Vestibular de Física - Universidade de São Paulo - 2008 - USP - Fuvest, Notas de estudo de Física. Universidade Potiguar (UnP)
Gisele
Gisele12 de Março de 2013

Vestibular de Física - Universidade de São Paulo - 2008 - USP - Fuvest, Notas de estudo de Física. Universidade Potiguar (UnP)

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Vestibular de Física da Universidade de São Paulo do ano 2008.
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FrenteFisica2007

BOX 000 000/000

FUVEST 2008 2ª Fase − Física (09/01/2008)

0 0 1 / 0 0 1 Física

LOTE SEQ.

FUVEST 2008

Q.01

Q.02 0 1 2 3 4

Q.03

Q.04 0 1 2 3 4

Q.05

Q.06 0 1 2 3 4

Q.07

Q.08 0 1 2 3 4

Q.09

Q.10 0 1 2 3 4

Leia atentamente as instruções abaixo

1. Aguarde a autorização do fiscal para abrir o caderno de questões e iniciar a prova.

2. Verifique se seu nome e seu número de inscrição estão corretos.

3. Duração da prova : 3 horas.

4. A prova deve ser feita com caneta azul ou preta.

5. A solução de cada questão deve ser feita nos espaços correspondentes.

6. Este caderno de prova contém páginas destinadas a rascunho. O que estiver escrito nessas páginas NÃO será considerado na correção da prova.

7. Verifique se este caderno de prova contém 10 (dez) questões e se a impressão está legível.

8. NÃO escreva no verso desta folha.

BOA PROVA ! Ciente dessas informações, assino o canhoto abaixo.

FUVEST FUNDAÇÃO UNIVERSITÁRIA PARA O VESTIBULAR

Ordem

Nome do Candidato

Assinatura do Candidato

FÍSICA

Inscrição Prova Escola/Sala/Fila/Lugar

F ís ic a

Inscrição Nome do Candidato

Atesto, para os devidos fins, que o candidato com o número de inscrição e nome acima mencionados compareceu à prova de Física do concurso vestibular FUVEST , realizada em , no horário de

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Página 2/16 − Caderno Reserva

NÃO

ESCREVA

NESTA

FOLHA docsity.com

Página 3/16 − Caderno Reserva

ATENÇÃO

ESTE CADERNO CONTÉM 10 (DEZ) QUESTÕES E RESPECTIVOS ESPAÇOS PARA RESPOSTAS.

DURAÇÃO DA PROVA: 3 (TRÊS) HORAS.

A correção de cada questão será restrita somente ao que estiver registrado no espaço correspondente, na página de respostas, à direita. É indispensável indicar a resolução das questões, não sendo suficiente apenas escrever as respostas.

NOTE E ADOTE: aceleração da gravidade na Terra, g = 10 m/s2

densidade da água a qualquer temperatura , = 1000 kg/m3 = 1 g/cm3 velocidade da luz no vácuo = 3,0 x 108 m/s calor específico da água 4 J/(oC g) 1 caloria 4 joules 1 litro = 1000 cm3 = 1000 mL

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Página 4/16 − Caderno Reserva

Q.01 Para carregar um pesado pacote, de massa M = 90 kg, ladeira acima, com velocidade constante, duas pessoas exercem forças diferentes. O Carregador 1, mais abaixo, exerce uma força F1 sobre o pacote, enquanto o Carregador 2, mais acima, exerce uma força F2. No esquema da página de respostas estão representados, em escala, o pacote e os pontos C1 e C2, de aplicação das forças, assim como suas direções de ação.

a) Determine, a partir de medições a serem realizadas no esquema da página de respostas, a razão R = F1/F2, entre os módulos das forças exercidas pelos dois carregadores.

b) Determine os valores dos módulos de F1 e F2, em newtons.

c) Indique, no esquema da página de respostas, com a letra V, a posição em que o Carregador 2 deveria sustentar o pacote para que as forças exercidas pelos dois carregadores fossem iguais.

Q.02 Duas pequenas esferas iguais, A e B, de mesma massa, estão em repouso em uma superfície horizontal, como representado no esquema ao lado. No instante t = 0 s, a esfera A é lançada, com velocidade V0 = 2,0 m/s, contra a esfera B, fazendo com que B suba a rampa à frente, atingindo sua altura máxima, H, em t = 2,0 s. Ao descer, a esfera B volta a colidir com A, que bate na parede e, em seguida, colide novamente com B. Assim, as duas esferas passam a fazer um movimento de vai e vem, que se repete.

a) Determine o instante tA, em s, no qual ocorre a primeira colisão entre A e B.

b) Represente, no gráfico da página de respostas, a velocidade da esfera B em função do tempo, de forma a incluir na representação um período completo de seu movimento.

c) Determine o período T, em s, de um ciclo do movimento das esferas.

NOTE E ADOTE: A massa do pacote é distribuída uniformemente e, portanto, seu centro de massa, CM, coincide com seu centro geométrico.

Considere positivas as velocidades para a direita e negativas as velocidades para a esquerda.

NOTE E ADOTE: Os choques são elásticos. Tanto o atrito entre as esferas e o chão quanto os efeitos de rotação devem ser desconsiderados.

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ORDEM ____−__ − PROVA DE FÍSICA − PÁGINA 5/16, QUESTÕES 1 E 2 LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ANTES DE RESPONDER AS QUESTÕES

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Página 6/16 − Caderno Reserva

Q.03 A usina hidrelétrica de Itaipu possui 20 turbinas, cada uma fornecendo uma potência elétrica útil de 680 MW, a partir de um desnível de água de 120 m. No complexo, construído no Rio Paraná, as águas da represa passam em cada turbina com vazão de 600 m3/s.

a) Estime o número de domicílios, N, que deixariam de ser atendidos se, pela queda de um raio, uma dessas turbinas interrompesse sua operação entre 17h30min e 20h30min, considerando que o consumo médio de energia, por domicílio, nesse período, seja de 4 kWh.

b) Estime a massa M, em kg, de água do rio que entra em cada turbina, a cada segundo.

c) Estime a potência mecânica da água P, em MW, em cada turbina.

Q.04 Para se estimar o valor da pressão atmosférica, Patm, pode ser utilizado um tubo comprido, transparente, fechado em uma extremidade e com um pequeno gargalo na outra. O tubo, aberto e parcialmente cheio de água, deve ser invertido, segurando-se um cartão que feche a abertura do gargalo (Situação I). Em seguida, deve-se mover lentamente o cartão de forma que a água possa escoar, sem que entre ar, coletando-se a água que sai em um recipiente (Situação II). A água pára de escoar quando a pressão no ponto A, na abertura, for igual à pressão atmosférica externa, devendo-se, então, medir a altura h da água no tubo (Situação III). Em uma experiência desse tipo, foram obtidos os valores, indicados na tabela, para V0, volume inicial do ar no tubo, V, volume da água coletada no recipiente e h, altura final da água no tubo. Em relação a essa experiência, e considerando a Situação III,

a) determine a razão R = P/Patm, entre a pressão final P do ar no tubo e a pressão atmosférica;

b) escreva a expressão matemática que relaciona, no ponto A, a Patm com a pressão P do ar e a altura h da água dentro do tubo;

c) estime, utilizando as expressões obtidas nos itens anteriores, o valor numérico da pressão atmosférica Patm, em N/m2.

NOTE E ADOTE: Densidade da água = 103 kg/m3. 1 MW = 1 megawatt = 106 W. 1 kWh = 1000 W x 3600 s = 3,6 x 106 J.

Os valores mencionados foram aproximados para facilitar os cálculos.

NOTE E ADOTE: Considere a temperatura constante e desconsidere os efeitos da tensão superficial.

Valores medidos V0 500 mL

V 25 mL h 50 cm

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ÁREA DELIMITADA PARA A RESPOSTA DA QUESTÃO 4 − NÃO ULTRAPASSE ESTA ÁREA!

ORDEM ____−__ − PROVA DE FÍSICA − PÁGINA 7/16, QUESTÕES 3 E 4 LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ANTES DE RESPONDER AS QUESTÕES

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Página 8/16 − Caderno Reserva

Q.05 Um roqueiro iniciante improvisa efeitos especiais, utilizando gelo seco (CO2 sólido) adquirido em uma fábrica de sorvetes. Embora o início do show seja à meia-noite (24 h), ele o compra às 18 h, mantendo-o em uma “geladeira” de isopor, que absorve calor a uma taxa de aproximadamente 60 W, provocando a sublimação de parte do gelo seco. Para produzir os efeitos desejados, 2 kg de gelo seco devem ser jogados em um tonel com água, a temperatura ambiente, provocando a sublimação do CO2 e a produção de uma “névoa”. A parte visível da “névoa”, na verdade, é constituída por gotículas de água, em suspensão, que são carregadas pelo CO2 gasoso para a atmosfera, à medida que ele passa pela água do tonel. Estime:

a) A massa de gelo seco, Mgelo, em kg, que o roqueiro tem de comprar, para que, no início do show, ainda restem os 2 kg necessários em sua “geladeira”.

b) A massa de água, Mágua, em kg, que se transforma em “névoa” com a sublimação de todo o CO2, supondo que o gás, ao deixar a água, esteja em CNTP, incorporando 0,01g de água por cm3 de gás formado.

Q.06 Em um museu, um sistema ótico permite que o visitante observe detalhes de um quadro sem se aproximar dele. Nesse sistema, uma lente convergente, de distância focal fixa, projeta a imagem do quadro (ou parte dela) sobre uma tela de receptores, que reproduzem essa imagem em um monitor (do mesmo tamanho da tela). O sistema pode ser aproximado ou afastado do quadro, pelo visitante, que deve ainda ajustar a distância entre a lente e a tela, para focalizar a imagem na tela. A Figura 1, da página de respostas, esquematiza a situação em que um quadro é projetado na tela/monitor. A Figura 2 esquematiza a situação em que o visitante aproxima a lente do quadro e ajusta a distância lente- tela, obtendo uma imagem nítida na tela/monitor. Para verificar o que é observado, nesse caso, pelo visitante,

a) assinale, na Figura 1 da página de respostas, traçando as linhas de construção necessárias, a posição do foco da lente, indicando-a pela letra F.

b) assinale, na Figura 2 da página de respostas, traçando as linhas de construção necessárias, a nova posição da tela para que a imagem seja projetada com nitidez, indicando-a pela letra T.

c) desenhe, na Figura 2, a imagem formada sobre a tela, tal como vista no monitor.

NOTE E ADOTE: Sublimação: passagem do estado sólido para o gasoso. Temperatura de sublimação do gelo seco = – 80o C. Calor latente de sublimação do gelo seco = 648 J/g. Para um gás ideal, PV = nRT. Volume de 1 mol de um gás em CNTP = 22,4 litros. Massa de 1 mol de CO2 = 44 g. Suponha que o gelo seco seja adquirido a – 80oC.

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ÁREA DELIMITADA PARA A RESPOSTA DA QUESTÃO 5 − NÃO ULTRAPASSE ESTA ÁREA!

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ÁREA DELIMITADA PARA A RESPOSTA DA QUESTÃO 6 − NÃO ULTRAPASSE ESTA ÁREA!

ORDEM ____−__ − PROVA DE FÍSICA − PÁGINA 9/16, QUESTÕES 5 E 6 LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ANTES DE RESPONDER AS QUESTÕES

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Página 10/16 − Caderno Reserva

Q.07 A propagação de ondas na água é estudada em grandes tanques, com detectores e softwares apropriados. Em uma das extremidades de um tanque, de 200 m de comprimento, um dispositivo D produz ondas na água, sendo que o perfil da superfície da água, ao longo de toda a extensão do tanque, é registrado por detectores em instantes subseqüentes. Um conjunto de ondas, produzidas com freqüência constante, tem seu deslocamento y, em função do tempo, representado ao lado, tal como registrado por detectores fixos na posição x = 15 m. Para esse mesmo conjunto de ondas, os resultados das medidas de sua propagação ao longo do tanque são apresentados na página de respostas. Esses resultados correspondem aos deslocamentos y do nível da água em relação ao nível de equilíbrio (y = 0 m), medidos no instante t = 25 s para diversos valores de x. A partir desses resultados:

a) Estime a freqüência f, em Hz, com que as ondas foram produzidas.

b) Estime o comprimento de onda L, em metros, das ondas formadas.

c) Estime a velocidade V, em m/s, de propagação das ondas no tanque.

d) Identifique, no gráfico da página de respostas (t = 25 s), as posições das ondas A, B, C, D e E, assinaladas na figura acima, ainda que, como pode ser observado, as amplitudes dessas ondas diminuam com sua propagação.

Q.08 Duas pequenas esferas iguais, A e B, carregadas, cada uma, com uma carga elétrica Q igual a – 4,8 x 10–9 C, estão fixas e com seus centros separados por uma distância de 12 cm. Deseja-se fornecer energia cinética a um elétron, inicialmente muito distante das esferas, de tal maneira que ele possa atravessar a região onde se situam essas esferas, ao longo da direção x, indicada na figura, mantendo-se eqüidistante das cargas.

a) Esquematize, na figura da página de respostas, a direção e o sentido das forças resultantes F1 e F2, que agem sobre o elétron quando ele está nas posições indicadas por P1 e P2.

b) Calcule o potencial elétrico V, em volts, criado pelas duas esferas no ponto P0.

c) Estime a menor energia cinética E, em eV, que deve ser fornecida ao elétron, para que ele ultrapasse o ponto P0 e atinja a região à direita de P0 na figura..

NOTE E ADOTE: Considere V = 0 no infinito.

NOTE E ADOTE: Num ponto P, V = KQ/r, onde

r é a distância da carga Q ao ponto P. K = 9 x 109 (N.m2/C2). qe = carga do elétron = – 1,6 x 10–19 C. 1 eV = 1,6 x 10–19 J.

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ÁREA DELIMITADA PARA A RESPOSTA DA QUESTÃO 8 − NÃO ULTRAPASSE ESTA ÁREA!

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Página 12/16 − Caderno Reserva

Q.09 Utilizando-se um gerador, que produz uma tensão V0, deseja-se carregar duas baterias, B-1 e B-2, que geram respectivamente 15 V e 10 V, de tal forma que as correntes que alimentam as duas baterias durante o processo de carga mantenham-se iguais (i1 = i2 = i). Para isso, é utilizada a montagem do circuito elétrico representada ao lado, que inclui três resistores R1, R2 e R3, com respectivamente 25 , 30 e 6 , nas posições indicadas. Um voltímetro é inserido no circuito para medir a tensão no ponto A.

a) Determine a intensidade da corrente i, em ampères, com que cada bateria é alimentada.

b) Determine a tensão VA, em volts, indicada pelo voltímetro, quando o sistema opera da forma desejada.

c) Determine a tensão V0, em volts, do gerador, para que o sistema opere da forma desejada.

Q.10 É possível acender um LED, movimentando-se uma barra com as mãos? Para verificar essa possibilidade, um jovem utiliza um condutor elétrico em forma de U, sobre o qual pode ser movimentada uma barra M, também condutora, entre as posições X1 e X2. Essa disposição delimita uma espira condutora, na qual é inserido o LED, cujas características são indicadas na tabela ao lado. Todo o conjunto é colocado em um campo magnético B (perpendicular ao plano dessa folha e entrando nela), com intensidade de 1,1 T. O jovem, segurando em um puxador isolante, deve fazer a barra deslizar entre X1 e X2. Para verificar em que condições o LED acenderia durante o movimento, estime:

a) A tensão V, em volts, que deve ser produzida nos terminais do LED, para que ele acenda de acordo com suas especificações.

b) A variação do fluxo do campo magnético através da espira, no movimento entre X1 e X2.

c) O intervalo de tempo t, em s, durante o qual a barra deve ser deslocada entre as duas posições, com velocidade constante, para que o LED acenda.

LED (diodo emissor de luz) Potência 24 mW Corrente 20 mA Luminosidade 2 Lumens

NOTE E ADOTE: A força eletromotriz induzida é tal que = – / t.

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ÁREA DELIMITADA PARA A RESPOSTA DA QUESTÃO 10 − NÃO ULTRAPASSE ESTA ÁREA!

ORDEM ____−__ − PROVA DE FÍSICA − PÁGINA 13/16, QUESTÕES 9 E 10 LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ANTES DE RESPONDER AS QUESTÕES

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Página 14/16 − Caderno Reserva docsity.com

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FUVEST 2008 2ª Fase − Física (09/01/2008)

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