FÍSICA DADOS g = 10 m/s2 G = 6,6.10-11 N.m2/kg2 água = 1,0 g/cm3 sen 45 o 2 2 l/40 = 9.109 N.m2/C2 cágua= 1,0 cal/gºC cos 45 o 2 2 c = 3.108 m/s LF(água) = 80 cal/g tg 45 o 1 R i V ' ' r 'i v 2 v02 2ad P E t V ri a 1 f i p' o p 1 p B 0i 2r B 0i 2R 44) 1 p' ' B t 45) Blv 46) E mc 2 47) m m0 1 v2 c2 01) Leia com atenção o texto abaixo. Chamados popularmente de “zeppelins”, em homenagem ao famoso inventor e aeronauta alemão Conde Ferdinand von Zeppelin, os dirigíveis de estrutura rígida constituíram-se no principal meio de transporte aéreo das primeiras décadas do século XX. O maior e mais famoso deles foi o “Hindenburg LZ 129”, dirigível cuja estrutura tinha 245 metros de comprimento e 41,2 metros de diâmetro na parte mais larga. Alcançava a velocidade de 135 km/h e sua massa total incluindo o combustível e quatro motores de 1100 HP de potência cada um - era de 214 toneladas. Transportava 45 tripulantes e 50 passageiros, estes últimos alojados em camarotes com água corrente e energia elétrica. O “Hindenburg” ascendia e mantinha-se no ar graças aos 17 balões menores instalados no seu bojo, isto é, dentro da estrutura, que continham um volume total de 20 000 m3 de gás Hidrogênio e deslocavam igual volume de ar ( Hidrogênio = 0,09 kg/m3 e ar = 1,30 kg/m3). Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. Era graças à grande potência dos seus motores que o dirigível “Hindenburg” mantinha-se no ar. 02. O Princípio de Arquimedes somente é válido para corpos mergulhados em líquidos e não serve para explicar por que um balão sobe. 04. O empuxo que qualquer corpo recebe do ar é causado pela variação da pressão atmosférica com a altitude. 08. É possível calcular o empuxo que o dirigível recebia do ar, pois é igual ao peso do volume de gás Hidrogênio contido no seu interior. 16. Se considerarmos a massa específica do ar igual a 1,30 kg/m 3, o empuxo que o dirigível recebia do ar era igual a 2,60 x 105 N. 32. A força ascensional do dirigível dependia única e exclusivamente dos seus motores. 64. Deixando escapar parte do gás contido nos balões, era possível reduzir o empuxo e, assim, o dirigível poderia descer. Gabarito: 84 (04 + 16 + 64) Número de acertos: 330 (4,6%) Grau de dificuldade previsto: Fácil Grau de dificuldade obtido: Médio OBJETIVO DA QUESTÃO: Identificar, compreender e aplicar o Princípio de Arquimedes em uma situação real: o vôo de um balão dirigível. SOLUÇÃO: 01. Incorreta. O empuxo, e não os seus motores, mantinha o dirigível flutuando. 02. Incorreta. O princípio de Arquimedes é válido para líquidos e gases. 04. Correta. No ar, o empuxo é devido à variação da pressão atmosférica. 08. Incorreta. O empuxo não é igual ao peso do volume do gás hidrogênio contido nos balões, e sim, igual ao peso do volume de ar deslocado. 16. Correta. E = argVgas = 1,30 x 10 x 2,0x10 N = 2,60 x 105 N. 32. Incorreta. A força ascensional dependia do empuxo e não exclusivamente dos seus motores. 64. Correta. Deixando escapar parte do gás, reduzia-se o empuxo, o que permitia controlar a altitude do dirigível. ANÁLISE DA QUESTÃO: A questão requer a identificação e compreensão das idéias e princípios físicos envolvidos em uma situação real, descrita em um pequeno texto sobre o vôo de um balão dirigível. Além da compreensão do texto, é necessário conhecer, compreender e aplicar o Princípio de Arquimedes. Apenas 4,61% dos candidatos apresentou resposta totalmente correta, indicando um nível de dificuldade maior do que o esperado. Entretanto, observando a ocorrência de respostas, verificamos que as proposições corretas (04, 16 e 64) apresentam freqüências muito maiores do que as incorretas. A maior parte dos candidatos (19,85%) assinalou como corretas as proposições 04 e 64, mostrando uma compreensão clara dos fenômenos físicos envolvidos na situação, porém, não foram capazes de calcular corretamente o empuxo (proposição 16). Um percentual razoável dos candidatos (12,24%) considerou correta apenas a proposição 64, demonstrando não reconhecer a variação da pressão atmosférica como causa do empuxo e não ser capaz de calcular corretamente o valor do empuxo. Apesar de simples, os resultados indicam que o cálculo do valor do empuxo aumentou o grau de dificuldade da questão para os candidatos. 02) Um ratinho afasta-se de sua toca em busca de alimento, percorrendo uma trajetória retilínea. No instante t = 11 s, um gato pula sobre o caminho do ratinho e ambos disparam a correr: o ratinho retornando sobre a mesma trajetória em busca da segurança da toca e o gato atrás do ratinho. O gráfico da figura representa as posições do ratinho e do gato, em função do tempo, considerando que no instante t = 0, o ratinho partiu da posição d = 0, isto é, da sua toca. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) sobre o movimento do ratinho e do gato: 01. No instante t = 10 s o ratinho encontra-se a 10 m da sua toca, isto é, do seu ponto de partida. 02. O ratinho deslocou-se com velocidade constante entre os instantes t = 5,0 s e t = 7,0 s. 04. O movimento do ratinho foi sempre retilíneo e uniforme, tanto na ida como na volta. 08. O gato encontrava-se a 5,0 metros do ratinho quando começou a persegui-lo. 16. O ratinho parou duas vezes no seu trajeto de ida e volta até a toca. 32. O ratinho chega 1,0 segundo antes do gato que, portanto, não consegue alcançá-lo. 64. O gato percorre uma distância maior que a do ratinho, em menor tempo, por isso alcança-o antes que ele possa chegar à toca. Gabarito: 56 (08+ 16 + 32) Número de acertos: 1.547 (21,60%) Grau de dificuldade previsto: Fácil Grau de dificuldade obtido: Fácil OBJETIVO DA QUESTÃO: Interpretar a representação gráfica da posição, em função do tempo do movimento de dois corpos, numa trajetória retilínea. SOLUÇÃO: 01. Incorreta. Pelo gráfico é simples verificar que no instante t = 10 s, o ratinho encontrava-se a 9,0 m de sua toca. 02. Incorreta. Como o gráfico fornecia posição versus distância, o ratinho permaneceu parado entre t = 5,0 s e t = 7,0 s. 04. Incorreta. Como a curva apresentada no gráfico não é retilínea, o movimento não pode ser uniforme, mas sim variado. 08. Correta. O gráfico mostra de forma clara que o gato estava a 5,0 m do ratinho no instante em que começou a persegui-lo. 16. Correta. Pelo gráfico, pode-se constatar que a posição do ratinho não mudou nos intervalos de tempo entre 5,0 s e 7,0 s e entre 10 s e 11 s. 32. Correta. O gráfico deixa claro que o ratinho volta à origem (sua toca) em t = 16 s, ao passo que o gato atinge a origem em t = 17 s. 64. Incorreta. O gato percorre 14 metros em seis segundos e o ratinho percorre 9 metros em cinco segundos, porém este atinge a toca (origem) um segundo antes do gato que, portanto, não o alcança. ANÁLISE DA QUESTÃO: A solução desta questão exige a interpretação correta dos dados apresentados em um gráfico que fornece a posição do ratinho e do gato, em função do tempo. Um grande percentual de candidatos (21,57%) interpretou corretamente os dados fornecidos sob forma gráfica, assinalando a resposta associada às três proposições corretas. Entretanto, quase a metade dos candidatos considerou correta a proposição 02, interpretando de forma errônea o gráfico e concluindo que o ratinho manteve velocidade constante entre os instantes 5,0 s e 7,0 s. Tendo em vista o nível primário dos conhecimentos necessários e a simplicidade da questão, isto pode significar uma deficiência em interpretação de gráficos, de forma geral, ou o gráfico da posição de um móvel em função do tempo, uma vez que parece ter sido confundido com o gráfico da velocidade em função do tempo. 03) Descendo um rio em sua canoa, sem remar, dois pescadores levam 300 segundos para atingir o seu ponto de pesca, na mesma margem do rio e em trajetória retilínea. Partindo da mesma posição e remando, sendo a velocidade da canoa, em relação ao rio, igual a 2,0 m/s, eles atingem o seu ponto de pesca em 100 segundos. Após a pescaria, remando contra a correnteza do rio, eles gastam 600 segundos para retornar ao ponto de partida. ponto de partida VCR ponto de pesc a d Considerando que a velocidade da correnteza VCR é constante, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. Quando os pescadores remaram rio acima, a velocidade da canoa, em relação à margem, foi igual a 4,00 m/s. 02. Não é possível calcular a velocidade com que os pescadores retornaram ao ponto de partida, porque a velocidade da correnteza não é conhecida. 04. Quando os pescadores remaram rio acima, a velocidade da canoa, em relação ao rio, foi de 1,50 m/s. 08. A velocidade da correnteza do rio é 1,00 m/s. 16. O ponto de pesca fica a 300 metros do ponto de partida. 32. Não é possível determinar a distância do ponto de partida até ao ponto de pesca. 64. Como a velocidade da canoa foi de 2,0 m/s, quando os pescadores remaram rio abaixo, então, a distância do ponto de partida ao ponto de pesca é 200 m. Gabarito: 28 (04 + 08 + 16) Número de acertos: 722 (10%) Grau de dificuldade previsto: Difícil Grau de dificuldade obtido: Médio OBJETIVO DA QUESTÃO: Aplicar os conhecimentos sobre movimento relativo (composição de movimentos) no deslocamento de uma canoa em um rio. SOLUÇÃO: d = VCRt1 , d = ( VCR+2,0)t d = ( Vc – VCR)t3 Vc = d/t3 + VCR t1 = 300 s t2 = 100 s t3 = 600 s VCR = (2,0 x 100)/ (300-100) VCR = 1,0 m/s d = 1,0 x 300 = 300 m Vc = (300/600 + 1,0 ) Vc = 1,5 m/s 01. Incorreta. A velocidade rio acima é 1,5 m/s. 02. Incorreta. Os dados fornecidos permitiam que se calculasse a velocidade da canoa rio acima. 04. Correta. A solução mostra que a velocidade rio acima é 1,5 m/s. 08. Correta. O cálculo mostra que a velocidade da correnteza é 1,0 m/s. 16. Correta. A distância percorrida é 300m. 32. Incorreta. Como foi mostrado acima, é possível calcular a distância do ponto de partida ao ponto de pesca. 64. Incorreta. Esta proposição ignora a velocidade da correnteza do rio. ANÁLISE DA QUESTÃO: A questão trata da composição de movimentos, estando relacionada com o quotidiano, em situações reais do deslocamento de uma pessoa em um trem em movimento, de um avião em relação à terra ou em relação ao vento. Conceitualmente fácil, a questão foi prevista como difícil face aos cálculos envolvidos; entretanto, 10% dos candidatos acertaram totalmente a questão, sendo obtido grau médio de dificuldade. É importante observar que 13% consideraram como corretas as proposições 08 e 16, não conseguindo calcular a velocidade com que os pescadores remaram rio acima. Uma parcela significativa dos candidatos (23%) considerou como correta apenas a proposição 64, que é incorreta, porque ignora a velocidade da correnteza do rio. Apesar da freqüência de respostas corretas ser maior do que a esperada, os resultados mostram que a composição de movimentos não é compreendida de forma clara pelos candidatos. 04) Um pára-quedista abandona o avião e inicia sua queda, em pleno ar, no instante t = 0. Cai livremente - submetido somente à força de resistência do ar e à força peso - até o instante t2, quando abre o pára-quedas. O gráfico abaixo representa a velocidade vertical do pára-quedista em função do tempo. V (m/s) 0 t1 t2 t3 t (s) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. A aceleração do pára-quedista tem valor constante, desde o instante em que abandona o avião (t = 0) até o instante em que o pára-quedas abre (t = t2). 02. Entre os instantes t1 e t2, a força de resistência do ar tem valor igual ao da força peso. 04. Desde o instante em que o pára-quedista abandona o avião (t = 0) até o instante t1, a força de resistência do ar aumenta, desde zero até um valor igual ao da força peso. 08. Durante toda a queda, a aceleração do pára-quedista é constante e igual à aceleração da gravidade. 16. Entre os instantes t2 e t3, a força de resistência do ar sobre o pára-quedista e seu pára-quedas apresenta valores maiores do que a força peso do conjunto, e a força resultante tem sentido contrário ao do movimento do pára-quedista. 32. Em nenhum instante, a força de resistência do ar apresentou maior intensidade do que a da força peso do pára-quedista. 64. Ao atingir o solo, a energia cinética do pára-quedista é igual à energia potencial gravitacional ao abandonar o avião, porque a energia mecânica se conserva. Gabarito: 22 (02 + 04 + 16) Número de acertos: 1.017 (14,20%) Grau de dificuldade previsto: Médio Grau de dificuldade obtido: Médio OBJETIVO DA QUESTÃO: Aplicar a primeira e a segunda lei de Newton e a conservação da energia ao movimento de queda de um páraquedista. SOLUÇÃO: 01. Incorreta. Pelo gráfico podemos ver que a velocidade não varia linearmente com o tempo, indicando que a aceleração é variável. 02. Correta. Entre os instantes t1 e t2, observa-se que a velocidade do pára-quedista permanece constante, e portanto a força resultante sobre ele deve ser nula. Assim, a força de resistência do ar tem valor igual ao da força peso, pois são as duas forças que atuam no sistema pára-quedas mais pára-quedista. 04. Correta. Observa-se, a partir do gráfico, entre os instantes t = 0 e t 1, que a velocidade aumenta até um valor máximo, a partir do qual torna-se constante, indicando, claramente, que a força resistiva aumenta até equiparar-se à força peso, pois a força resultante vertical é nula. 08. Incorreta. A aceleração é variável, apresentando valor nulo entre os instantes t1 e t2 , e invertendo o seu sentido entre os instantes t 2 e t3; o que se pode constatar diretamente do gráfico. 16. Correta. Pelo gráfico, observa-se que entre os instantes t2 e t3 a velocidade do sistema decresce muito rapidamente, mostrando que a força resistiva tornou-se, bruscamente, maior que a força peso, diminuindo em intensidade até igualar-se novamente à força peso, levando o sistema a uma nova velocidade constante a partir do instante t3. 32. Incorreta. O gráfico mostra, claramente, que a força resistiva tornouse maior do que a força peso entre os instante t2 e t3. 64. Incorreta. Como temos uma situação com a presença de uma força dissipativa – a força de resistência do ar –, está claro que não ocorre conservação de energia mecânica. ANÁLISE DA QUESTÃO: Para a solução desta questão de mecânica, o aluno deveria aplicar corretamente a primeira e a segunda lei de Newton, a partir de dados, fornecidos graficamente, a respeito da velocidade do sistema. Como a questão considera a força de resistência do ar – uma força dissipativa –, não ocorre a conservação da energia mecânica e os candidatos demonstraram conhecimento muito bom deste fato, pois o percentual de alunos que considerou correta a proposição 64, que afirma a conservação da energia mecânica, foi baixo (1,02%). Um contingente significativo dos candidatos (15%) acertou totalmente a questão, considerando as três proposições corretas, o que mostra que o grau de dificuldade obtido foi fácil. Porém, 8,5% das respostas considerou apenas as proposições 02 e 04 como corretas, ignorando o fato (mostrado no gráfico) de que a força de resistência do ar assume valores maiores do que a força peso, em um certo intervalo de tempo da queda. Da mesma forma, 5,5% dos candidatos consideraram como corretas apenas as proposições 02 e 16, não compreendendo que a força de resistência do ar varia com a velocidade, aumentando desde zero até um valor igual ao da força. 05) Um avião descreve uma curva em trajetória circular com velocidade escalar constante, num plano horizontal, conforme está representado na figura, onde F é a força de sustentação, perpendicular às asas; P é a força peso; é o ângulo de inclinação das asas em relação ao plano horizontal; R é o raio de trajetória. São conhecidos os valores: = 45º; R = 1 000 metros; massa do avião = 10 000 kg. F R P Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S), considerando, para efeito de cálculos, apenas as forças indicadas na figura. 01. Se o avião descreve uma trajetória curvilínea, a resultante das forças externas que atuam sobre ele é, necessariamente, diferente de zero. 02. Se o avião realiza movimento circular uniforme, a resultante das forças que atuam sobre ele é nula. 04. A força centrípeta é, em cada ponto da trajetória, a resultante das forças externas que atuam no avião, na direção do raio da trajetória. 08. A força centrípeta sobre o avião tem intensidade igual a 100 000 N. 16. A velocidade do avião tem valor igual a 360 km/h. 32. A força resultante que atua sobre o avião não depende do ângulo de inclinação das asas em relação ao plano horizontal. Gabarito: 29 (01 + 04 + 08 + 16) Número de acertos: 230 (3,2%) Grau de dificuldade previsto: Médio Grau de dificuldade obtido: Difícil OBJETIVO DA QUESTÃO: Aplicar as leis de Newton a um avião em movimento circular uniforme. SOLUÇÃO : Da figura apresentada temos as relações: Fsen = Fc e Fcos = mg, onde F é a força de sustentação e F c a força centrípeta. Assim, Fc = mg tg e como tg = 1, temos: Fc = mg = 10x10000 N = 105 N. Temos, também, a relação: mv2/R = Fc = m. Podemos, então, calcular: v2 = Rg = 1000 x 10 = 104 , ou seja, v = 100 m/s = 360 Km/h. 01. Correta. Um corpo, ao descrever uma trajetória curvilínea, necessariamente está sujeito a uma força, pois o seu vetor velocidade está variando com o tempo. 02. Incorreta. Ao realizar um movimento circular uniforme, o avião está sujeito à força centrípeta, que é a força resultante sobre ele. 04. Correta. A força centrípeta é a força resultante e está na direção do raio da trajetória. 08. Correta. O cálculo da força centrípeta, detalhado acima, mostra que o valor é 105N. 16. Correta. O resultado para a velocidade, v Rg , fornece 100 m/s = 360Km/h. 32. Incorreta. Pelo cálculo delineado acima, vemos que F c = mgtg, logo, a força centrípeta (que é a força resultante) depende do ângulo de inclinação das asas em relação ao plano horizontal (). ANÁLISE DA QUESTÃO: A questão aborda forças em trajetórias curvilíneas, tendo por objetivo demonstrar a necessidade da inclinação das asas de um avião para realizar uma trajetória curvilínea e o cálculo da força resultante centrípeta e a velocidade em um movimento circular uniforme, fornecidos o raio da trajetória, o ângulo de inclinação das asas em relação ao plano horizontal e à massa da aeronave. O índice de acerto foi baixo, uma vez que apenas 3,21% das respostas consideraram as quatro proposições corretas (01, 04, 08, 16), e uma análise dos acertos parciais explica este resultado. Verifica-se que aproximadamente 15% dos candidatos consideraram como corretas apenas as proposições 01 e 04, mostrando uma compreensão conceitual clara sobre forças em trajetórias curvilíneas; um percentual menor (4,95%) considerou corretas apenas as proposições 04 e 08, desconhecendo, aparentemente, que deve haver uma força resultante, não nula, quando um corpo descreve uma trajetória curvilínea qualquer; um percentual equivalente (4,97%) considerou como corretas as proposições 01, 04 e 08, sendo que a proposição 08 exigia o cálculo da força centrípeta. Assim, como a proposição 16 implicava no cálculo da velocidade do avião, reduziu-se mais ainda o percentual de respostas associadas às quatro proposições corretas (01, 04, 08, 16). Depreendese que os candidatos, em geral, apresentam um conhecimento qualitativo do conteúdo, mas têm dificuldade em efetuar os cálculos, quantificando o fenômeno físico em questão. 06) As esferas A e B da figura têm a mesma massa e estão presas a fios inextensíveis, de massas desprezíveis e de mesmo comprimento, sendo L a distância do ponto de suspensão até o centro de massa das esferas e igual a 0,80 m. Inicialmente, as esferas encontram-se em repouso e mantidas nas posições indicadas. A L B Soltando-se a esfera A, ela desce, indo colidir, de forma perfeitamente elástica, com a esfera B. Desprezam-se os efeitos da resistência do ar. Assinale a(s) proposição (ões) CORRETA(S): 01. Durante o movimento de descida da esfera A, sua energia mecânica permanece constante e é possível afirmar que sua velocidade no ponto mais baixo da trajetória, imediatamente antes de colidir com a esfera B, é 3,0 m/s. 02. Não é possível calcular o valor da velocidade da esfera A, no instante em que colidiu com a esfera B, porque não houve conservação da energia mecânica durante seu movimento de descida e também porque não conhecemos a sua massa. 04. A velocidade da esfera A, no ponto mais baixo da trajetória, imediatamente antes de colidir com a esfera B, é 4,0 m/s. 08. Considerando o sistema constituído pelas esferas A e B, em se tratando de um choque perfeitamente elástico, podemos afirmar que há conservação da quantidade de movimento total e da energia cinética total do sistema. 16. Imediatamente após a colisão, a esfera B se afasta da esfera A com velocidade igual a 4,0 m/s. 32. Após a colisão, a esfera A permanece em repouso. 64. Após a colisão, a esfera A volta com velocidade de 4,0 m/s, invertendo o sentido do seu movimento inicial. Gabarito: 60 (04 + 08 + 16 + 32) Número de acertos: 691 (9,7%) Grau de dificuldade previsto: Médio Grau de dificuldade obtido: Médio OBJETIVO DA QUESTÃO: Aplicar os princípios da Conservação da Energia e da Quantidade de movimento. SOLUÇÃO: Utilizando a conservação de energia temos: mv2/2 = mgl ou v = ( 2gl )1/2, com os dados fornecidos temos v = ( 2 x 10 x 0,80 ) 1/2 m/s = 4,0 m/s, como sendo a velocidade da esfera A, imediatamente antes de colidir com a esfera B. 01. Incorreta. O cálculo mostra que a velocidade é 4,0 m/s. 02. Incorreta. Como a resistência do ar é desprezada, existe a conservação da energia mecânica e, além disso, a velocidade da esfera não depende de sua massa como observamos nos cálculos acima. 04. Correta. Como vimos acima, pela conservação da energia mecânica a velocidade da esfera é 4,0 m/s. 08. Correta. Tratando-se de uma colisão perfeitamente elástica, a quantidade de movimento total do sistema e a energia cinética total se conservam. 16. Correta. Como o choque é perfeitamente elástico, toda a quantidade de movimento da esfera A é transferida para a esfera B (bem como sua energia cinética). É possível calcular as velocidades das esferas, imediatamente após a colisão, aplicando a conservação da quantidade de movimento e a conservação da energia cinética ao sistema. 32. Correta. Se a esfera A transfere sua quantidade de movimento e a energia cinética para a esfera B, então, necessariamente, ela deve permanecer em repouso após a colisão. 64. Incorreta. Esta proposição contraria de forma bastante explícita o princípio da conservação da quantidade de movimento, na situação em que a esfera B permanecesse em repouso. Se admitirmos algum movimento da esfera B, após a colisão, conservando, assim, a quantidade de movimento, então não seria satisfeito, em hipótese alguma, o princípio da conservação da energia. ANÁLISE DA QUESTÃO: É uma questão clássica que serve como exemplo de aplicação dos princípios fundamentais da conservação da energia mecânica e da quantidade de movimento. Um percentual de 9,65% dos candidatos acertou totalmente a questão, reconhecendo as quatro proposições. Alguns comentários também se fazem necessários no que concerne aos acertos parciais. Um percentual um pouco maior (10,36%) considerou como corretas apenas as proposições 04, 16 e 32, ignorando a proposição 08, que afirma os princípios da conservação da energia e da quantidade de movimento do sistema constituído pelas duas esferas, em um choque perfeitamente elástico. Por outro lado, um percentual também significativo (7,55%) considerou como corretas, apenas as proposições 08 e 32, indicando que não conseguiu efetuar corretamente o cálculo da velocidade da esfera antes da colisão, mesmo demonstrando conhecer, conceitualmente, os princípios de conservação envolvidos no problema. A freqüência das respostas associadas às proposições, portanto, parece demonstrar que existe dificuldade, por parte dos candidatos, em aplicar os princípios de conservação a sistemas constituídos de dois ou mais corpos interagindo entre si, como ocorre nas colisões. 07) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. A água é usada para refrigerar os motores de automóveis, porque o seu calor específico é maior do que o das outras substâncias. 02. Quando uma certa massa de água é aquecida de zero grau a 4 graus Celsius, o seu volume aumenta e a sua densidade diminui. 04. Devido à proximidade de grandes massas de água, em Florianópolis, as variações de temperatura entre o dia e a noite são pequenas ou bem menores do que em um deserto. 08. Em um deserto a temperatura é muito elevada durante o dia e sofre grande redução durante a noite, porque a areia tem um calor específico muito elevado. 16. A transpiração é um mecanismo de controle de temperatura, pois a evaporação do suor consome energia do corpo humano. 32. Em um mesmo local, a água numa panela ferve a uma temperatura maior, se ela estiver destampada. Gabarito: 21 ( 01 + 04 + 16) Número de acertos: 575 (8%) Grau de dificuldade previsto: Fácil Grau de dificuldade obtido: Médio OBJETIVO DA QUESTÃO: Compreender o conceito de calor específico e os fenômenos de mudança de fase e comportamento anômalo da água. SOLUÇÃO: 01. Correta. É um fato experimental conhecido, que a água é uma substância com calor específico elevado, tendo, na realidade, um dos maiores calores específicos entre uma gama de substâncias conhecidas. 02. Incorreta. A água apresenta um comportamento oposto ao da maioria das substâncias conhecidas, neste intervalo de temperatura, isto é, seu volume diminui e sua densidade aumenta. 04. Correta. Este fato deve-se ao elevado calor específico da água (má condutora de calor). 08. Incorreta. Neste caso, a situação se inverte, ou seja, as grandes variações de temperatura em um deserto devem-se, justamente, ao baixo calor específico da areia. 16. Correta. Para que haja evaporação de um líquido é necessário que o mesmo absorva calor de alguma fonte. No caso, a fonte de calor é o corpo humano. 32. Incorreta. Devido à pressão, a água ferve a uma temperatura maior. É o que ocorre nas “panelas de pressão”. ANÁLISE DA QUESTÃO: As proposições dessa questão abordam fenômenos físicos associados a situações reais, que fazem parte do mundo natural e vivencial. A questão apresenta o elevado calor específico da água, qualidade útil para refrigeração e essencial para assegurar as pequenas variações de temperatura entre o dia e a noite nas regiões litorâneas (essencial, também, para o equilíbrio de temperatura da Terra), o comportamento anômalo da água, o fenômeno da transpiração do corpo humano e a ebulição da água em uma panela. Assim, era esperado que o grau de dificuldade da questão fosse fácil, o que não se verifica na análise das respostas. O percentual de acertos totais, considerando como corretas as proposições 01, 04 16, foi de apenas 8,02%. Interessante é observar que um percentual maior (8,81%) considerou como corretas apenas as proposições 04 e 16, indicando um desconhecimento acerca do elevado calor específico da água. De maneira similar, um outro percentual (6,91%) considerou corretas apenas as proposições 01 e 04, demonstrando, assim, ignorar o fato de que um líquido necessita de calor para evaporar. A freqüência de respostas, associadas às proposições corretas, demonstra dificuldade em associar os conhecimentos de termologia às situações reais do mundo natural e do quotidiano. 08) Considere um espelho esférico côncavo com um objeto à sua frente, situado a uma distância do foco igual a duas vezes a distância focal, conforme está representado na figura abaixo. F objeto foco Em relação à imagem fornecida pelo espelho, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. Como não foi fornecida a distância focal, não podemos afirmar nada sobre a posição da imagem. 02. A distância da imagem ao foco é igual à metade da distância focal. 04. A imagem é real, invertida e seu tamanho é igual à metade do tamanho do objeto. 08. A distância da imagem ao espelho é igual a uma vez e meia a distância focal. 16. A distância da imagem ao espelho é igual a duas vezes a distância focal. 32. A imagem é real, direita e seu tamanho é igual a um terço do tamanho do objeto. 64. A distância da imagem ao foco é igual à distância focal e a imagem é real e invertida. Gabarito: 14 (02 + 04 + 08) Número de acertos: 1.049 (14,6%) Grau de dificuldade previsto: Fácil Grau de dificuldade obtido: Fácil OBJETIVO DA QUESTÃO: Aplicar os conhecimentos sobre espelhos esféricos para, dado a posição de um objeto em relação a um espelho, determinar a distância da imagem e suas características. SOLUÇÃO: O ponto de partida é usarmos : 1 1 1 '. f p p No caso p = 2,0 f + 1,0 f = 3,0 f e, substituindo na equação, temos: Da mesma forma, temos a 1 1 1 , f 3f p 3 p , f 1,5 f 2 i p, o que fornece: a o p 1,5 f 1 3,0 f 2 01. Incorreta. Os cálculos acima demonstram que podemos obter a posição da imagem. 02. Correta. O resultado acima mostra que a imagem está a 1,5 f do espelho, logo, necessariamente, deve estar a uma distância de 0,5 f do foco. 04. Correta. Os cálculos de p’ e de a demonstram que a imagem é real, invertida e seu tamanho é igual à metade do tamanho do objeto. 08. Correta. O cálculo de p’ confirma esta proposição. 16. Incorreta. Ver o resultado para p’. 32. Incorreta. Ver o resultado para a. 64. Incorreta. Ver resultado para p’. ANÁLISE DA QUESTÃO: A questão requer a determinação da imagem de um objeto em um espelho esférico côncavo, fornecida a distância do objeto ao foco. De modo geral, pelo percentual de acertos totais da questão (14,64%), depreende-se que os candidatos possuem domínio satisfatório das equações dos espelhos esféricos. Um contingente de 7,87% considerou como correta apenas a proposição 04, demonstrando algum conhecimento básico sobre o assunto e, possivelmente, construíram geometricamente, a imagem. Importante é, também, observar o elevado percentual de respostas (8,39%) associadas apenas à proposição 64, que continha uma afirmação absurda para a questão. 09) No circuito a ba ix o representado, temos du as ba t eri as d e f or ç as e l etr om otr i zes 1 = 9,0 V e 2 = 3,0 V, cujas resistências internas valem r1 = r2 = 1,0 . São conhecidos, também, os valores das resistências R1 = R2 = 4,0 e R3 = 2,0 . V1, V2 e V3 são voltímetros e A é um amperímetro, todos ideais. 1 V11 V r1 – + V3 R1 R2 R3 2 r2 A – + V2 Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. A bateria 1 está funcionando como um gerador de força eletromotriz e a bateria 2 como um receptor, ou gerador de força contraeletromotriz. 02. A leitura no amperímetro é igual a 1,0 A. 04. A leitura no voltímetro V2 é igual a 2,0 V. 08. A leitura no voltímetro V1 é igual a 8,0 V. 16. Em 1,0 h, a bateria de força eletromotriz 2 consome 4,0 Wh de energia. 32. A leitura no voltímetro V3 é igual a 4,0 V. 64. A potência dissipada por efeito Joule, no gerador, é igual 1,5 W. Gabarito: 27 (01 + 02 + 08 + 16) Número de acertos: 136 (1,9%) Grau de dificuldade previsto: Médio Grau de dificuldade obtido: Difícil OBJETIVO DA QUESTÃO: Aplicar os conhecimentos sobre circuitos de corrente contínua, para determinar as correntes e tensões em um circuito simples. SOLUÇÃO: 01. Correta. Pela figura vê-se que as baterias estão em série e como a corrente tem o sentido de 1 (9,0 V) para 2 (3,0 V), esta última funciona como receptor. 02. Correta. Da equação do circuito temos i = (9,0 – 3,0)/(1,0 + 1,0 + 2, 0 + 2,0) = 1,0 A. Lembramos que as duas resistências, R1 e R2, estão em paralelo e têm o mesmo valor de 4,0 ; logo, a resistência equivalente tem valor de 2,0 . 04. Incorreta. Aqui deve ser lembrado que 2 serve como receptor e, portanto, a leitura do voltímetro V2 não é V2 = 3,0 – 1,0 x 1,0 = 2 V, mas sim, V2 = 3,0 + 1,0 x 1,0 = 4,0 V. 08. Correta. Neste caso temos V1 = 9,0 – 1,0 x 1,0 = 8,0 V. 16. Correta. Calculamos a potência pela expressão P = Vi , e desde que sobre o receptor temos V2 = 3,0 + 1,0 x 1,0 = 4,0 V com uma corrente de 1,0 A , obtemos o valor da potência igual a 4,0 W e a energia consumida em uma hora será Pt = 4,0 Wh. 32. Incorreta. Como R1e R2 estão em série, a resistência equivalente é de 2,0 e, como a corrente é de 1,0 A, temos V3 = 2,0 x 1,0 = 2,0 V. 64. Incorreta. A resistência interna do gerador é de 1,0 sendo percorrido por uma corrente de 1,0 A; logo, a potência dissipada é de 1,0 W. ANÁLISE DA QUESTÃO: O percentual de respostas, considerando associado as quatro proposições corretas (01, 02, 08 e 16) foi baixo (1,90%), indicando que poucos candidatos efetuaram corretamente todos os cálculos envolvidos na questão. Um percentual bem maior (6,6%) considerou apenas a proposição 01 como correta, distinguindo, acertadamente, a bateria receptor e a bateria gerador no circuito. Um grupo menor (4,48 %), além de identificar o gerador, foi capaz de calcular a corrente no circuito, associando sua resposta às proposições 01 e 02. Um percentual ainda menor de candidatos (3,77%) considerou, além das proposições 01 e 02, a proposição 08, demonstrando, também, a capacidade de cálculo da voltagem nos terminais do gerador. Observa-se, portanto, que a proposição 16 foi pouco considerada como correta, mostrando desconhecimento sobre o cálculo da energia consumida, já que a operação matemática é muito simples. A questão apresenta um circuito simples, exigindo a aplicação de conhecimentos sobre força eletromotriz, geradores e receptores. Ocorre que o conteúdo situa-se no final do programa de eletrodinâmica e implica outros conhecimentos, como pré-requisitos, sobre lei de Ohm, associações de resistores, potência elétrica e instrumentos elétricos de medida. A questão é abrangente e requer a realização de cálculos para identificar as proposições corretas sobre a leitura em um amperímetro e em três voltímetros ligados ao circuito elétrico. Cálculos que dependem de um primeiro resultado – a determinação do valor da corrente elétrica no circuito, isto é, a leitura do amperímetro – e da identificação do gerador. Nossa compreensão é que tais aspectos, acrescidos do fato de tratar-se de conteúdo situado no final do programa de eletricidade, como referido, aumentaram o grau de dificuldade da questão. Entretanto, em que pesem os fatores que ampliaram, no nosso entendimento, o grau de dificuldade da questão, é evidente o fraco conhecimento dos candidatos sobre o assunto. Não foi exigido memorização de conhecimentos, mas identificação dos dispositivos do circuito e das expressões necessárias para cálculo das medidas, fornecidas na prova. 10) Uma espira retangular de fio condutor é posta a oscilar, no ar, atravessando em seu movimento um campo magnético uniforme, perpendicular ao seu plano de oscilação, conforme está representado na figura abaixo. Ao oscilar, a espira não sofre rotação (o plano da espira é sempre perpendicular ao campo magnético) e atravessa a região do campo magnético nos dois sentidos do seu movimento. X X X X B X X X X X X X X X X X X Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. Como a espira recebe energia do campo magnético, ela levará mais tempo para atingir o repouso do que se oscilasse na ausência dos ímãs. 02. O campo magnético não influencia o movimento da espira. 04. Parte da energia mecânica será convertida em calor por efeito Joule. 08. A espira levará menos tempo para atingir o repouso, pois será freada pelo campo magnético. 16. O sentido da corrente induzida enquanto a espira está entrando na região do campo magnético, é oposto ao sentido da corrente induzida enquanto a espira está saindo da região do campo magnético. 32. Os valores das correntes induzidas não se alteram se substituímos a espira retangular por uma espira circular, cujo raio seja a metade do lado maior da espira retangular. 64. As correntes induzidas que aparecem na espira têm sempre o mesmo sentido. Gabarito: 28 ( 04 + 08 + 16) Número de acertos: 235 (3,3%) Grau de dificuldade previsto: Médio Grau de dificuldade obtido: Difícil OBJETIVO DA QUESTÃO: Identificar, compreender e aplicar as leis de Faraday e de Lenz ao movimento de uma espira condutora, posta a oscilar, em uma região onde está definido um campo magnético uniforme. SOLUÇÃO : 01. Incorreta. Ocorre justamente o contrário, pois as correntes induzidas na espira tendem a se opor à variação do fluxo magnético, isto quer dizer, as forças que atuam sobre a espira (de origem magnética) têm sempre sentido contrário ao movimento (quando a espira está entrando ou saindo da região onde está definido o campo magnético). 02. Incorreta. Quando a espira está entrando ou saindo da região do campo B, ocorre variação de fluxo magnético, o que faz surgir na espira correntes induzidas que alteram o seu movimento. 04. Correta. Mesmo sendo constituída de material condutor, a espira apresenta uma certa resistência e, com a presença de correntes induzidas, devido ao seu movimento em um campo magnético, ocorre conversão de energia mecânica em calor por efeito Joule. 08. Correta. Como as correntes, induzidas na espira, tendem a se opor à variação do fluxo magnético, as forças sobre a espira têm sentidos opostos ao movimento, quando ela está entrando ou saindo do campo magnético, o que irá frear a espira. Portanto, a espira levará menos tempo para parar. Devido a este fato, esta configuração é denominada de freio magnético. 16. Correta. Pela lei de Lenz, o sentido da corrente induzida é tal que o campo magnético, que ela cria, sempre se opõe à variação do fluxo magnético através da espira. Quando a espira está entrando na região de campo magnético, o fluxo está aumentando e, quando a mesma está saindo da região de campo magnético, o fluxo está diminuindo, portanto as correntes induzidas devem necessariamente ter sentidos opostos. 32. Incorreta. O fluxo magnético (o campo magnético é uniforme) é proporcional à área da espira que, sendo circular e de raio igual ao lado maior da espira retangular, tem, necessariamente, área maior. 64. Incorreta. Esta proposição viola a lei de Lenz, pois em um momento o campo magnético criado pela corrente induzida estaria se opondo à variação do fluxo magnético e, em outro, estaria se adicionando à variação do fluxo magnético. ANÁLISE DA QUESTÃO: As leis de Faraday e de Lenz, abordadas na questão, explicam importantes fenômenos eletromagnéticos, permitindo um grande número de invenções, como o telégrafo, motores elétricos, geradores, transformadores, rádio, radar, televisão, computadores etc., que muito contribuíram para o desenvolvimento da sociedade, tornando mais simples inúmeras tarefas do quotidiano. A análise das proposições implica o conhecimento conceitual e a compreensão destas leis fundamentais do eletromagnetismo, não exigindo, entretanto, a realização de cálculos. O percentual de acertos (3,28%), isto é, respostas incluindo todas as proposições corretas (04, 08 e 16), foi baixo. É compreensível, quando observamos que um percentual de 11,18% das respostas inclui, como corretas, apenas as proposições 08 e 16, ou seja, não considera que as correntes induzidas na espira condutora geram calor por efeito Joule como qualquer resistência em um circuito elétrico. Um percentual razoável dos candidatos (10,22%), reconheceu como corretas as proposições 01 e 16, demonstrando conhecimento da lei de Lenz, mas não identificando que o surgimento de forças de origem magnética sobre a espira tendem a freá-la, como um grupo menor de candidatos (6,77%) que reconheceu como correta apenas a proposição 16. Apesar do satisfatório índice de acertos parciais, consideramos elevada a freqüência de respostas associadas às proposições incorretas 01, 32 e 64, principalmente pela relevância do conteúdo abordado na questão. 11) Uma espira circular, de raio R, e um fio retilíneo longo estão dispostos conforme está representado na figura abaixo. A espira está contida no plano XY, seu centro coincide com a origem do sistema de eixos ortogonais (X, Y e Z) e ela é percorrida por uma corrente I1. O fio é paralelo ao eixo X, está a uma distância 2R da origem e contido no plano ZX, que é perpendicular ao plano da espira. O fio é percorrido por uma corrente I2 = 2I1, sendo I1 a corrente na espira circular. Z 2R R 0 I2 Y I1 X Assinale a(s) proposição(ões) que apresenta(m) o valor do vetor indução magnética e a(s) que apresenta(m) sua direção e sentido CORRETAMENTE. I 01 01. B 3R Z B 02. 60o Y 2 0I1 04. B 2R Z B 08. 16. Β Y 3 0I1 4R Z B 32. 45o Y Gabarito: 36 (04 + 32) Número de acertos: 1.054 (14,7%) Grau de dificuldade previsto: Difícil Grau de dificuldade obtido: Fácil OBJETIVO DA QUESTÃO: Aplicar os resultados conhecidos para o cálculo de campos magnéticos, a fim de determinar o campo magnético resultante, devido às correntes em um condutor retilíneo longo e em uma espira circular. SOLUÇÃO: Utilizando a regra da mão direita, determinamos a direção e o sentido dos campos devidos ao fio e a espira, como mostrado na figura abaixo: Bespira BR Bfio Temos os resultados para os campos magnéticos no centro de uma espira condutora de raio R e a uma distância r de um fio condutor retilíneo longo, ambos percorridos por correntes: Bespira = 0I1/2R e Bfio = 0I2/2r No caso temos: I2 = 2I1 e também r = 2R, logo, Bfio = 0 2 I1 /2 2R = 0 I1/ 2R Ou seja: | Bfio| = | Bespira | Assim temos para : tg = | Bespira |/ | Bfio | = 1 , ou = 450. O módulo do campo resultante é : | BR | = [ | Bfio|2 + | Bespira |2 ]1/2 = 21/2 | Bfio| | BR | = 21/2 0 I1/ 2R . Portanto, considerada a solução, dentre as proposições apresentadas, estão corretas as proposições 04 e 32, sendo as demais incorretas. ANÁLISE DA QUESTÃO: Essa questão é uma aplicação direta dos resultados conhecidos para o cálculo de campos magnéticos, devidos à distribuição de corrente elétrica em um fio condutor e em uma espira circular, para determinar o vetor campo magnético resultante. Os resultados mostram 14,72% das respostas associadas às proposições corretas 04 e 32, demonstrando bom conhecimento sobre o assunto. Era esperado um grau de dificuldade maior, por parte dos candidatos. Porém, um percentual de 9,75% dos candidatos respondeu como correta apenas a proposição 32, não conseguindo efetuar corretamente o cálculo do módulo do vetor campo magnético; assim 6,80% consideraram apenas a proposição 04 como correta, não determinando a direção e o sentido do campo resultante. Um percentual elevado das respostas (11,09%) identificou como correta apenas a proposição 08 (incorreta), demonstrando falta de conhecimento a respeito de campos magnéticos produzidos por correntes em fio e espira condutores, além do caráter vetorial do campo magnético. 12) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01. A Teoria da Relatividade afirma que a velocidade da luz não depende do sistema de referência. 02. A Mecânica Clássica não impõe limitação para o valor da velocidade que uma partícula pode adquirir pois, enquanto atuar uma força sobre ela, haverá uma aceleração e sua velocidade poderá crescer indefinidamente. 04. A Teoria da Relatividade não limita a velocidade que uma partícula pode adquirir. 08. Tanto a Mecânica Clássica como a Teoria da Relatividade asseguram que a massa de uma partícula não varia com a velocidade. 16. Pela Teoria da Relatividade podemos afirmar que a luz se propaga no vácuo com velocidade constante c = 300.000 km/s, independentemente da velocidade da fonte luminosa ou da velocidade do observador; então é possível concluir que a luz se propaga em todos os meios com velocidade constante e igual a c. 32. A Teoria da Relatividade permite concluir que quanto maior for a velocidade de uma partícula, mais fácil será aumentá-la, ou seja, quanto maior for a velocidade, menor será a força necessária para produzir uma mesma aceleração. Gabarito: 03 (01 + 02) Número de acertos: 188 (2,6%) Grau de dificuldade previsto: Médio Grau de dificuldade obtido: Difícil OBJETIVO DA QUESTÃO: Compreender os limites de validade da mecânica clássica e os princípios da mecânica relativística. SOLUÇÃO: 01. Correta. Este é um dos postulados da teoria da relatividade e que se confirma experimentalmente. 02. Correta. Segundo a mecânica clássica, cedendo-se uma quantidade infinita de energia para um corpo, este irá adquirir velocidade infinita. O mesmo não ocorre na teoria da relatividade, onde é necessária uma quantidade infinita de energia para um corpo tender à velocidade da luz, que é a velocidade máxima que um corpo poderia atingir, teoricamente. 04. Incorreta. Segundo a teoria da relatividade, um corpo não pode atingir velocidades superiores à velocidade da luz no vácuo. 08. Incorreta. Na mecânica clássica, a massa de um corpo não varia com a velocidade, entretanto, na teoria da relatividade, a massa varia com a velocidade. 16. Incorreta. A velocidade da luz no vácuo é constante e igual a c, porém, em meios materiais ela, depende do índice de refração do meio. 32. Incorreta. Esta proposição afirma exatamente o contrário do que afirma a Teoria da Relatividade, isto é, quanto maior for a velocidade partícula, maior será a força necessária para produzir uma mesma aceleração. ANÁLISE DA QUESTÃO: O conhecimento da física moderna é essencial para o entendimento dos grandes avanços tecnológicos realizados no último século, daí a importância do conteúdo abordado na questão. A análise das respostas demonstra que os candidatos apresentam fraco conhecimento do assunto. Apenas 2,62% dos candidatos acertaram completamente a questão, identificando as proposições corretas 01 e 02. Um percentual maior (4,98%) considerou como corretas as proposições 02 e 32, assim como um segundo grupo (4,58%) considerou como corretas as proposições 04 e 32 e um terceiro grupo (4,48%) identificou como corretas as proposições 08 e 32, indicando desconhecer os princípios da Relatividade. Observamos, ainda, um grupo equivalente (4,72%), que considerou apenas a proposição 32 como correta. Esses dados mostram que houve uma grande dispersão nas respostas dos candidatos, decorrente, provavelmente, de uma fraca compreensão dos limites da mecânica clássica e dos princípios fundamentais da teoria da relatividade. CONCLUSÃO A prova privilegiou os conhecimentos conceituais e os aspectos qualitativos dos fenômenos físicos, abordando fenômenos físicos associados a situações reais que fazem parte do mundo natural e do quotidiano. Nenhuma questão aberta, do tipo “resolva o problema e anote o resultado” foi aplicada, porque a banca considera que privilegia apenas a quantificação dos fenômenos físicos, em detrimento dos aspectos conceituais e qualitativos. Assim, mesmo as questões que incluem proposições que exigem a realização de cálculos para quantificar os fenômenos e expressar valores das grandezas físicas envolvidas, a resposta correta inclui as justificativas conceituais, presentes, sempre, nas demais proposições da questão. Considerando como vantajosa ao candidato e, também, a validade dos acertos parciais, a Prova privilegiou a abrangência, envolvendo o maior conteúdo possível do programa, fazendo uso, sempre que possível, do número máximo de proposições. Outras características são a presença maior de proposições corretas e a preocupação em não induzir os candidatos a erros, através de afirmações dúbias. Constatou-se, em algumas questões, discrepância entre o grau de dificuldade previsto e o obtido, mas uma análise geral permite concluir que a prova apresentou um grau médio de dificuldade. De um ponto de vista mais amplo, é importante continuar investindo em questões que associem a Física às situações reais e ao quotidiano, preconizadas nos Parâmetros Curriculares Nacional, para estimular um processo de ensino e aprendizagem motivador que possibilite a compreensão dos fenômenos naturais e das grandes mudanças tecnológicas que fazem parte da sociedade contemporânea.