Olimpíada Brasileira de Física 2004 1a Fase Prova para alunos de

Olimpíada Brasileira de Física 2004
1a Fase
Prova para alunos de 1o e 2o anos
Leia atentamente as instruções abaixo:
1 – Esta prova destina-se exclusivamente a alunos de 1o e 2o anos.
2 – A prova contem trinta questões. Escolha vinte para resolver.
3 – Cada questão contém cinco alternativas, das quais apenas uma é correta. Assinale, na Folha de Respostas, a alternativa que julgar correta.
4 – A Folha de Respostas com a identificação do estudante encontra-se na última página deste caderno e deverá ser entregue no final da prova.
5 – A duração desta prova é de 4 horas.
6 – O estudante deverá permanecer na sala no mínimo 90 minutos.
7 – É expressamente proibido o uso de quaisquer tipos de calculadora.
8 - Para a resolução das questões desta prova use, quando for o caso, os seguintes dados:
• aceleração da gravidade próxima à superfície da Terra: g = 10 m/s2
• π=3
Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 1º e 2º anos ______________________________________________________________________1
OLIMPÍADA BRASILEIRA DE FÍSICA – 2004
1a Fase – 1o e 2o anos
________________ Questão 1 ________________
________________ Questão 5 ________________
Você e um amigo combinaram viajar juntos para
uma estância que fica a 200 km de distância. Devido
a imprevistos, você se atrasou e, na saída, telefona
para seu amigo e verifica que ele está 20 km a sua
frente. Combinam, então, que ele viajaria a 70 km/h
e você a 80 km/h, até se encontrarem. Supondo que
essas velocidades sejam mantidas, o encontro ocorrerá
Um carro de testes em uma pista retilínea, partindo do repouso, acelera durante 20 s com acelerar
ção constante a1 . Depois, permanece com a velocidade adquirida durante mais 20 s e, em seguida,
r
freia bruscamente com aceleração constante a 2 .
r
r
Sendo a 2 > a1 , o gráfico que melhor representa o
a)
b)
c)
d)
e)
em 15 minutos.
em 2 horas.
após você andar 180 km.
na entrada da estância.
a 60 km da estância.
movimento é:
x (m)
a)
________________ Questão 2 ________________
Deixa-se cair uma pedra, a partir do repouso, por
meio segundo (0,50s). Desprezando-se a resistência
do ar, sua velocidade média, ao fim desse meio segundo é de
a)
b)
c)
d)
e)
2,5 m/s
5,0 m/s
10 m/s
20 m/s
40 m/s
20
40
60 t (s)
20
40
60
20
40
60 t (s)
20
40
60 t (s)
40
60 t (s)
v (m/s)
b)
t (s)
________________ Questão 3 ________________
Quando o sinal abre, um carro parado inicia um
movimento uniformemente acelerado, sendo neste
mesmo instante ultrapassado por um caminhão que
se move com velocidade constante vo. A velocidade
do carro no momento que ultrapassa o caminhão é
a)
b)
c)
d)
e)
2
a (m/s )
c)
1,1 vo
1,2 vo
1,5 vo
2,0 vo
2,5 vo
x (m)
________________ Questão 4 ________________
d)
Um aeromodelo descreve um movimento circular
uniforme com velocidade escalar de 12 m/s, perfazendo 4 voltas por minuto. A sua aceleração é de
a)
b)
c)
d)
e)
2
0,0 m/s
2
0,8 m/s
2
4,8 m/s
2
7,2 m/s
2
9,6 m/s
a (m/s2)
e)
20
Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 1º e 2º anos ______________________________________________________________________2
________________________________________ Questão 6 __________________________________________
Um corpo de massa m encontra-se suspenso por um fio inextensível de massa desprezível. Esta situação e o
diagrama de forças estão representados nas figuras a seguir.
F2
F4
Teto
Superfície da Terra
Corda
F1
F6
F5
F3
Centro da Terra
Afirma-se que as seguintes forças formam pares de ação e reação:
F1 e F2
F4 e F5
I.
V.
II.
F1 e F4
VI.
F5 e F6
III.
F2 e F3
VII.
F3 e F6
IV.
F3 e F4
VIII. F2 e F5
Está correto o que se afirma em:
a) I, IV e VI.
b) II, III e VII.
c) III, V e VIII.
d) I, V e VI.
e) II, IV, VII e VIII.
________________ Questão 7 ________________
No esquema da figura abaixo, o bloco de massa
m2 desliza sem atrito sobre o plano horizontal e a
roldana é ideal.
m2
m1
Quando o motoqueiro encontra-se no ponto mais
alto da trajetória e a sua velocidade é a mínima para
não cair,
a) seu peso deve ser igual a força normal.
b) seu peso mais a força centrípeta deve ser igual
à força normal.
c) a força normal é a força resultante sobre o motoqueiro.
d) a força peso é a força resultante sobre o motoqueiro.
e) a força resultante sobre o motoqueiro é nula.
________________ Questão 9 ________________
Sendo a massa do outro bloco m1 = 2 kg e a tensão no fio T = 12 N, a massa m2 é de
a)
b)
c)
d)
e)
Duas pessoas carregam um botijão de gás de
massa 25 kg, conforme a figura a seguir. O ângulo
o
de abertura dos braços das duas pessoas é de 37 .
2 kg
3 kg
4 kg
5 kg
6 kg
37
o
37
o
________________ Questão 8 ________________
Considere o movimento de um motoqueiro em
um globo da morte, como ilustrado abaixo.
GÁS
o
Globo da morte
o
Considerando sen 37 = 0,6 e cos 37 = 0,8, a força que cada uma faz é de, aproximadamente,
a)
b)
c)
d)
e)
156 N
208 N
313 N
417 N
625 N
Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 1º e 2º anos ______________________________________________________________________3
________________ Questão 10 _______________
________________ Questão 12 _______________
Numa oficina mecânica, usa-se um acoplamento
de polias para levantar peças pesadas. O diagrama
abaixo representa um desses dispositivos, onde as
massas das polias e das cordas, bem como os atritos, podem ser considerados desprezíveis.
Você está empurrando uma caixa com a força
necessária para mantê-la com velocidade constante
sobre uma superfície com atrito. O trabalho realizado
pela força que você aplica é
a) nulo.
b) independente da massa da caixa.
c) igual em módulo à energia dissipada pela força
de atrito.
d) igual à variação da energia cinética da caixa.
e) igual ao trabalho da força resultante.
________________ Questão 13 _______________
F2
F1 = 1200 N
Nessas condições a força F2 que equilibra a força F1 é de
a)
b)
c)
d)
e)
800 N
600 N
400 N
300 N
200 N
Um bloco de massa m = 0,60 kg, sobre um trilho
de atrito desprezível, comprime uma mola de constante elástica k = 2000 N/m, conforme a figura abaixo.
Considere que a energia potencial gravitacional seja
zero na linha pontilhada. O bloco, ao ser liberado,
passa pelo ponto P (h=0,60 m) onde 75% de sua
energia é cinética.
P
k
m
h
________________ Questão 11 _______________
Um pêndulo acha-se suspenso do teto e a massa m oscila entre os pontos A e C, como representado na figura abaixo.
A compressão x da mola foi de
a)
b)
c)
d)
e)
9,0 cm
12 cm
15 cm
18 cm
21 cm
________________ Questão 14 _______________
A
m
B
C
D
No esquema da figura, a bolinha de massa m é
abandonada em repouso e desliza, sem girar, sobre
o plano inclinado sem atrito, desde a altura h, até ser
encaçapada pelo buraco na superfície inclinada.
m
Sobre as energias desse pêndulo, afirma-se que
I.
a diferença de energia potencial entre A e B é
numericamente igual à energia cinética em A.
II. a diferença de energia potencial entre A e B é
numericamente igual à energia cinética em B.
III. a diferença de energia potencial entre os pontos A e D é zero.
Está correto o que se afirma, somente, em:
a)
b)
c)
d)
e)
I.
II.
III.
I e III.
II e III.
h
M
Considerando que não há atrito entre o bloco de
massa M e a superfície horizontal, o bloco M
a) move-se inicialmente para a esquerda e depois
retorna à sua posição inicial.
b) adquire uma velocidade para a direita proporcional à altura h.
c) move-se para a esquerda e pára.
d) adquire uma velocidade para a esquerda proporcional à altura h.
e) permanece imóvel o tempo todo.
Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 1º e 2º anos ______________________________________________________________________4
________________ Questão 15 _______________
________________ Questão 18 _______________
Um carrinho de massa 3m desliza sem atrito com
r
velocidade v sobre um trilho retilíneo e horizontal e
colide elasticamente com outro carrinho de massa
5m, inicialmente parado. As velocidades dos dois
carrinhos após a colisão são, respectivamente,
Sobre um satélite em órbita circular em torno da
Terra (considerada uma esfera homogênea) afirma-se
que
a)
v e
8
2v
3
b)
v e
3
v
4
c)
v e
3
v
4
d)
v e 3v
4
4
e)
v e 3v
4
4
I.
o centro da órbita do satélite pode não coincidir
com o centro da Terra.
II. o peso de um astronauta no interior do satélite
é zero.
III. se o satélite for estacionário, seu período é de 24 h.
Está correto o que se afirma, somente, em:
a)
b)
c)
d)
e)
I
II
III
I e II
II e III
________________ Questão 19 _______________
________________ Questão 16 _______________
O jogador Roberto Carlos, da seleção brasileira de
futebol, costuma chutar faltas nas quais a bola, de massa aproximadamente 400 g, chega a atingir 126 km/h.
Considerando que a bola fique em contato com a
chuteira do jogador durante, aproximadamente,
-2
1,00×10 s, a força média que a bola recebe é, aproximadamente, igual a
a)
b)
c)
d)
e)
700 N
1010 N
1400 N
2020 N
5040 N
________________ Questão 17 _______________
Ao passarem por uma gangorra, um estudante
de 48 kg diz a um colega que consegue calcular a
sua massa, caso ele se sente em uma posição em
um dos lados do brinquedo. Concordando, ele sentou-se em uma posição distante 12 palmos do ponto
de sustentação, medidos pelo estudante que se sentou do lado oposto, e buscou um lugar de tal maneira
que o sistema ficou em equilíbrio. Contou 9 palmos
de onde se encontrava até o ponto de sustentação.
Fez rapidamente umas contas e o valor calculado da
massa foi de
Em seu trabalho sobre a gravitação universal,
Newton demonstrou que uma distribuição esférica
homogênea de massa surte o mesmo efeito que teria
toda a massa, se concentrada no centro da distribuição. Se no centro da Terra fosse recortado um espaço oco esférico de metade do raio da Terra, a aceleração da gravidade diminuiria para
a)
b)
c)
d)
e)
3
g
8
1
g
2
5
g
8
3
g
4
7
g
8
________________ Questão 20 _______________
Um estudante observa um pedaço de papel em
um laboratório e o vê como sendo vermelho. O estudante tira as seguintes conclusões sobre o que está
observando:
I.
a)
b)
c)
d)
e)
36 kg
64 kg
21 kg
24 kg
57 kg
O papel pode ser branco e estar sendo iluminado com uma luz vermelha.
II. O papel pode ser vermelho e estar sendo iluminado com uma luz vermelha.
III. O papel pode ser vermelho e estar sendo iluminado com uma luz branca.
Segundo as observações do estudante, está correto o que se afirma em:
a)
b)
c)
d)
e)
II, somente.
III, somente.
I e III, somente.
II e III, somente.
I, II e III.
Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 1º e 2º anos ______________________________________________________________________5
________________ Questão 21 _______________
________________ Questão 25 _______________
Na refração de um feixe de luz monocromático
ao passar da água para o ar
Considere um experimento no qual liga-se uma
lâmpada incandescente comum e acima dela coloca-se uma ventoinha, que passa a girar.
a)
b)
c)
d)
e)
ocorre variação da cor da luz.
a velocidade da luz aumenta.
o comprimento de onda da luz diminui.
a freqüência aumenta.
o ângulo com a normal diminui.
________________ Questão 22 _______________
Em relação à formação de imagens em um olho
humano e aos defeitos da visão afirma-se que
I.
em um olho míope, por ser mais alongado, o feixe de luz converge antes da retina.
II. na hipermetropia se corrige com o uso de lentes convergentes.
III. a presbiopia, popularmente chamada de vista
cansada, corrige-se com uma lente convergente.
IV. a correção do astigmatismo é feita com o uso
de lentes que não possuem o mesmo raio de
curvatura em toda sua extensão.
Está correto o que se afirma em:
a)
b)
c)
d)
e)
I e II, apenas.
I, II e III, apenas.
II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
________________ Questão 23 _______________
Sobre a formação de imagens em espelhos,
afirma-se que
nos espelhos côncavos e convexos, a lei da reflexão não é válida.
II. no espelho plano, o tamanho da imagem é
sempre igual ao tamanho do objeto.
III. nos espelhos côncavo e convexo, o tamanho da
imagem é sempre diferente do tamanho do
objeto.
Em relação a esse experimento afirma-se que
I.
a ventoinha gira devido somente à pressão da
irradiação sobre suas pás.
II. a energia elétrica é toda convertida em energia
cinética das pás da ventoinha.
III. as moléculas de ar quente, ao colidirem com
as pás da ventoinha, transferem parte de sua
quantidade de movimento para as pás que
passam a se mover.
IV. a energia elétrica transforma-se em energia
térmica e luminosa e parte dessa energia térmica é, posteriormente, convertida em energia
cinética da ventoinha.
Está correto o que se afirma em:
a)
b)
c)
d)
e)
I e II, somente.
I e III, somente.
II e III, somente.
III e IV, somente.
I, II, III e IV.
I.
Está correto o que se afirma em:
a)
b)
c)
d)
e)
I, apenas.
II, apenas.
III, apenas.
I e II, apenas.
II e III, apenas.
________________ Questão 24 _______________
Um pino está preso em uma chapa fabricada
com um material cujo coeficiente de dilatação volumétrica é bem menor que o coeficiente do pino.
Para soltar esse pino, deve-se, se possível,
a)
b)
c)
d)
e)
resfriar igualmente o pino e a chapa.
resfriar apenas a chapa.
aquecer apenas o pino.
aquecer igualmente o pino e a chapa.
aquecer o pino e resfriar a chapa, simultaneamente.
________________ Questão 26 _______________
Uma estudante colocou em um recipiente 2,0 litros (2,0 kg) de água, inicialmente a 20 °C, para ferver. Distraindo-se, esqueceu a água no fogo por um
certo tempo e, quando percebeu, metade da água
havia se evaporado. Curiosa, desejou saber que
quantidade de calor a água havia consumido no processo. Sendo o calor específico e o calor de vaporização da água, respectivamente, iguais a 1,0 cal/g°C e
540 cal/g, encontrou
a)
b)
c)
d)
e)
700 kcal
620 kcal
160 kcal
540 kcal
80 kcal
Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 1º e 2º anos ______________________________________________________________________6
________________ Questão 27 _______________
________________ Questão 29 _______________
Um gás, contido em um cilindro provido de um
pistão, sofre a transformação descrita pelo diagrama
abaixo, desde o estado A até o estado B.
Uma criança está dentro de uma piscina, brincando com três objetos fabricados com materiais diferentes, mas que possuem o mesmo peso. Você observa
que o objeto 1 fica boiando, submerso pela metade,
que o objeto 2 fica imerso totalmente e parado em
qualquer lugar dentro da água e que o objeto 3 submerge totalmente indo para o fundo da piscina.
p(atm)
1
B
A
3
200
400
600
V(cm )
Sabendo-se que nesse processo o gás cedeu ao meio externo 60 J de calor e consideran5
2
do 1 atm =1 x 10 N/m , a energia interna do gás
a)
b)
c)
d)
e)
diminuiu de 20 J.
aumentou de 20 J.
diminuiu de 60 J.
aumentou de 100 J.
diminuiu de 100 J.
a) o empuxo no objeto 1 é a metade do empuxo
no objeto 2.
b) o empuxo no objeto 2 é igual ao empuxo no objeto 3.
c) o empuxo no objeto 1 é maior do que o empuxo
no objeto 2.
d) o empuxo no objeto 3 é menor do que o empuxo no objeto 1.
e) os empuxos nos três objetos são iguais.
________________ Questão 30 _______________
________________ Questão 28 _______________
Sabe-se que a força vertical máxima que uma
pessoa pode aplicar à extremidade do cabo do macaco hidráulico, ilustrado na figura abaixo, é de 300 N.
Colocou-se em um tubo de vidro em forma de U,
de extremidades abertas, dois líquidos de densidades diferentes que não se misturam. A superfície
livre do líquido B ficou com uma altura h acima da
superfície livre do líquido A, conforme ilustrado na
figura abaixo.
M
Área A1
h
L0
L1
F
Área A0
L1
A
= 8 e que 1 = 3, a maior
L0
A0
massa M que essa pessoa consegue erguer com
este macaco é de
Sabendo-se que
a)
b)
c)
d)
e)
90,0 kg
240 kg
720 kg
810 kg
240 kg
B
A
Se for despejado um volume adicional
a) do líquido A na coluna da esquerda, a altura h
aumenta.
b) do líquido A na coluna da esquerda, a altura h
diminui.
c) do líquido B na coluna da direita, a altura h diminui.
d) do líquido B na coluna da direita, a altura h permanece constante.
e) do líquido A na coluna da esquerda e volume
igual do líquido B na coluna da direita, o nível
da interface entre os líquidos sobe.
Olimpíada Brasileira
de Física 2004
FOLHA DE RESPOSTAS – 1a FASE – 1o E 2o ANOS
Identificação do Aluno
Nome:________________________________________________________________ Série: _________
Escola:_______________________________________________________________________________
e-mail: ______________________ Município:____________________________ Estado:___________
Assinatura:________________________________________
PREENCHER USANDO LETRA DE FORMA
QUESTÃO
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
A
ALTERNATIVA
B
C
D
E