UFRGS - 2016 - Questão 23

Considere as afirmações sobre radioatividade nuclear.
I - Todos os núcleos atômicos são radioativos.
II - Todos os núcleos radioativos em uma dada amostra, depois de duas meias vidas, já se desintegraram.
III- No decaimento ɣ, um núcleo em um estado excitado decai para um estado de menor energia pela emissão de um fóton.

Quais estão corretas?

(A) Apenas I.
(B) Apenas II.
(C) Apenas III.
(D) Apenas I e II.
(E) I, II e III.

Resolução:
I - Nuclídeos atômicos de baixa massa como o hidrogênio, por exemplo, não apresentam instabilidades capazes de emitir algum tipo de radiação. Porém o parâmetro para emissões radioativas não é apenas a massa, isótopos de carbono 14 sofrem decaimentos do tipo beta apesar de possuir massa baixa em comparação com outros elementos radioativos como urânio 237.
Por tanto nem todos os elementos são radioativos.
Item incorreto.

II - O chamado tempo de meia-vida é o período para que o conteúdo da amostra reduza-se à metade do valor anterior. Assim ao passar por duas meias vidas a amostra reduz-se a metade na primeira e à metade novamente na segunda, sendo assim, reduz-se a um quarto do valor inicial, ou 25%, logo ele não se desintegra totalmente como a afirmação dá a entender.
Item incorreto.

III- Decaimento gama é uma radiação eletromagnética, ou seja, luz. A energia eletromagnética é transportada por partículas chamadas fótons que é a situação descrita no item III.
Item correto.

Resposta: item (C) 

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UFRGS 2016 - Questão 18

18. Observe a figura abaixo que representa um anel condutor que cai verticalmente na direção de um fio fixo que conduz uma corrente elétrica i.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
Considerando que o plano do anel e o fio são coplanares, conforme representa a figura, a corrente elétrica induzida no anel terá sentido ........ e a força magnética resultante sobre ela ........ .

(A) horário – aponta para o topo da página
(B) horário – aponta para o pé da página
(C) anti-horário – aponta para o topo da página
(D) anti-horário – aponta para o pé da página
(E) anti-horário – será nula

Resolução:

Aplicando a regra da mão direita ao fio verificarmos que é produzido um campo magnético no plano do anel da seguinte

   No lado em que o anel se encontra o campo entra no plano da página o que significa que no referencial do anel está em sua direção o pólo norte do campo. Como o anel está se aproximando o fluxo magnético na espira está aumentando e a tendencia é criar uma corrente que se oponha à esta aproximação, assim o pólo gerado na espira (anel) deve ser o mesmo gerado pelo fio naquele ponto. Por ser o pólo norte que sai do anel podemos afirmar que a corrente está no sentido anti-horário

   Para analisarmos a força magnética sobre a espira vamos observar a parte inferior da espira pois está sob maior influência da corrente elétrica do fio:

   A corrente no anel é no sentido anti-horário, enquanto o campo externo à espira está entrando no plano do anel, para determinarmos a força magnética utilizar a regra da mão espalmada (Regra do Tapa)

   Assim vemos que a força magnética que age sobre anel está dirigida para cima, para o topo da página.

   Resposta:
   Item (C)

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Cinemática 2: Trajetória

   Cinemática:

   Dando continuidade ao nosso estudo de cinemática, vamos verificar neste capítulo questões relacionadas à trajetória de uma partícula e cada característica relativas ao conceitos ligados possíveis mudanças de posição.

   

   Trajetória:

   Para compreender a ideia da trajetória devemos em primeiro lugar a posição. Após adotar o referencial em que irá se trabalhar (http://coisasdefisicco.blogspot.com.br/2014/03/cinematica-1-conceitos-iniciais.html) podemos identificar as coordenadas da localização do objeto.

   A localização do objeto é tido como posição do objeto. Esta posição é medida em unidade de comprimento (metro - m, centímetros - cm, quilômetros - km etc) . É simbolizada pela letra S em um caso qualquer, x na direção horizontal e y na direção vertical.

   Onde determinamos a posição do referencial é onde chamaremos de origem das posições e esta posição é chamada posição igual à zero. 

   A posição em que é observado o início da trajetória é tida como a posição inicial que pode coincidir com a posição zero, porem não é necessariamente esta a posição de início da trajetória.

   A posição é um ponto, este ponto pode estar localizado em coordenadas uni, bi ou tridimensionais.

   Quando um corpo passa por um conjunto de posições está se deslocando, este conjunto de posições é denominado de trajetória do corpo. A trajetória é então os locais por onde o corpo realmente passou, assim nasce uma grandeza física escalar que é a distância percorrida, veja o exemplo

   Na figura a cima o ônibus faz uma trajetória no bairro percorrendo o total de sete quadras. Seja cada quadra com 100 metros de comprimento o ônibus andou uma distância total de 700 metros. Porém, há uma outra grandeza física associada que é a distância entre os pontos de partida e chegada do ônibus, como identificado a baixo

     
   A linha representada em lilás é a distância entre o ponto de partida e chegada, representa uma grandeza física vetorial chamada deslocamento, neste caso o deslocamento foi de quatro quadras para direita e três quadras para cima. Isso significa que para o ônibus a linha reta que separa os dois pontos formam um triângulo retângulo de lados 400 metros, 300 metros e o lado que representa o tamanho do deslocamento, que pode ser determinado pelo teorema de Pitágoras como segue:

   O deslocamento é representado pelos símbolos delta (letra grega que significa variação) e S do inglês space e para ser completamente determinado deve ter módulo - seu valor numérico, direção - sua inclinação, e sentido - "lado" para onde se dirige, característica de uma grandeza vetorial.
   A distância percorrida por sua vez é determinada apenas por seu módulo, pois é uma grandeza escalar não interessando a direção. 

UFRGS - 2016 - Questão 24

   Segundo o modelo atômico de Bohr, no qual foi incorporada a ideia de quantização, o raio da órbita e a energia correspondentes ao estado fundamental do átomo de hidrogênio são, respectivamente, R₁ = 0,53x10^-10 m e E₁ = -13,6 eV. 

   Para outras órbitas do átomo de hidrogênio, os raios R_n e as energias E_n, em que n = 2, 3, 4, ..., são tais que

(A) R_n = n² R₁ e E_n = E₁/n² .
(B) R_n = n² R₁ e E_n = n² E₁.
(C) R_n = n² R₁ e E_n = E₁/n.
(D) R_n = nR₁ e E_n = nE₁.
(E) R_n = nR₁ e E_n = E₁/n² .

Resolução:

    Segundo o modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio ele determinou matematicamente utilizando cálculo avançado e conseguiu explicar transições do elétron nas órbitas, para o raio determinou que no n-ésimo nível o raio seria o produto do quadrado do número do nível pelo raio no estado fundamental, em que n=1, assim, para o raio

 R_n = n² R₁

   Por outro lado para a energia do n-ésimo nível (chamado estado excitado), é a razão entre a energia do estado fundamental e o quadrado do estado excitado, ou seja,
E_n = E₁/n²
   Assim a resposta é o item (A)
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UFRGS 2016 - Questão 17

   No esquema da figura abaixo, o fio F, horizontalmente suspenso e fixo nos pontos de suporte P, passa entre os polos de um ímã, em que o campo magnético é suposto horizontal e uniforme. O ímã, por sua vez, repousa sobre uma balança B, que registra seu peso.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Em dado instante, a chave C é fechada, e uma corrente elétrica circula pelo fio. O fio sofre uma força vertical, ........, e o registro na balança ........ .


(A) para baixo – não se altera.
(B) para baixo – aumenta.
(C) para baixo – diminui.
(D) para cima – aumenta.
(E) para cima – diminui.

   Resolução:
   Inicialmente devemos lembrar que o sentido da corrente que passa pelo circuito que deve ser usada é o convencional, logo, do positivo da bateria para o negativo.
   Como há corrente elétrica, ou seja, transporte de carga, em uma região onde há campo magnético externo à carga, haverá também uma força agindo sobre esta. Podemos determinar a direção e o sentido desta força através da regra da mão espalmada (regra do tapa) como segue a figura a seguir:

   Lembrando que as linhas que representam o campo magnético saem do pólo norte e entram no pólo sul de um imã, então o campo magnético está apontando para dentro da página.

   A corrente  está dirigida para direita no ponto onde o campo é aplicado sobre o fio. Assim, como a mão a cima demonstra, a força magnética que age sobre o fio está direcionada para cima e por princípio de ação e reação há uma força gerada pela corrente sobre o imã na mesma direção e sentido oposto.
   Assim as forças que agem sobre a balança são o próprio peso do imã e a reação a força eletromagnética aumentando a leitura da balança.
Resposta:

Item (D)

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UFRGS 2016 - Questão 15

Uma esfera condutora e isolada, de raio R, foi carregada com uma carga elétrica Q. Considerando o regime estacionário, assinale o gráfico abaixo que melhor representa o valor do potencial elétrico dentro da esfera, como função da distância r < R até o centro da esfera.

   Resolução:

   O potencial é a energia por unidade de carga criada pela carga em cada ponto do espaço. O potencial no interior da esfera é contribuído por cada elemento de carga da superfície da esfera, assim no interior o que é reduzido por estar distante de um dos lados da esfera é adicionado pelo do lado diretamente oposto, por tanto o potencial no interior da esfera passa a ser constante em qualquer ponto para r<R.

Assim o gráfico para o interior da esfera é uma linha horizontal apresentada no gráfico do item (A).
Resposta: item (A).

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UFRGS 2016 - Questão 16

O gráfico abaixo apresenta a curva corrente elétrica i versus diferença de potencial V para uma lâmpada de filamento. Sobre essa lâmpada, considere as seguintes afirmações.

 I - O filamento da lâmpada é ôhmico.
II - A resistência elétrica do filamento, quando ligado em 6 V, é 6 Ω.
III- A potência dissipada pelo filamento, quando ligado em 8 V, é 0,15 W.

Quais estão corretas?
(A) Apenas I.
(B) Apenas II.
(C) Apenas III.
(D) Apenas I e III.
(E) I, II e III.

Resolução:

Afirmação I:

O gráfico é não linear, visto que não representa uma reta, por este motivo pode-se concluir que este filamento é não-ôhmico. Isto significa que a resistência se modifica com a aplicação e aumento de tensão.
Afirmação incorreta.

Afirmação II:

Ao aplicar a tensão de 6 V à lâmpada a corrente que a percorre é de 1,0 A

Assim

Afirmação correta.

Afirmação III:
Ao aplicar a tensão de 8 V a corrente que percorre o filamento é de 1,2 V como se vê no gráfico.

Assim a potencia dissipada por este filamento é

Afirmação incorreta.

Assim, a única informação correta é a afirmação II.
Resposta: (B)
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UFRGS - 2016 -Questão 12

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. 

Segundo a Teoria Cinética dos Gases, um gás ideal é constituído de um número enorme de moléculas cujas dimensões são desprezíveis, comparadas às distâncias médias entre elas. As moléculas movem-se continuamente em todas as direções e só há interação quando elas colidem entre si. Nesse modelo de gás ideal, as colisões entre as moléculas são ........, e a energia cinética total das moléculas ........ . 

(A) elásticas – aumenta 
(B) elásticas – permanece constante 
(C) elásticas – diminui 
(D) inelásticas – aumenta,
(E) inelásticas – diminui 

Resolução:
 Para que os gases mantenham sua temperatura até que haja uma transformação devem manter sua energia de movimento (energia cinética) constante e isso só possível se não houver perda nem adição de energia às partículas dos gases durante as colisões, o que faz com que sejam colisões elásticas.
Resposta item (B).

UFRGS - 2016 - Questão 14

Uma máquina térmica, representada na figura abaixo, opera na sua máxima eficiência, extraindo calor de um reservatório em temperatura T_q = 527 °C, e liberando calor para um reservatório em temperatura T_f = 327 °C

Para realizar um trabalho (W) de  600 J, o calor absorvido deve ser de

(A) 2400 J. 

(B) 1800 J. 

(C) 1581 J. 

(D) 967 J. 

(E) 800 J.

A eficiência termodinâmica em termos das temperaturas da fonte quente e da fonte fria é dada por:

e em termos do trabalho realizado pela máquina térmica e o calor absorvido da fonte quente,
As temperaturas devem estar na escala Kelvin, assim:

T_q = 527 °C + 273 = 800 K

T_f = 327 °C + 273 = 600 K

Por outro lado, a eficiência em termos do trabalho e do calor da fonte quente:

Resposta, item (A).

UFRGS - 2016 - Questão 11

Considere dois motores, um refrigerado com água e outro com ar. No processo de resfriamento desses motores, os calores trocados com as respectivas substâncias refrigeradoras, Q_ag e Q_ar, são iguais. Considere ainda que os dois motores sofrem a mesma variação de temperatura no processo de resfriamento, e que o quociente entre os calores específicos da água, c_ag, e do ar, c_ar, são tais que c_ag/c_ar = 4. Qual é o valor do quociente m_ar/m_ag entre as massas de ar, m_ar, e de água, m_ag, utilizadas no processo?

(A) ¼.
(B) ½.
(C) 1.
(D) 2.
(E) 4.
Resolução:

Como há variação de temperatura, o calor trocado se trata de calor sensível. Assim:

Para o caso específico em que os calores trocados são apenas entre as substâncias refrigeradoras, então

Como a variação de temperatura é a mesma para as duas substâncias

Resposta: ítem (E).

UFRGS - 2016 - Questão 09

   Na figura abaixo, está representada a trajetória de um projétil lançado no campo gravitacional terrestre, com inclinação φ em relação ao solo. A velocidade de lançamento é v₀ = v_0x + v_0y, onde v_0x e v_0y são, respectivamente, as componentes horizontal e vertical da velocidade v₀.

   Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

   Considerando a energia potencial gravitacional igual a zero no solo e desprezando a resistência do ar, as energias cinética e potencial do projétil, no ponto mais alto da trajetória, valem, respectivamente, ........ e ........ .

(A) zero – mv₀ 2 /2
(B) zero – mv_0x 2 /2
(C) mv₀ 2 /2 – mv_0y 2 /2
(D) mv_0x 2 /2 – mv_0y 2 /2
(E) mv_0y 2 /2 – mv_0x 2 /2

   Resolução:
   No ponto mais alto a componente vertical da velocidade se anula, pois é quando o movimento vertical pára de subir para cair, assim, o projétil só apresenta componente horizontal da velocidade, logo a energia cinética no ponto mais alto é

   Também no ponto mais alto temos a energia potencial gravitacional máxima e como a energia é conservada a energia mecânica total  no ponto mais alto é igual a energia mecânica total no início do movimento, assim

Resposta: item (D).

UFRGS - 2016 - Questão 13

Nos gráficos I e II abaixo, p representa a pressão a que certa massa de gás ideal está sujeita, T a sua temperatura e V o volume por ela ocupado.

Escolha a alternativa que identifica de forma  ma máquina térmica, representada na figura. E correta as transformações sofridas por esse gás, representadas, respectivamente, em I e II.
(A) Isobárica e isocórica.
(B) Isotérmica e isocórica.
(C) Isotérmica e isobárica.
(D) Isocórica e isobárica.
(E) Isocórica e isotérmica.

Resolução:
Pela lei geral dos gases:

Vemos que isolando tanto a pressão, quanto o volume chegaremos a uma função afim, que dá uma reta como gráfico.
Se isolarmos a pressão, teremos p em função de T, assim para que a equação seja uma função afim, então o volume deverá ser uma constante, assim o gráfico I é do tipo p versus T, significando que o volume é constante.é uma transformação isocórica.
Raciocínio análogo pode ser feito isolando o volume na equação geral e como o gráfico II é de v versus T, então trata-se de uma transformação à pressão constante.
Resposta: ítem (D)

UFRGS - 2016 - Questão 07

 Uma partícula de massa m e velocidade horizontal v_i colide elasticamente com uma barra vertical de massa M que pode girar livremente, no plano da página, em torno de seu ponto de suspensão. A figura (i) abaixo representa a situação antes da colisão. Após a colisão, o centro de massa da barra sobe uma altura h e a partícula retorna com velocidade v_f, de módulo igual a v_i /2, conforme representa a figura (ii) abaixo

O módulo do impulso recebido pela partícula é
(A) 1,5 m.v_i² /M.
(B) 0,5 m.v_i² .
(C) 1,5 m.v_i².
(D) 0,5 m.v_i.
(E) 1,5 m.v_i .
   Resolução:
   Impulso é a variação da quantidade de movimento.
   Para o projétil, ela foi da seguinte forma:

A velocidade é uma grandeza vetorial, assim, se na ida ela tem velocidade positiva, no retorno ela tem velocidade negativa, então vale que:

Em módulo é:

item (E)

UFRGS - 2016 - Questão 06

   Uma partícula de massa m e velocidade horizontal v_i colide elasticamente com uma barra vertical de massa M que pode girar livremente, no plano da página, em torno de seu ponto de suspensão. A figura (i) abaixo representa a situação antes da colisão. Após a colisão, o centro de massa da barra sobe uma altura h e a partícula retorna com velocidade v_f, de módulo igual a v_i /2, conforme representa a figura (ii) abaixo

   Considerando g o módulo da aceleração da gravidade, a altura h atingida pela barra é igual a

(A)  3mv²_i/2Mg.
(B) 3mv²_i/4Mg .
(C) 5mv²_i /8Mg .
(D) 3mv²_i /8Mg .
(E)  mv²_{i /}4Mg.

   Resolução:
   Como a colisão é elástica, significa que ela conserva a energia mecânica (energia total) do sistema.      Como o sistema também conserva momentum linear, sua quantidade de movimento, devemos usar sua conservação para resolver o problema.

   Na situação (i) a barra está em repouso e o seu centro de massa está no menor nível, isso significa que a energia potencial gravitacional da barra é nula, assim como sua energia cinética, porém o projétil está em movimento com velocidade v_i  , logo, possui energia cinética, mas não energia potencial gravitacional, pois está no menor nível. 

   Por outro lado, na situação (ii) a barra tem sem centro de massa erguido, logo possui energia potencial gravitacional, era energia foi transferida de parte da energia cinética do projétil, sabemos isso, pois na situação ii a velocidade do projétil é reduzida pela metade.

    Assim:

   Como a energia mecânica total se iguala:

Resposta: item (D)

UFRGS - 2016 - Questão 08

Considere, na figura abaixo, a representação de um automóvel, com velocidade de módulo constante, fazendo uma curva circular em uma pista horizontal.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
A força resultante sobre o automóvel é ........ e, portanto, o trabalho por ela realizado é ........ .

(A) nula – nulo
(B) perpendicular ao vetor velocidade – nulo
(C) paralela ao vetor velocidade – nulo
(D) perpendicular ao vetor velocidade – positivo
(E) paralela ao vetor velocidade – positivo
   Resolução:
   Para manter um corpo em movimento circular, é necessário aplicar sobre este uma força capaz de alterar sua translação, sendo o vetor força sempre perpendicular ao vetor velocidade, o corpo entra em movimento circular.

   Como o trabalho é obtido pelo produto entre a força e deslocamento, como na equação a seguir:

e o ângulo entre o deslocamento é de 90º, o cos 90º=0, então W = 0 J.
Resposta: item (B)

UFRGS - 2016 - Questão 10

Um objeto sólido é colocado em um recipiente que contém um líquido. O objeto fica parcialmente submerso, em repouso. 

A seguir, são feitas três afirmações sobre o módulo da força de empuxo sobre o objeto. 

I - É proporcional à densidade do líquido. 

II - É proporcional ao volume total do objeto. 

III - É proporcional à densidade do objeto. 

Quais estão corretas? 

(A) Apenas I. 

(B) Apenas II. 

(C) Apenas III. 

(D) Apenas I e III. 

(E) I, II e III.

Resolução:
O empuxo é, por definição, o peso do líquido deslocado e é calculado pela equação:

E=d.V.g

sempre relativo ao líquido.
O volume de líquido deslocado é precisamente o quanto do objeto que está submerso, assim, podemos dizer que a afirmação I é correta.
A afirmação II está errada pois o corpo não está totalmente submerso para que volume deslocado seja igual ao volume total do corpo.

A afirmação III, por sua vez, está errada pois a densidade que conta no empuxo é a do líquido e não a do objeto.
Resposta: ítem (A)

UFRGS - 2016 - Questão 05

Em 23 de julho de 2015, a NASA, agência espacial americana, divulgou informações sobre a existência de um exoplaneta (planeta que orbita uma estrela que não seja o Sol) com características semelhantes às da Terra. O planeta foi denominado Kepler 452-b. Sua massa foi estimada em cerca de 5 vezes a massa da Terra e seu raio em torno de 1,6 vezes o raio da Terra.

Considerando g o módulo do campo gravitacional na superfície da Terra, o módulo do campo gravitacional na superfície do planeta Kepler 452-b deve ser aproximadamente igual a

(A) g/2.
(B) g.
(C) 2g.
(D) 3g.
(E) 5g.

O módulo do campo gravitacional é dado por:

Os dados do planeta Kepler são:

M_K = 5.M_T
R_K = 1,6.R_T

Assim:

Resposta: ítem (C)

UFRGS - 2016 - Questão 03

Na figura abaixo, um bloco de massa m é colocado sobre um plano inclinado, sem atrito, que forma um ângulo α com a direção horizontal. Considere g o módulo da aceleração da gravidade.

 O módulo da força resultante sobre o bloco é igual a
(A) mg.cosα.
(B) mg.senα.
(C) mg.tanα.
(D) mg.
(E) zero.

Resolução:
No plano inclinado, a única força que provoca o movimento é a componente paralela ao plano. Assim, vemos na figura abaixo

As componentes P_x , P_y e P formam um triângulo onde

P_{x é cateto oposto ao ângulo, assim} P_{x =} mg.senα
Assim a resposta é o item (B).