UFRGS - 2020 - Questão 25

Em maio de 2019, comemorou-se o centenário do eclipse solar total observado desde a cidade de Sobral, no Ceará, por diversos cientistas de todo o mundo. 

No momento em que a Lua encobriu o Sol, câmeras acopladas a telescópios registraram, em chapas fotográficas, posições de estrelas que apareciam próximas ao Sol, destacando-se as duas mais próximas, uma de cada lado, conforme figura 1 abaixo. 

Alguns meses após o eclipse, novas fotografias foram tiradas da mesma região do céu. Nelas as duas estrelas estavam mais próximas uma da outra, conforme figura 2 abaixo. 

A comparação entre as duas imagens mostrou que a presença do Sol havia desviado a trajetória da luz proveniente das estrelas, conforme esquematizado na figura 3 abaixo. 

Os desvios observados, durante o eclipse, serviram para comprovar uma previsão 

(A) das Leis de Kepler. 

(B) da Lei da Gravitação Universal. 

(C) da Mecânica Newtoniana. 

(D) da Relatividade de Einstein. 

(E) da Mecânica Quântica

Resolução:

    O espaço e o temo é uma grandeza física única que comporta-se analogamente a um tecido. Na presença de uma massa muito grande este tecido se curva fazndo que corpos com menor massa se movimentem em torno da grande massa. 

    Ocorre que, quando a curvatura é muito grande, nem mesmo a luz é capaz de escapar e sofre um desvio em seu deslocamento. Foi o que ocorreu com a luz da estrela distante ao passar próximo ao Sol durante o eclipse de Sobral em 2019.
    Assim o fenômeno explicado e previsto pela Teoria da Relatividade de Einstein confirmou a publicação de 1915.

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Resposta:

Item (D).

UFRGS - 2020 - QUESTÃO 24

Em 26 de abril de 1986, o reator 4 da usina nuclear de Chernobyl, na atual Ucrânia, explodiu durante um teste de segurança, devido a uma combinação de erros humanos. Esse foi o pior desastre nuclear da história. Entre os resíduos radioativos mais poluentes provenientes do desastre, estão os isótopos, com a respectiva meia-vida entre parênteses: Xenônio-133 ( ¹³³Xe - 5,2 dias), Iodo-131 (¹³¹I - 8 dias), Césio-134 (¹³⁴ Cs - 2 anos), Estrôncio-90 (⁹⁰Sr - 28,8 anos) e Césio-137 (¹³⁷Cs - 32,2 anos). Atualmente, e por vários anos a seguir, o ⁹⁰Sr e o ¹³⁷Cs são as principais fontes de radiação na região afetada pela explosão. 

A figura abaixo mostra, em particular, a cadeia de decaimentos que leva o ¹³⁷Cs ao isótopo estável Bário - 137 (¹³⁷Ba).  

Os processos indicados pelas setas (1), (2) e (3) são, respectivamente, decaimentos
(A) β^-, β^- e γ.
(B) β⁺, β^- e β^-.
(C) β⁺, β^- e γ.
(D) β^-, β^- e β⁺,
(E) β⁺, β⁺ e γ.

Resolução:

O processo de decaimento por irradiações é um processo natural que acontece com todos os elementos da tabela periódica. Cada elemento possui um tempo de decaimento específico que entre outras caraterísticas está ligado ao tipo de partícula que é emitida no processo.

As radiações estudadas em nivel médio são três:

• Radiação alfa; 
• Radiação beta; 
• Radiação gama. 

Cada uma destas radiações é caracterizada por uma partícula ou conjunto de partículas.

• A partícula alfa é composta por dois prótons e dois nêutrons, ela equivale ao núcleo de He, por este motivo ao sofrer um decaimento o elemento tem sua massa e sua carga alterada diminuindo a massa em 4 unidades e a carga em 2 unidades.
• A partícula beta, por sua vez, ocorre pela transmutação de um nêutron em um próton dentro de um núcleo que emite um elétron e um neutrino, esta é a radiação beta menos. O contrário também pode ocorrer o próton transmutar-se em um nêutron e este decaímento cria um pósitron ou um anti-elétron, conhecido como radiação beta mais.
  O decaimento beta menos aumenta o número de prótons no núcleo, ou seja, o elemento tem alterado o número atômico (aumentado) sem alterar a sua massa.
  O decaimento beta mais diminui o número de prótons no núcleo, então o elemento diminui o número atômico também sem aumentar a massa.
• A radiação gama ocorre quando as cargas elétricas do núcleo se redistribuem de forma que emitem um fóton de altíssima energia sem alterar a massa nem a carga do elemento.
  

Problema:

Na transformação (1) o Cs (A=137; Z=55) decai para Ba (A=137, Z=56), estável, assim percebe-se que houve mudança na carga aumentando, sem alterar a massa. Logo a transformação é β^-.

Na transformação (2) o Cs (A=137; Z=55) decai para Ba* (A=137, Z=56),  o asterísco significa que este isótopo é um elemento instável, assim percebe-se que houve mudança na carga aumentando sem alterar a massa. Logo a transformação é β^-.

Na transformação (3) o elemento instavel Ba* (A=137, Z=56) decai para o isótopo Ba (A=137, Z=56), estável, o que significa que há a emissão de um fóton sem carga nem massa. Logo a emissão é a radiação γ.

Resumo:

Radiação (1) - β^-.

Radiação (2) - β^-.

Radiação (3) - γ.

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Desde já obrigado.

Resposta: 

Item (A).

UFRGS - 2020 - Questão 23

No início do século XX, a Física Clássica começou a ter problemas para explicar fenômenos físicos que tinham sido recentemente observados. Assim começou uma revolução científica que estabeleceu as bases do que hoje se chama Física Moderna. Entre os problemas antes inexplicáveis e resolvidos nesse novo período, podem-se citar
(A) a indução eletromagnética, o efeito fotoelétrico e a radioatividade.
(B) a radiação do corpo negro, a 1 ª lei da Termodinâmica e a radioatividade.
(C) a radiação do corpo negro, a indução eletromagnética e a 1 a lei da Termodinâmica.
(D) a radiação do corpo negro, o efeito fotoelétrico e a radioatividade.
(E) a radiação do corpo negro, o efeito fotoelétrico e a indução eletromagnética.

Resolução:

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Resposta: 
Item (D)

UFRGS - 2020 - Questão 22

 Na figura abaixo, a onda 1 consiste em um pulso retangular que se propaga horizontalmente para a direita. As ondas 2, 3 e 4 são ondas semelhantes que se propagam para a esquerda ao longo dessa mesma direção. 

As figuras abaixo representam interferências que ocorrem quando a onda 1 passa por cada uma das outras ondas.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. As formas de ondas X, Y e Z resultam, respectivamente, da superposição da onda 1 com as ondas ........ , ........ e ........ . 

(A) 2 - 3 - 4 

(B) 2 - 4 - 3 

(C) 3 - 2 - 4 

(D) 3 - 4 - 2 

(E) 4 - 2 - 3

Resolução:

    O fenômeno de interferência ocorre quando o encontro de duas ondas, ou pulsos, dependendo da forma que o encontro ocorre pode acontecer interferência construtiva (parcial ou total) ou totalmente destrutiva.
    Quando o encontro ocorre com mesma fase, as amplitudes se somam e por isso chamamos de interferência construtiva, o resultado é o aumento da amplitude da onda.

   Quando o encontro ocorre com as fases completamente opostas as amplitudes se subtraem e se aniquilam formando uma interferência completamente destrutiva.

   Por outro ado a interferênci pode ser parcialmente destrutiva, dependendo do encontro das ondas.

   As superposições sugeridas no problema são as seguintes:

   O pulso número 1 ao encontrar o pulso 2, têm características totalmente opostas, porem com intensidades levemente diferentes. O pulso 1, possui amplitude de intensidade de 2 unidades para cima, enquanto o pulso 2 possui no mesmo intervalo intensidade de 1 unidade para baixo, assim, a "subtração" dessas intensidades gerará uma amplitude resultante de 1 intensidade para cima, o que acontece analogamente com o segundo intervalo de tempo. Isso significa que a amplitude do pulso resultante DURANTE O ENCONTRO gera uma figura assemelhada a um degrau como mostra abaixo.

O encontro do pulso 1 com o pulso 3, por outro lado ocorre de forma totalmente destrutiva, pois os pulsos tem mesma intensidade e fase oposta, ou seja, onde há duas unidades para cima no pulso 1, há duas unidades para baixo no pulso 3. Logo o pulso resultante momentaneamente desaparece conforme a figura

Ainda do encontro dos pulsos 1 e 4, vemos que as intensidades tem mesma fase no momento do encontro, isso significa que gera uma intereferência construtiva que soma as intensidades da amplitude de cada pulso, assim, o pulso resultante no momento da interferência tem inteisdade de 4 unidades para cima no segundo intervalo e 2 unidades para baixo no terceiro intervalo.

Resumindo:

Os pulsos de interferência gerado em cada encontro será:

X: interferência totalmente destrutiva - Encontro do pulso 1 com o pulso 3;

Y: interferência parcialmente destrutiva - Encontro do pulso 1 com o pulso 2;

Z: interferência totalmente construtiva - Encontro do pulso 1 com o pulso 4;

X - 3, Y - 2, Z - 4

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Resposta: 

Item (C)

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)