Questões de Concurso sobre Física

Um estudante de física realiza um experimento com ondas estacionárias em uma corda de comprimento L = 2,0 m, fixa em ambas as extremidades e submetida a uma tensão T. Ele observa que o terceiro harmônico (n = 3) ressoa à frequência f₃ = 120 Hz. Ao modificar apenas a tensão da corda para um novo valor T', o estudante observa que a frequência de ressonância do quarto harmônico (n = 4) no novo sistema coincide exatamente com a frequência do quinto harmônico (n = 5) do sistema original.

Considerando que a massa linear da corda μ permanece constante, a razão T'/T entre as tensões é:

Em uma usina hidrelétrica, é gerada energia elétrica ao se aproveitar a força da água em movimento. A água armazenada em um reservatório é liberada e passa por turbinas, fazendo-as girar. Esse movimento aciona um gerador que transforma a energia em energia elétrica. Nesse processo, a energia é conservada, pois ela não é criada nem destruída, apenas transformada de uma forma em outra para permitir a geração de eletricidade. Em todo esse processo, quais são os tipos de energia envolvidos?

Os conceitos de massa, peso e gravidade são fundamentais para a compreensão dos fenômenos físicos relacionados ao movimento e à interação entre corpos. Embora frequentemente associados, esses conceitos possuem definições distintas e dependem de fatores específicos do sistema físico analisado. Considerando essas diferenças, assinale a alternativa correta.

Em um equipamento de ensaio, um bloco de massa m = 0,5 kg repousa sobre a face inclinada de uma cunha móvel de massa M = 1,3 kg, que pode se deslocar sem atrito sobre o piso horizontal. Um fio ideal liga o bloco a um ponto fixo na parede, passando por uma polia ideal presa ao topo da cunha (como mostra a figura).

Ao soltar o sistema a partir do repouso, o bloco desliza e a cunha acelera.

Considere: sen ø = 0,6; cos ø = 0,8; g=10m/s²

O módulo da aceleração da cunha em relação ao solo é:

Um anel semicircular rígido, de raio R, está fixado sobre uma mesa horizontal lisa. Um pequeno bloco é lançado com velocidade inicial u, de modo a entrar no anel por uma de suas extremidades. A velocidade inicial é tangente ao anel nesse ponto, e o bloco passa a se deslocar sobre a mesa, mantendo contato com a parede interna do anel até sair pelo ponto diametralmente oposto.

Durante o movimento, atua uma força de atrito cinético entre o bloco e a parede do anel, cujo coeficiente é µ. Despreze quaisquer outros efeitos dissipativos. Sabe-se que a velocidade com que o bloco deixa o anel ao completar o arco semicircular é v = u e^-µπ.

Com base nessas informações, assinale a alternativa que apresenta CORRETAMENTE o tempo necessário para que o bloco saia do anel.

Considere um fio condutor cilíndrico longo e reto, de raio $a$ e comprimento $L$, feito de um material com condutividade elétrica finita $\sigma$. Uma corrente elétrica constante $I$ flui uniformemente através da seção transversal do fio. Analisando o sistema sob a ótica das Equações de Maxwell e do Vetor de Poynting $(S=\frac{1}{{\mu }_0}E\times B)$ na superfície curva do fio, qual é a direção e o significado físico do fluxo de energia eletromagnética?

Duas naves espaciais deslocam-se ao longo da mesma linha reta, em sentidos opostos, aproximando-se uma da outra. Cada nave move-se com velocidade 0,5c em relação a um referencial inercial associado à Terra. De acordo com a Relatividade Restrita, qual é a velocidade relativa de aproximação medida pelo piloto de uma das naves?

Um fluido incompressível, não viscoso e de densidade constante ρ escoa em regime permanente por um tubo horizontal. O tubo apresenta duas seções transversais circulares:

Seção 1: diâmetro D₁ , velocidade média V₁ e pressão p₁;

Seção 2: diâmetro D₂ = D₁ / 2, velocidade média V₂ e pressão p₂.

Admite-se que o escoamento é permanente, o fluido é ideal, o tubo é horizontal (não há variação de energia potencial gravitacional) e o escoamento é unidimensional nas seções consideradas. Com base nas equações da continuidade e de Bernoulli, a diferença de pressão p₁ - p₂ vale:

Um feixe de luz propaga-se no ar e incide sobre a superfície de um material transparente. Sabe-se que o índice de refração do material é 𝑛=$\sqrt{3}$. Determine o ângulo de Brewster, para o qual a luz refletida fica totalmente polarizada. Se necessário, usar: sen60º=$\sqrt{3}$/2, cos30º=$\sqrt{3}$/2, sen30º=1/2, cos60º=1/2.

O principio físico que explica a tendência de um corpo em movimento manter sua velocidade constante, na ausência de forças resultantes, é a:

Observe a imagem:

(Fonte: LANGHI, Rodolfo. 7º Encontro Nacional de Astronomia, 2004)

O esquema foi feito por uma pessoa para explicar as estações do ano, mas apresenta erros conceituais – entre eles, o desenhista considerou que apenas a distância da Terra ao Sol é que determina as estações do ano.

Se apenas a distância da Terra ao Sol determinasse as estações do ano,

Um cilindro condutor maciço, infinitamente longo, de raio 𝑅 = 5,0 cm, é percorrido por uma corrente elétrica paralela ao seu eixo de simetria. A densidade de corrente, que depende apenas da distância radial 𝑟 ao eixo, é dada por

$J(r)=\frac{b}{r^{2/3}}\text{com}b=1,0\times 10^3\frac{A}{m^{5/3}}$

onde 𝑏 é uma constante positiva. Com isso, determine o módulo do campo magnético 𝐵⃗ em um ponto situado a uma distância 𝑟 = 8,0 mm do eixo do cilindro. Utilize 𝜇0 = 4𝜋 × 10⁻⁷ T ⋅ m/A.

Analise as afirmativas a seguir sobre as propriedades físicas da matéria:

I- No zero absoluto, uma condição idealizada, considera-se que os átomos e as moléculas de uma substância possuem energia cinética nula, ou seja, não apresentam movimento térmico.

II- Quando uma substância sofre mudança de estado físico, ocorre apenas uma transformação física, mantendo-se inalterada a composição química da substância.

III- Além dos três estados clássicos da matéria (sólido, líquido e gasoso), foi demonstrado que existe o plasma, estado no qual os átomos encontram-se ionizados, com o núcleo separado de seus elétrons livres.

É CORRETO o que se afirma em:

É importante ressaltar que as cores dos objetos refletem propriedades físicas inerentes a eles. Quanto ao destino da luz depois de incidir sobre um corpo qualquer, podemos classificá-los em três categorias: objetos opacos, transparentes e translúcidos.

Em relação às especificidades dessas categorias, analise as proposições a seguir.

I- Os objetos transparentes permitem que a luz passe através deles. A transmissão da luz através de um objeto tem a ver com o fenômeno da reflexão da luz

II- Os translúcidos permitem a passagem de apenas uma parte da luz. A transmissão da luz através de um objeto tem a ver com o fenômeno da refração da luz.

III- Os opacos podem espalhar, refletir ou absorver a luz. Eles transmitem muita luz.

É CORRETO o que se afirma apenas em:

Em um experimento escolar, para determinar a quantidade de água evaporada durante o processo de ebulição, seguiram-se os seguintes procedimentos, ilustrados pela imagem:

• colocou-se um volume de água dentro de um recipiente posicionado sobre uma balança;

• inseriu-se uma fonte de calor de potência efetiva de 2700 W no interior do recipiente;

• aqueceu-se a água ali contida até 100 ºC;

• em 2 minutos, desligou-se a fonte de calor e mediu-se a massa de água restante no recipiente.

Admita que o experimento seja realizado ao nível do mar, que o calor latente de vaporização da água seja de 540 cal/g e que 1J = 0,24 cal.

A massa de água, em gramas, evaporada durante o processo de ebulição, corresponde a:

Nas teias de aranha, ocorrem vibrações mecânicas que se propagam por seus fios de seda, permitindo que aranhas cacem suas presas. Considere os seguintes dados para uma situação em que um pequeno inseto colide contra uma teia:

• distância entre a aranha e o pequeno inseto na teia = 60 cm;

• tensão mecânica igualmente distribuída em todos os fios da teia = 9 x 10^-3 N;

• densidade linear de cada fio = 4 x 10^-9 kg/m;

• tempo desprezível de reação da aranha.

O intervalo de tempo decorrido, em milissegundos, para que o pulso propagado pela colisão do inseto na teia seja percebido pela aranha, é igual a:

Para determinar a aceleração de um elevador, fixou-se em seu teto uma mola ideal, conectada a uma massa. Na mola, com o elevador em repouso, mediu-se uma elongação de 5 cm; já com o elevador em movimento ascendente e acelerado, a elongação era de 6 cm.

Admitindo que a massa seja de 100 g, a aceleração do elevador, em m/s², é de:

Para analisar um líquido em repouso, contido em um recipiente aberto, um pesquisador verificou a variação da pressão hidrostática P, em função da profundidade h, no interior do líquido. Observe, no gráfico, os resultados encontrados e, na tabela, valores da densidade de quatro líquidos:

Considere a aceleração da gravidade local igual a 10,0 m/s² e a pressão atmosférica igual a 1,0 x 10⁵ N/m².

Com base nos dados apresentados, utilizou-se no experimento o seguinte líquido:

Em um estudo fictício avançado de cosmologia teórica, postula-se que a força de interação 𝐹⃗ entre duas massas escuras, 𝑚₁ e 𝑚2, separadas por uma distância 𝑟, segue uma lei modificada expressa por

onde 𝑣 é uma velocidade constante e 𝑘 representa uma frequência fundamental de oscilação do vácuo. Com base nessas informações, analise as seguintes assertivas sobre a física e a geometria envolvidas:

I. Para que a equação da força seja dimensionalmente consistente, a constante 𝛤 deve possuir dimensões de [𝑀] ⁻¹[𝐿] ⁵[𝑇] ⁻² no Sistema Internacional de Unidades.

II. O argumento da função exponencial $\left(\frac{kr}{v}\right)$ é uma grandeza adimensional, o que está em conformidade com os princípios da análise dimensional para funções transcendentes.

III. Dados os vetores 𝑎⃗ = 3𝑖̂+ 2𝑗̂− 𝑘̂, 𝑏⃗ = 𝑖̂− 𝑗̂+ 2𝑘̂ e 𝑐⃗ = 2𝑖̂+ 4𝑗̂+ 5𝑘̂, o volume do paralelepípedo cujas arestas coincidem com esses vetores, calculado pelo módulo do produto misto ∣ 𝑎⃗ ⋅ (𝑏⃗ × 𝑐⃗) ∣, seria de 47 unidades de volume.

Quais estão corretas?

A eletrostática de sistemas condutores e dielétricos é governada pela distribuição de energia e pela configuração dos potenciais. Sobre o tema, relacione a Coluna 1 (expressão ou grandeza física) à respectiva descrição fenomenológica ou configuração na Coluna 2.

Coluna 1

1.$\frac{1}{4\pi {ϵ}_0}\frac{Q}{R},\text{para}r\le R$

2.$\frac{1}{2}{ϵ}_0{E}^2$

3.$\frac{4\pi {ϵ}_0\kappa ab}{b-a}$

4. $-{\int }_i^f$ 𝐸⃗⋅ $d\overrightarrow{s}$

Coluna 2

( ) Diferença de potencial elétrico entre dois pontos.

( ) Capacitância de um capacitor formado por duas cascas esféricas concêntricas preenchidas com um material dielétrico de constante.

( ) Potencial elétrico no interior e na superfície de uma casca esférica condutora carregada.

( ) Densidade de energia eletrostática associada ao campo elétrico no vácuo.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: