Questão 21 - UFRGS 2020

21. Uma onda sonora propagando-se em um meio fluido, com velocidade de módulo 1.440 m/s, sofre reflexão entre duas barreiras de modo a formar nesse meio uma onda estacionária. Se a distância entre dois nós consecutivos dessa onda estacionária é 4,0 cm, a frequência da onda sonora é 

(A) 180 Hz. 

(B) 360 Hz. 

(C) 1.800 Hz. 

(D) 3.600 Hz. 

(E) 18.000 Hz.

Resolução:

Explicação Inicial:

Para determinar a frequência de uma onda a partir de sua velocidade é necessário obter também seu comprimento de onda. 
Vamos observar a imagem de uma onda estacionária:

   Na imagem acima vemos uma onda estacionária em que são indicados os nós (ponto em que a onda encontra o eixo de propagação), vale, que é o ventre mais baixo da onda e a crista que é o ponto mais alto da onda.

   Na sequencia, vemos a figura abaixo em que está indicado o comprimento de onda, esta é a distância de dois pontos da onda que se repetem. Isso ocorre quando o pulso relativo a onda está na posição de duas cristas consecutivas, por exemplo ou em dois vales consecutivos.

   Quando o pulso está na posição do nó, por outro lado, no primeiro nó é como se o pulso estivesse subindo, mas no próximo nó o pulso estaria descendo, logo esta distância não é definida como uma repetição, e portanto não determina o comprimento de onda. O comprimento de onda será determinado pela distância entre o primeiro e o terceiro nó, pois nestes dois instantes a onda estará se repetindo.

    Assim, a distância entre o primeiro e o segundo nó determina a metade do comprimento de onda.como podemos ver na figura abaixo.

Resolução:

    Neste problema temos a velocidade da onda 1.440 m/s e a distância entre dois nós, ou seja a metade do comprimento de onda que é de 4,0 cm.

    Assim, utilizando os dados do problema e tratando a unidade de medida:

Aplicando estes valores à equação da onda:

Assim chegamos a item (E).

Resposta: item (E).

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UFRGS - 2020 - Questão 20

Um bonito efeito de cor pode ser observado quando a luz solar incide sobre finas películas de óleo ou água. 

Ocorre que, quando um feixe de luz incide sobre a película, ele sofre duas reflexões, uma na superfície anterior e outra na superfície posterior. Assim, esses raios de luz refletidos percorrem diferentes caminhos, e sua superposição resulta em reforço de alguns comprimentos de onda e aniquilação de outros, dando origem às cores observadas. 

O fenômeno responsável por esse efeito é a 

(A) difração. 

(B) interferência. 

(C) polarização. 

(D) reflexão total. 

(E) refração.

Resolução:

O fenômeno descrito na questão está ilustrado na figura acima. 

A película de óleo é um meio com índice de refração diferente do índice de refração do ar, logo ao penetrar na película de óleo a luz sofre alteração em sua velocidade. Com isso ela sofre também reflexão em dois lugares, a primeira ao atingir a superfície da película e a segunda ao atingir parte inferior da película, assim ela percorre dois caminhos diferentes podendo causar interferência construtiva ou destrutiva conforme o encontro das ondas refletidas em cada parte. 

Como a incidência da luz não é constante as interferências também é variável e por isso gera uma variedade de cores, fenômeno chamado de furta-cor.

Assim é a interferência o fenômeno responsável pela formação do arco-íris nesta situações.

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Resposta:
Item (B): interferência.

UFRGS - 2020 - Questão 19

Na figura abaixo, O, P e Q representam três diferentes posições de um objeto real, e L é uma lente, imersa no ar, cuja distância focal coincide com a distância da posição P à lente. As setas 1, 2 e 3 representam imagens do objeto, formadas pela lente. 

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. A lente L é ........ , e as imagens do objeto quando colocado nas posições O, P e Q são, respectivamente, ........ 

(A) convergente - 1, 2 e 3 

(B) divergente - 1, 2 e 3 

(C) convergente - 2, 3 e 1 

(D) divergente - 3, 2 e 1 

(E) convergente - 3, 2 e 1

Resolução:

 Quando se trata de lentes, devemos sempre observar as características principais de uma lente.

Para lentes esféricas convergente 

Como podemos ver na figura a cima a o raio de luz que incide pelo lado esquerdo da lente sofre desvio duas vezes provocado pela difração na mudança de meio em cada face da lente. O raio que sai do lado esquerdo se dirige para o eixo de propagação da lente.
Assim, vemos que esta é uma lente convergente, pois os raios refratados se dirigem para um mesmo ponto após atravessar a lente.

Para lentes divergentes, por outro lado ocorre o oposto

Os raios de luz que atravessa a lente ao invés de se dirigirem para o eixo, se separam desviando para direções diferentes.

Um resumo que pode facilitar a memorização é que:

• Bordas mais espessas (grossas) que região do centro - Lente divergente;
• Bordas mais finas que a região do centro da lente - Lente convergente.

O próximo entendimento que esta questão solicita é o tipo de imagem formada em cada lente:

• Lentes divergentes sempre produzem apenas um tipo de imagem: 
• VIRTUAL, DIREITA E MENOR que o objeto;
• Lentes convergentes, por outro lado produzem um variado tipo de imagens que depende da posição do objeto em relação à lente:
• Objeto em uma posição maior que o dobro da distância focal: p > f:
• Imagem: REAL (à direita da lente), INVERTIDA e MENOR;
  
  
• Objeto em uma posição entre o dobro da distância focal e a própria distância focal:           2f > p > f
• Imagem: REAL (à direita da lente), INVERTIDA e MAIOR;

• Objeto em uma posição menor que a distância foca: p < f
• Imagem: VIRTUAL (à esquerda da lente), DIREITA e MAIOR;

Observando a imagem do problema em questão

Vemos que as imagens geradas 1,2 e 3 são todas do lado esquerdo da lente, ou seja, são imagens virtuais que ocorre tanto na lente convergente como na lente divergente, porém observe que na lente convergente ela ocorre apenas para um espaço em que a imagem pode estar (p < f), e como a distância focal coincide com a posição P, então 

O - p > 2f;

P - p = f;

Q - p < f;

Assim, para três posições diferentes a lente produz três imagens com a mesma orientação, logo, esta lente é divergente.
Também, ao aproximarmos o objeto da lente os raios que voltam para o mesmo meio do objeto, chegam com maior inclinação que significa que a imagem aumenta conforme o objeto e a lente se aproxima.

Assim, respectivamente às posições O, P e Q estão as imagens 1,2 e 3.

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Resposta:

Item (B)

UFRGS - 2020 - Questão 18

A figura representa um ímã suspenso verticalmente ao longo do eixo de uma bobina ligada a um galvanômetro.

 A deflexão do ponteiro do galvanômetro para direita/esquerda indica que a corrente elétrica fluindo na espira, vista desde o ponto de suspensão do ímã, tem sentido horário/anti-horário. Em t = O, o ímã é liberado e cai. Considere três instantes de queda, (1), (2) e (3), mostrados abaixo. 

Escolha a alternativa que indica, aproximadamente, a posição do ponteiro do galvanômetro nos instantes mostrados acima.

Resolução:

Segundo a lei de Faraday - Lenz, só há corrente elétrica na espira quando há a variação do fluxo do campo de indução magnética nesta espira.
Esta variação só ocorre enquanto o imã se aproxima ou se afasta da espira, ou seja, enquanto o imã atravessa a espira, o fluxo não varia e portanto não há corrente elétrica induzida.
Assim determinamos que para o instante (2) o ponteiro não é defletido para nenhum lado.
 
No instante (1) da figura o fluxo está aumentando e a espira tende a provocar redução no fluxo, assim, ela cria um polo magnético oposto ao que polo do imã que se aproxima. 

Como o imã se aproxima com o polo magnético norte dirigido para a espira, a espira cria um polo magnético norte dirigido para o imã. Assim, utilizando a regra da mão direita aplicada a espira, ou seja, a corrente é representada pelas pontas dos dedos, enquanto os dedos fazem um movimento circular, o campo de indução magnética aponta para a direção da ponta do polegar.
O norte gerado pela espira está dirigido para cima, o que significa que visto de cima o sentido da corrente é anti-horário e portanto o ponteiro é defletido para a esquerda, levando em conta o texto.

No instante (3) da figura o imã se afasta da espira com o polo sul dirigido para a espira, diminuindo o fluxo do campo de indução magnética. Neste caso a espira provocará um campo que evite a redução no fluxo, o que significa que criará na parte de baixo da espira um polo magnético norte, ou seja, na parte de cima da espira criará um polo magnético sul.
Novamente utilizando a regra da mão direita aplicada à espira, o dedo apontando para  lado da espira na parte de cima, o sentido da corrente criada é horário e o ponteiro deflete para a direita do galvanômetro.

Resumindo:

No instante (1) o polo norte do imã que se aproxima faz a espira criar o polo norte e para isso uma corrente no sentido anti-horário que deflete o galvanômetro para a esquerda.
No instante (2) não há variação do fluxo e por isso não há corrente induzida nem deflexão no galvanômetro.
No instante (3) ocorre o oposto do instante (1), por isso a corrente induzida é horária (vista pelo lado de cima da espira) e o galvanômetro deflete para a direita.

Resposta:

Item (A)

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UFRGS - 2020 - Questão 17

17. Em dada região do espaço, existem campos elétrico (E) e magnético (B), orientados perpendicularmente entre si. A figura abaixo representa a situação. 

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

Para que uma carga positiva movendo-se paralelamente ao eixo z atravesse essa região sem sofrer desvio em sua trajetória, o módulo de sua velocidade deve ser igual a ........ e o sentido do seu movimento deve ser ........ .

 (A) |B|/|E|; +z 

(B) |E|x|B|; +z 

(C) |E|/|B|; +z 

(D) |B|x|E|; -z
(E) |E|/|B|; -z

 Resolução:

Uma partícula carregada em uma região onda há campo elétrico ou campo magnético, está submetido a uma foça força gerada por cada uma das interações. Para que a partícula possa manter um sentido de movimento as forças devem obedecer a segunda lei de Newton e se anularem mutuamente.
Assim, como temos uma interação elétrica e uma interação magnética, as forças são dadas pelas seguintes equações

Igualando o módulo das forças elétricas e magnéticas

Assim, o módulo da velocidade é dado pela razão entre os campos elétricos e magnéticos.

Para saber a direção e o sentido, devemos levar em conta o caráter vetorial de cada grandeza física.
Uma carga positiva, ao entrar na região de um campo elétrico sofre a ação da força na mesma direção e sentido do campo, como está representado na figura abaixo 

Para que as forças se anulem mutuamente, a força magnética deve ter mesma direção e sentido oposto ao da força elétrica.

Como a figura inicial do problema indica  o campo magnético que age sobre a partícula está dirigido para cima do plano da página, ou seja, na direção +y, e como vimos anteriormente, a força magnética está dirigida para -x. 

Para determinar a direção e o sentido da velocidade da partícula, utiliza-se a regra do tapa, ou da mão espalmada, onde a força é representada por uma seta saindo da palma da mão (quando a carga é positiva), o campo magnético é representado por uma seta saindo da ponta dos dedos e a velocidade da partícula pela seta que sai da ponta do polegar com a mão espalmada, sendo assim as três grandezas físicas perpendiculares entre si, conforme a figura  a seguir

Associando esta figura com as direções obtidas para o campo magnético e a força magnética do problema como vemos abaixo

Vemos que a velocidade da partícula aponta para fora da página na direção positiva de z.

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Resposta:

Item (C) |E|/|B|; +z