –2 . L gh –2 L 4 T –2 b) y = ––––– ⇒ [y] = ––––––––– –3 = M M L M L kλμ kg c) y = ––– μ 2) Vm 150 ΔtAB + 300 ΔtBC 180 = ––––––––––––––––––– ΔtAB + ΔtBC h ––– λ M L T –2 [y] = –––––––– . M L–3 180 ΔtAB + 180 ΔtBC = 150 ΔtAB + 300 ΔtBC L ––– = L4 T –2 L 30 ΔtAB = 120 ΔtBC ΔtAB = 4 ΔtBC kg ––––– ⇒ [y] = λμh d) y = L T –2 M –––––––––– = L2 T –2 L M L–3 L ΔsAB 150 ΔtAB 3) ––––––– = ––––––––– ΔsBC 300 ΔtBC [y] = L T –1 λμh ––––– ⇒ [y] = L–1T kg e) y = 4 ΔtBC ΔsAB 1 ––––––– = ––– ––––––– 2 ΔsBC ΔtBC Resposta: D 11) 1) [v] = [ω] [A] LT –1 ––––– [ω] = L ΔsAB ΔsBC = –––––– 2 Resposta: D [ω] = T –1 2) k ––– t = M 0L0T0 m [k]1/2 –––––– . T = M 0L0T0 M 1/2 13) Para densidade constante, o peso é proporcional ao volume, ou seja, ao cubo das dimensões lineares. A força de resistência dos ossos é proporcional à área de secção dos ossos e, portanto, ao quadrado das dimensões lineares. P = k1 . L3 Fr = k2 . L2 P –– = k3 . L Fr [k]1/2 = M1/2 T –1 P Quando L duplica, –– também duplica. Fr Resposta: B [k] = M T –2 Resposta: A 14) ΔsAB = ––––––– ΔtAB AB 12) 1) Vm ΔsBC = ––––––– ΔtBC BC Vm ΔsAB = 150 ΔtAB ΔsBC = 300 ΔtBC 4– No triângulo retângulo ABO obtemos, por Pitágoras, que ––– AO = 5000m. Tomemos como origem dos tempos o instante t0 em que o avião passa por A. SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 O tempo gasto pelo som de A até O é dado por: ––– AO 5000 VS = ––––– ⇒ 320 = ––––– ⇒ T1 = 15,62s T1 T1 Δsf = 1602 + 1202 Δsf = 200m O tempo gasto pelo som de B até O é dado por: ––– 4000 BO VS = ––––– ⇒ 320 = ––––– ⇒ T2 = 12,5s T2 T2 Sendo T3 o tempo gasto pelo avião de A para B e levando em conta que o som proveniente de B é ouvido 4,00s após o som proveniente de A, vem: T3 +T2 = T1 + 4,00 T3 + 12,5 = 15,62 + 4,00 ⇒ T3 = 7,12s A velocidade do avião é dada por: ––– 3000 AB V = ––––– ⇒ V = ––––– (m/s) ⇒ 7,12 T3 6) O módulo da velocidade do vento é: Δsf VV = ––––– Δt 200 VV = ––––– (m/s) 40,0 VV = 5,00m/s V ≅ 421m/s Resposta: D 15) 1) | VA | = 50,4km/h = 14,0m/s |VB | = 72,0km/h = 20,0m/s |Vrel | = | VA | + | VB | |Vrel | = 14,0 + 20,0 = 34,0m/s 1360 Δsrel ⇒ 34,0 = ––––– 2) Vrel = ––––– Δt Δt Δt = 40,0s 3) A posição de encontro dos trens (P) é dada por: ΔsA VA = ––––– Δt ΔsA 14,0 = ––––– 40,0 ΔsA = 560,0m Resposta: A γA 16) 1) a) sA = s0 + V0 t + ––– A A 2 t2 a sA = ––– t2 2 γB b) sB = s0 + V0 t’ + ––– t’ 2 B B 2 na sB = ––– (t – Δt)2 2 2) No encontro, temos: sA = sB a na ––– t2 = ––– (t – Δt)2 2 2 t2 = n (t – Δt)2 t = (t – Δt) n n Δt t = –––––––– n–1 4) Resposta: E 17) O calor necessário para aquecer e vaporizar a água é dado por: Q = mcΔθ + mL = m (cΔθ + L) Sendo μ a densidade e V o volume de água, vem: Q = μV(cΔθ + L) Da figura, vem: 560 + x = 680 ⇒ x = 120m 5) A distância percorrida pela fumaça (Δsf ) de P a C é dada por: SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 Dividindo-se pelo intervalo de tempo Δt, vem: Q V ⎯⎯ = μ ⎯⎯ (cΔθ + L) Δt Δt Q é a potência e V é a vazão, portanto: em que ⎯⎯ ⎯⎯ Δt Δt –5 Pot = μZ (cΔθ + L) R 3 –– . –– R 4R R 2 4 ’ = ––– + ––––––––––– ⇒ Req ’ = ––– Req 5 2 R 3 –– + –– R 2 4 Pot Z = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ μ (cΔθ + L) Z= Z= 800 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 3 1,0 . 10 (4,18 . 103 . 80 + 2,26 . 106) 800 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2,59 . 109 (m3/s) Da 1.ª Lei de Ohm, vem: UMN = Req ’ . i1 (m3/s) ≅ 3,1 . 10–7m3/s Como 1,0m3 = 106mᐉ, vem: ⇒ 4R UMN = ––– i1 (II) 5 3) De I e II, vem: 4R 6,0R = ––– i1 ⇒ i1 = 7,5A 5 Z = 0,31mᐉ/s 4) Lembrando que os resistores R3 e R4 estão em paralelo, temos: Resposta: A 18) 1) Com o cursor em A, a resistência do reostato torna-se nula e, assim, o resistor R3 entra em curto-circuito. U3 = U4 R3 i2 = R4 i3 R 3 ––– i2 = ––– R i3 2 4 2 i3 = ––– i2 3 Mas i1 = i2 + i3, então: 2 7,5 = i2 + ––– i2 3 ⇒ i2 = 4,5A Dessa forma, temos: Resposta: B Req = R1 + R2 R R Req = ––– + ––– 4 4 19) R Req = ––– 2 Da 1.ª Lei de Ohm, vem: UMN = Req . i R UMN = ––– . 12 2 UMN = 6,0R (I) 2) Com o cursor X em D, temos: 1) Para que o fusível não queime, a intensidade de corrente elétrica no circuito não pode ultrapassar 20,0A. Assim, temos: imáx = 20,0A 2) Da 1.ª Lei de Ohm, vem: U = Req mín . imáx ⇒ U = (R + Rx ) imáx 220 = (3,0 + Rx ) . 20,0 ⇒ Rx = 8,0Ω 3) Da 2.ª Lei de Ohm, vem: 8,0 . 10–5 . L ρ.L Rx = ––––– ⇒ 8,0 = –––––––––––– 1,5 . 10–6 A L = 0,15m = 15,0cm 6– SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 4) O comprimento ᐉ é dado por: L + ᐉ = 40,0(cm) ⇒ 15,0 + ᐉ = 40,0 2) E = h f M L 2 T –2 = [h] T –1 ᐉ =25,0cm [h] = M L 2 T –1 Resposta: C Δs 3) c = –––– ⇒ Δt 20) 1) [c] = L T –1 b) [t] = [G] x [h] y [c] z M0L0T = (M –1L3T –2)x (ML2T –1) y (LT –1)z M0L0T = M–x + y L3x + 2y + zT –2x – y – z 1) – x + y = 0 2) 3x + 2y + z = 0 3) – 2x – y – z = 1 De (1): y = x Em (2): 3x + 2x = – z ⇒ – 5x = z 30 . 60 Req = ––––––– = 30 + 60 20Ω Em (3): – 2x – x + 5x = 1 1 2x = 1 ⇒ x = ––– 2 2) z = – 5x ⇒ e 1 y = ––– 2 5 z = – ––– 2 Portanto t = (G) 1/2(h)1/2(c)– 5/2 t= Gh ––– c5 Respostas: a) [G] = M –1L3T –2; [h] = M L2T –1; [c] = L T –1 1 1 5 b) x = ––– ; y = ––– e z = – ––– 2 2 2 60 Req = ––– = 3 t= 20Ω Resposta: E Mm 21) a) 1) F = G ––––– d2 M2 M L T –2 = [G] –––– L2 [G] = M –1 L 3 T –2 SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 Gh ––– c5 22) 1) A prancha e o bloco realizam movimentos uniformemente variados com acelerações escalares γp = 0,3a e γc = a . γ Assim, temos: Δs = V0t + ––– t2 2 γp 2 Prancha: Δsp = V0 t + ––– t p 2 0,3a 2x x = –––– t2 ⇒ t2 = –––– (I) 2 0,3a –7 γc 2 Bloco: Δsc = V0 t + ––– t c 2 a (x + ᐉ) = ––– t 2 (II) 2 2) Substituindo I em II, vem: a 2x (x + ᐉ) = ––– . –––– 2 0,3a x (x + ᐉ) = ––– 0,3 0,3x + 0,3ᐉ = x 0,3ᐉ = 0,7x 0,3ᐉ 0,3 . 14 x = –––– = ––––––– (m) 0,7 0,7 2 Respostas: a) r = –– t b) hipérbole equilátera; un(r) = Hz 24) 1) Para x = 10cm, vem t=ax+b 0 = a (10) + b 10 a + b = 0 (I) t’ = c x2 + d 0 = c (10)2 + d 100 c + d = 0 (II) 2) Para x = 30cm, vem t=ax+b 100 = a (30) + b 30 a + b = 100 (III) t’ = c x2 + d 100 = c (30)2 + d x = 6,0m 900 c + d = 100 (IV) Resposta: 6,0m 23) a) 1) Da Equação de Torricelli, vem: V 2 = V02 + 2γ Δs V 2 – V02 = 2γ Δs (V + V0) . (V – V0) = 2γ Δs (V + V0) . ΔV = 2γ Δs ΔV 2γ –––– = ––––––– (I) Δs V + V0 2) Da função horária das velocidades, vem: V = V0 + γ t (II) 3) Lembrando que V0 = 0; γ = g; ΔV r = –––– e substituindo II em I, temos: Δs ΔV –––– = Δs 2γ –––––––––––– (V0 + γ t) +V0 2g r = –––– ⇒ gt b) SI { 2 r = –––– t t em segundos (s) r em hertz (Hz) ou (s–1) 3) De I e III, temos 10 a + b = 0 ⇒ a = 5 e b = – 50 30 a + b = 100 4) De II e IV, temos 100c + d = 0 ⇒ c = 1 –– 900c+d = 100 8 e d = – 12,5 5) Quando t = 40°C, temos t = ax + b 40 = 5x – 50 x = 18 6) O valor de t’ é dado por t’ = c x2 + d 1 t’ = –– (18)2 – 12,5 8 t’ = 28 graus Resposta: 28 graus 25) a) Foi dado que c = 5,0 . 10–3 θ + 0,2 Sejam c1 e c2 os calores específicos a 20°C e a 60°C, respectivamente. Assim, c1 = 5,0 . 10–3 . 20 + 0,2 (cal/g°C) c1 = 0,3 cal/g°C c2 = 5,0 . 10–3 . 60 + 0,2 (cal/g°C) c2 = 0,5 cal/g°C Como a variação do calor específico sensível com a temperatura é linear, podemos afirmar que o calor específico sensível médio entre 20°C e 60°C é 8– SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 c1 + c2 0,3 + 0,5 cm= ––– ––––– = ––––– –––– (cal/g°C) 2 2 π π –– – . 1,0 + ––– 2 2 i = 2,0 + 2,0 cos π π –– – . 2,0 + ––– 2 2 = 2,0A i = 2,0 + 2,0 cos π π ––– . 3,0 + ––– 2 2 = 4,0A i = 2,0 + 2,0 cos π π ––– . 4,0 + ––– 2 2 = 2,0A i = 2,0 + 2,0 cos cm = 0,4 cal/g°C b) Temos que Q = m cmΔθ Q = 200 . 0,4 . 40 (cal) Q = 3,2 . 103cal Respostas: a) 0,4 cal/g°C b) 3,2 . 103 cal 26) a) tE + 16 tc – 0 tc tE – (– 16) – = ––––– ––––––– – = ––––––––– – – ⇒ –––– 100 100 – 0 80 64 – (–16) ⇒ 4tC = 5tE + 80 tC = 1,25tE + 20 =0 2) A quantidade de carga elétrica é dada pela área sob o gráfico i x t. Observe que a região 2 “se encaixa” na região 1, como ilustrado a seguir e, assim, obtém-se uma figura geométrica regular. Isto posto, temos: b) Conversão de 32°E para a escala Celsius: tC = 1,25 (32) + 20 (°C) tC = 60°C Assim, Qcedido + Qrecebido = 0 Como 273K = 0°C N Q = Área ⇒ Q = b . h = 4,0 . 2,0 ⇒ 212°F = 100°C 176,25mᐉ = 176,25cm3 então (m c Δθ)metal + [(mcΔθ)gelo + mLF + (m cΔθ)água] + (mcΔθ)água = 0 2) A intensidade média da corrente elétrica é dada por: Q 8,0 im = ––– = ––– (A) ⇒ Δt 4,0 2700 . 0,20 . (60 – 100) + m . 0,55 . [0 –(–10)] + + m . 80 + m . 1,0 . (60 – 0) + 176,25 . 1,0 . (60 – 0) = 0 Q = 8,0C im = 2,0A Respostas: 8,0C e 2,0A – 21600 + 5,5m + 80m + 60m + 10575 = 0 145,5m = 11 025 28) 1) m ≅ 75,8g Resposta: a) tC = 1,25 tE + 20 b) 75,8g 27) 1) Devemos, inicialmente, obter o gráfico i x t para o intervalo de tempo citado. i = 2,0 + 2,0 cos π π ––– . 0 + ––– 2 2 SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 = 2,0A –9 As massas contidas nos dois fios devem ser iguais, portanto: m1 = m2 μV1 = μV2 πr12 ᐉ1 = π r 22 ᐉ2 a2 a2L = ––– ᐉ2 4 ᐉ2 = 4L 2) Pela 2.ª Lei de Ohm, temos: ᐉ1 ρ . ᐉ1 L –––––– –––––– ––– 2 R1 π r A1 a2 1 = ––––––– = ––––– ––– = ––––––– ᐉ2 ρ . ᐉ2 4L R2 –––––– –––––– ––– A2 π r22 a2 ––– 4 15 1 ––– = ––– ⇒ R2 = 240Ω R2 16 3) Utilizando, novamente, a 2.ª Lei de Ohm, vem: ρ. ᐉ2 ––––– ᐉ2 R2 A2 ––– = –––––– = –––––––– ρ. ᐉ2’ (ᐉ2 – 1,0) R’2 ––––– A2 ᐉ2 240 –––– = –––––––– (ᐉ2 – 1,0) 180 3) 4) ᐉ2 4 ⇒ –– = ––––––––– 3 (ᐉ2 – 1,0) ᐉ2 = 4,0m 4) Como ᐉ2 = 4L, temos: 4,0 = 4L ⇒ L = 1,0m Resposta: 1,0m R ––– . 2R 2 2 R’ = ––––––––– = ––– R R 5 ––– + 2R 2 29) 1) 5) 2) Pela simetria do circuito, pode-se concluir que os pontos C e E possuem os mesmos potenciais elétricos e podem ser considerados coincidentes. Analogamente, os pontos F e H também serão coincidentes e, assim, temos: 10 – SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 7 R . ––– R 5 7 Req = ––––––––– = ––– R 7 12 R + ––– R 5 terminais do gerador, assim: U = E – r i ⇒ U = 50 – 2,5 . 2,5 U = 43,75V Respostas: a) 2,5A 6) b) 43,75V 7 Resposta: ––– R 12 30) Do gráfico, podemos obter a expressão que relaciona R e i (R(i)): R = R0 + a i em que R0 = 15Ω (valor de R para i = 0) ΔR e a = ––– (coeficiente angular da reta) Δi 5,0 a = –––– ⇒ a = 1,0 5,0 Assim: R = 15 + 1,0i Esquematizando o circuito, vem: Da Lei de Pouillet, temos: E 50 i = ––– ⇒ i = –––––––––––– ∑R (15 + i) + 2,5 15i + i2 + 2,5i = 50 i = 2,5A i2 + 17,5i – 50 = 0 ou i’ = – 20A (inadequada) b) A tensão elétrica nos terminais do resistor é a mesma dos SIMULADO FÍSICA – ITA/2010 – 11