Escrita por Victor Almeida Ivo e Paulo Kitayama
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Questão 1:
Conhecer as ciências a partir dos seus contextos históricos enriquece a compreensão conceitual, motivando e despertando estudantes e professores para uma aprendizagem mais significativa, ao mesmo tempo em que mostra que a evolução dos fatos que hoje sabemos não foi pensada do dia para noite, mas que passaram por refutações, discórdias, até ser cientificamente aceita. Você já deve ter se perguntado a respeito de como foi possível medir o diâmetro da terra, a velocidade do som, a distância entre as estrelas, a existência do átomo, a equivalência entre energia e matéria e que a terra gira em torno de si mesma? Quem foram os responsáveis por esses experimentos que permitiram. A partir desse contexto, indicamos alguns cientistas importantes que talvez você já ouviu falar sobre eles. Identifique, nas proposições seguintes, nomes de pessoas que contribuíram significativamente para o desenvolvimento da física:
a) Einstein, Galileu, Newton, Joule, Faraday
b) Einstein, Galileu, Darwin, Goethe, Joule
c) Joule, Newton, Planck, Pasteur, Einstein
d) Planck, Newton, Lineu, Bohr, Fermi
e) Henry, Lenz, Sabin, Heisenberg, Bohr
História da ciência
O primeiro passo do problema é primeiro reconhecer os físicos mais conhecidos. Joule foi um físico britânico que formulou a primeira lei da termodinâmica, ganhando inclusive um nome de unidade própria no SI (a de energia). Newton foi o físico que formulou as leis da mecânica clássica, cujas três leis são estudadas em todo curso de mecânica. Galileu foi o físico antecessor a época de Newton que formulou vários experimentos para estudar o movimento dos corpos, e foi o primeiro a motivar e defender o princípio da inércia com argumentos fortes, percebendo também que na terra, caso não houvesse resistência do ar, todos corpos cairiam com a aceleração da gravidade. Einstein é talvez o físico mais conhecido do mundo, com seus trabalhos mais conhecidos sendo a relatividade especial e geral e efeito fotoelétrico. Ele teve um grande impacto no século XX, e provavelmente continuará sempre com um ponto especial na história. Por último, Faraday é um físico extremamente conhecido por seus trabalhos com indução eletromagnética, e suas descobertas experimentais possibilitaram a construção de grande parte dos motores de geração de energia atuais. Ele também é conhecido pelo seu experimento usando a "Gaiola de Faraday", no qual ao entrar numa gaiola condutora ele fica protegido contra descargas externas, como raios ou faíscas, pois os elétrons se distribuem na superfície externa do condutor.
Questão 2:
Utilizando-se de um kit de experimentos constituído de um trilho de ar e duas esferas, o Professor Physicson efetuou a seguinte experiência, representada pela figura a seguir.
No esquema mostrado, as esferas movem-se em linha reta e com velocidades constantes, ao longo de uma régua centímetrada, cujas posições são mostradas na figura, de forma estática. Atentos ao desenrolar dos acontecimentos, os alunos verificaram que a colisão entre as esferas ocorreu na posição correspondente a:
a)
b)
c)
d)
e)
A velocidade relativa das duas esferas é, por definição, a substração das duas velocidades e também a taxa de variação das distâncias delas no tempo. Desta maneira, aplicando a definição de velocidade relativa, você encontra que o tempo para a colisão ocorrer é:
Nesse tempo a bola branca andou
Questão 3:
Procurando despertar os alunos para a compreensão da ação gravitacional que a Terra promove sobre todos os corpos dentro do seu campo, o professor de Ciências fez a seguinte ilustração, representada na figura a seguir, na qual temos quatro garrafas abertas, contendo certa quantidade de líquido, colocadas sobre a superfície da Terra, nas posições Norte, Sul, Leste e Oeste. Após o desenho da ilustração no quadro (em escala reduzida e não proporcional), ele solicitou que os alunos apontassem para a alternativa que melhor representa o que ocorre com o liquido dessas garrafas em cada uma das posições. Acertadamente eles escolheram a alternativa:
Hidrostática (Equipotencias Isobáricas)
Como mostrado na ideia 02 de física do Noic, a superfície de um líquido em equilíbrio, tendo essa superfície inteira a mesma pressão, deve ter formato tal que todo ponto dela tem a mesma energia potencial por unidade de massa. É sabido que a energia potencial gravitacional depende apenas da distância entre os dois corpos interagentes, sendo os corpos um pedaço da superfície do líquido e o centro da terra (equivalente à interação terra-líquido). Desta maneira, para a superfície ser equipotencia, todos os pontos do líquido estão à mesma distância do centro da terra, estando eles numa secção de esfera com o centro no centro da terra, e, em boa aproximação, paralelos ao horizonte (chão) onde eles estão, como mostra o item D
Questão 4:
A altura do primeiro satélite artificial, o Sputnick, lançado pela União Soviética em
a)
b)
c)
d)
e)
A questão tem basicamente dois pontos importantes. O primeiro é você perceber que o único dado relevante é a velocidade da luz no ar, pois, além do som não se propagar no espaço e não pode chegar no satélite, o sinal que chega até o satélite é uma onda de raio, portanto eletromagnética com velocidade igual à da luz. Desta maneira, chega o segundo ponto, que é perceber que a distância entre você e seu amigo é desprezível em comparação com a altura do satélite, pois a distância máxima entre vocês é cerca de 13000 km, e a distância usual, dado que vocês estão num mesmo país, é cerca de 100 vezes menor que isso. Portanto, o tempo que leva pro sinal chegar do seu telefone até o de um amigo, em boa aproximação, é o tempo que a onda de rádio leva pra chegar no satélite e voltar para você. Desta maneira:
Onde o fator
Questão 5:
O Professor Physicson dirige seu carro numa estrada plana e reta, mantendo-se a 72,0 km/h. Uma cerca longa, com postes espaçados em 4,0 m margeia esta estrada. Tomando o automóvel como referencial, pode-se afirmar corretamente que o número de postes que passam pelo carro, por segundo, é de:
a) 3 a 4
b) 7 a 8
c) 20 a 21
d) 5 a 6
e) 72 a 73
O primeiro passo é encontrar a velocidade do carro em metros por segundo, como
E, como cada poste está a uma distância de
O carro atravessa 5 postes por segundo, contudo, se ele começar em cima de um poste ele vai atravessar um poste a mais, portanto ele percorre de 5 a 6 postes, como dito no item D
Questão 6:
Um observador
a)
b)
c)
d)
e)
Cinemática (Relatividade de Galileu)
No referencial do homem no caminhão, a pedra começará a subir até o ponto em que ela vai chegar a sua altura máxima e voltar para ele. Na altura máxima a velocidade vertical da partícula deve ser zero, pois se fosse positiva a altura não seria máxima, já que a partícula ainda teria mais a subir, e se fosse negativa também não, pois voltando no movimento existiria posição em que a partícula estivesse mais alta. Desta maneira, o homem no caminhã vê a partícula com velocidade nula. O homem vendo o caminhão se mover, entretanto, vê a partícula se movendo na vertical e horizontal, pois, classicamente, para transformar um movimento de um referencial ao outro basta que você adicione aos pontos do espaço uma velocidade igual à velocidade relativa entre os referenciais. Desta maneira, enquanto a partícula está parada para o homem no caminhã, vertical e horizontalmente, ela está parada na vertical para o homem na estrada, e com uma velocidade de
Questão 7:
Considere uma partícula de massa (m) em movimento retilíneo sob a ação de uma força resultante F. Sejam v e a, respectivamente, os vetores velocidade e aceleração dessa partícula, num instante qualquer de movimento. Nas alternativas abaixo, estão indicadas as possíveis direções e sentidos dos respectivos vetores. Identifique a composição incorreta:
Para um sistema de massa constante, vale a segunda lei de Newton expressa como:
Portanto, o vetor força
Questão 8:
Um dos grandes problemas descritos pela legislação brasileira para a renovação da Carteira Nacional de Habilitação (CNH) para idosos, acima de 65 anos, refere-se ao tempo de reação dos mesmos. Como sabemos, o tempo médio de reação de um motorista é da ordem de
a)
b)
c)
d)
e)
Cinemática (Torricelli)
Você pode conseguir a resposta usando a equação de Torricelli. Após ter andando com velocidade constante por um tempo de
Onde
E ele andou uma distância em velocidade constante, valendo ela:
Portanto, o motorista andou um total de
Questão 9:
Um curioso estudante de engenharia aferiu as três dimensões de uma resma (
a) 64,9
b) 8,68
c) 86,6
d) 6,49
e) 88,6
Noções de geometria espacial (Volume)
O primeiro passo é colocar todos os comprimentos na unidade de
Como dito no item D
Questão 10:
Uma partícula se move em um sistema de coordenadas xy sob a ação de duas forças, cujos módulos são respectivamente iguais a
a)
b)
c)
d)
e)
Vetores (Soma de vetores)
A soma de dois vetores
Portanto, no nosso caso, onde
Perceba que o termo do meio é o modulo da soma dos dois vetores,
Como no nosso problema, digamos,
E, em Newtons (
Como posto no item B
Questão 11:
Considere que um vagão ferroviário, transportando óleo, movimenta-se da esquerda para a direita, na horizontal. Três situações podem ocorrer:
- I. O vagão se move com velocidade constante
- II. O vagão é acelerado para a direita
- III. O vagão é desacelerado.
Cada um desses casos está associado a uma das figuras a seguir.
As figuras que correspondem, respectivamente, às situações I, II e III, são:
a) N, O, M
b) M, O, N
c) M, N, O
d) O, N, M
e) O, M, N
Hidrostática (Equipotencias Isobáricas)
Como mostrado no exemplo 2, da ideia 02 de física do Noic, um carro sendo acelerado de
E isto é uma equação de reta com coeficiente angular
Questão 12:
Durante a exibição de um vídeo em sala de aula sobre paraquedismo, o professor Physicson explicou aos seus alunos sobre os diversos parâmetros que devem ser levados em consideração no efeito que a resistência do ar produz sobre corpos em movimento, em especial sobre o conjunto Paraquedas e o paraquedista. A expressão que define esses parâmetros é dada por
a) Kg.m
b) m/s
c) J/s
d) N.s
e) Kg/m
Análise Dimensional
Igualdade de duas grandezas em física exige mais que uma igualdade numérica, mas também uma de dimensão, i.e, uma força só pode ser igual a uma expressão com dimensão de força. Desta maneira, sendo a força de resistência do ar uma força, ela deve ter dimensão de força, e aplicando a segunda lei de newton:
E aplicando o operador que retorna a dimensão dos dois lados:
Agora, substituindo a dimensão de cada grandeza, sendo
Sendo, portanto, o item E, pois
Questão 13:
"A questão que minha mente formulou foi respondida pelo radiante céu do Brasil". Com essa afirmação, o físico alemão Albert Einstein (
a) Se apaga
b) Se oculta atrás de um planeta
c) Se oculta atrás da Lua
d) É ocultado pela sombra da terra
e) Brilha mais
Óptica Geométrica (Eclipses)
O eclipse solar acontece quando a lua passa em frente ao sol, cobrindo parcial ou totalmente a figura dele. Portanto, o item correto é o item C
Obs: É importante citar que a Lua consegue cobrir o Sol totalmente para alguns observadores na Terra, e isso acontece porque, apesar da Lua ser muito menor que o Sol, a Lua está muito mais perto da terra do que o sol, fazendo o tamanho angular dela ser maior, apesar do tamanho real ser menor.
Questão 14:
Cada alternativa abaixo contém um enunciado de um teorema ou de uma lei da física ou uma proposta decorrente de sua análise. Dentre elas existem uma que não corresponde corretamente a uma realidade física. Identifique-a:
a) O trabalho realizado sobre um corpo, pela força resultante, é igual a sua variação de energia mecânica
b) Calor e temperatura são grandezas físicas diferentes
c) A lei da inércia é valida para sistemas mecanicamente isolados
d) As leis de Newton são as bases da mecânica clássica
e) Quando um móvel em movimento retilíneo e uniforme sofre deslocamentos iguais em tempos iguais, dizemos que a resultante das forças que nele atua é nula
Dinâmica (Conceitos)
O trabalho realizado sobre um corpo é igual à variação de sua energia cinética, que não é em geral é igual à variação de sua energia mecânica, pois estas só são iguais se o corpo não tem forças conservativas agindo sobre ele. Uma força conservativa é uma força que tem energia potencial associada, e nem todas tem. Por exemplo, seja um corpo sob efeito da resistência do ar. O trabalho dessa força será igual à variação de sua energia mecânica, pois a energia mecânica desse corpo é igual à sua cinética, já que não existe energia potencial associada à força de resistência do ar. Contudo, no exemplo de um corpo em queda livre, a energia mecânica é conservada, mesmo com o trabalho da força peso fazendo a energia cinética do corpo aumentar constantemente. Portanto, o item A está incorreto.
Questão 15:
Durante uma aula sobre as leis de Newton, o professor Physicson como num truque de mágica, puxou rapidamente a toalha de uma mesa sem derrubar os copos que estavam sobre ela. Ao chamar a atenção dos alunos para o fato dos copos permanecerem em repouso, o professor estava evidenciando de forma experimental:
a) A Lei da ação e reação
b) A Lei fundamental da dinâmica
c) A Lei da gravitação universal
d) A Lei da Inércia
e) A lei de Hooke
Dinâmica (Conceitos)
O professor evidenciou a lei da inércia, pois como a força de atrito da toalha sobre os copos atuou durante um tempo desprezível, pode-se considerar como se quase não existesse força atuando sobre os copos, e portanto, pela lei da inércia, eles tendem a manter sua velocidade, que, no caso, é nula. Desta maneira, o item D é o correto.
Questão 16:
Ainda durante as aulas sobre as leis de Newton, o professor formou dois grupos com quatro alunos extremidades da corda, com massa desprezível, o professor colocou o grupo A e, na outra extremidade, o grupo B. O grupo A conseguiu arrastar o grupo B, vencendo a batalha. Dos vários comentários realizados e tomando as leis de Newton como referência, identifique a(s) proposição(ões) que explica(m), adequadamente, a brincadeira realizada:
- I. O grupo A exerceu mais força na corda do que o grupo B
- II. O grupo A exerceu mais força sobre o solo do que o grupo B
- III. A força resultante sobre a corda é nula
a) II e III estão corretas
b) Apenas a II está correta
c) I e III estão corretas
d) Apenas III está correta
e) Todas estão corretas
Dinâmica (Conceitos)
Por não ter massa, a corda não pode estar sob ação de força resultante, portanto a força que ambos grupos fazem nela é a mesma. Contudo, os grupos podem ser arrastados ou não pois existe uma força de atrito entre eles e o solo. A força de atrito é contrária à que a corda faz no grupo, e se ela for menor que a força da corda, eles são arrastados. Se ela for igual, eles se mantém parados. Como o grupo A ficou parado, a força do solo sobre eles é igual à da corda, e como o B foi arrastado, a força do solo nelos é menor que a da corda, e, portanto, menor que a de A. Portanto, a preposição II e III estão corretas, e o item A é o correto.
Questão 17:
Um carro com massa
a)
b)
c)
d)
e)
Dinâmica (Leis de Newton)
O Trabalho das duas forças deve ser o mesmo, bem como a distância percorrida, logo, as forças devem ser iguais.
Onde usamos a segunda lei de Newton na primeira equação, e a condição de que a massa no segundo caso é do carro mais duas vezes a massa dele (termo da massa rebocada). Portanto:
E o item correto é o item D
Questão 18:
A necessidade de economizar energia tem sido um dos assuntos mais debatido em todos os fóruns internacionais sobre produção de energias limpas e de recursos renováveis. Dentre as várias fontes citadas nas proposições abaixo, uma é dita como não renovável, identifique-a:
a) Luz solar
b) Ventos
c) Marés
d) Petróleo
e) Quedas d'água
Formas de energia
Uma fonte de energia não-renovável é aquela que se dá por transformações de um recuso finito, como é o caso do gás natural, carvão mineral e o petróleo. Portanto, a alternativa é o item D.
Questão 19:
Durante uma corrida de
a) Maior do que
b) Menor do que
c) Compreendida entre
d) Igual a
e) Igual a
Uma possível afirmação é que a velocidade máxima do atleta é, necessariamente, maior que sua velocidade média. Então,
Portanto, o item A está correto.
Questão 20:
Para explicar sobre o processo de conservação e transferência de energia entre corpos, uma pessoa realiza três atividades sobre um corpo de massa
- I. Elevar o corpo a uma altura de acima do solo
- II. Lançar o corpo, a partir do repouso, sobre um plano horizontal sem atrito, variando sua velocidade para
- III. Aplicar-lhe uma força constante, produzindo um deslocamento de ao longo de um plano horizontal, sem atrito, com aceleração constante de.
Identifique a alternativa que melhor expressa à relação entre as energias transferidas ao corpo durante estas atividades é:
a)
b)
c)
d)
e)
Dinâmica (Energia)
Resolveremos o problema analisando a energia do corpo em cada situação. No caso I, o corpo vai ter energia puramente potencial, por não estar se movendo, e portanto a sua energia pode ser dada por:
No caso II, o corpo tem energia puramente cinética, e portanto sua energia é dada por:
E no caso III, a energia que o corpo tem vem do trabalho realizado sobre ele, que é simplesmente a força aplicada vezes o deslocamento do corpo sob ação dessa força:
Como
E, portanto:
E o item correto é o item A
Obs: Perceba que a energia do corpo no caso III é puramente cinética, mas essa energia foi provida inteiramente pelo trabalho de forças externas. Por Torriceli, é sabido que, estando o corpo parado de início:
E, usando isso na energia cinética do corpo:
Onde