Exame Unificado de Física, Provas de Física

Baixe Exame Unificado de Física e outras Provas em PDF para Física, somente na Docsity! Nome : Luiza Mayara Santos Miranda Inscrição :  22020EUF0779 Disciplina : Todas Questão :  40/40     ESTA PROVA CONTÉM 40 (quarenta) QUESTÕES DE MÚLTIPLA ESCOLHA. DURAÇÃO DA PROVA: 4 (quatro) HORAS. -x- A correção de cada questão será restrita ao que for marcado e confirmado, dentre as alternativas apresentadas em cada questão. -x- É indispensável confirmar a resolução das questões, não sendo suficiente apenas selecionar a resposta. Questão MC3A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Um corpo de massa está preso a um arame de aço de formato parabólico que gira em torno do eixo com frequência angular constante conforme indicado na figura. O corpo pode deslizar sem atrito ao longo do arame. Sabe-se também que a parábola descrita pelo arame segue a equação , onde é uma constante.  m z ω z = kρ2 k > 0 A lagrangiana para o corpo pode ser escrita como: a) L = m ( + + ) + mgk1 2 ρ̇2 ρ2ω2 k2ρ2ρ̇2 ρ2 b) L = m ( + + 4 ) + mgk1 2 ρ̇2 ρ2ω2 k2ρ2ρ̇2 ρ2 c) L = m ( + ) − mgk1 2 ρ̇2 ρ2ω2 ρ2 d) L = m ( + + 4 ) − mgk1 2 ρ̇2 ρ2ω2 k2ρ2ρ̇2 ρ2 e) L = m ( + + ) − mgk1 2 ρ̇2 ρ2ω2 k2ρ2ρ̇2 ρ2 Questão MC2A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Dois blocos de massa estão unidos por um fio inextensível de massa desprezível que passa por uma polia, também de massa desprezível, com um eixo fixo. Há atrito entre a polia e o fio de forma que a polia rode sem que o fio deslize por ela, mas não há atrito entre a polia e o seu eixo. Inicialmente o sistema estava em repouso. Um terceiro bloco de massa é então colocado suavemente sobre um dos blocos, como mostra a figura. M m O módulo da força exercida pelo pequeno bloco de massa no bloco sobre o qual foi colocado é:m a) mg( )M M+m b) mg( )2M 2M+m c) (M + m)g d) (2M + m)g e) mg Questão MC1A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Um sistema de polias e três massas está disposto conforme a figura abaixo. Considere que 1,0 kg e a aceleração da gravidade é m/s . = = =M1 M2 M3 g = 10 2 Determine o módulo da aceleração da massa  , considerando que os fios são inextensíveis, que as polias e os fios não têm massa e que não há perdas dissipativas no mecanismo. M3 a) 2,5 m/s 2 b) 6,7 m/s 2 c) 3,3 m/s 2 d) 10 m/s 2 e) 0,0 m/s 2 Questão FM8A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Os hidrocarbonetos são compostos formados de carbono e hidrogênio nos quais os carbonos podem apresentar ligações simples e duplas entre si como indicado na figura abaixo.  Considere um modelo em que cada ligação carbono-carbono tenha seus estados vibracionais associados a uma constante de força restauradora  e que a massa do carbono é , onde é a massa de um átomo de hidrogênio. k 12mH mH Considere as diferenças de energia vibracional E entre o primeiro estado excitado e o estado fundamental. A razão entre as diferenças E(dupla)/ E(simples) é: Δ Δ Δ a) 2 –√ b) 2√ 2 c) 15 28 −− √ d) 15 7 −− √ e) 7 15 −− √ Questão MQ2A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Suponha que o hamiltoniano e um observável  de um sistema físico tenham as seguintes representações matriciais na mesma base: Ĥ Ô e) e = −ax0 ω = 2 /(m )U0 a2− −−−−−−−−√ Questão EM7A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Um condutor neutro na forma de um caroço de feijão é posto em uma região do espaço onde há um campo elétrico uniforme . A presença deste condutor gera contribuições adicionais ao campo elétrico, dando origem a um novo campo elétrico total . E ⃗  0 E ⃗  Para regiões bem distantes do condutor, as contribuições adicionais devido ao condutor  decaem com a distância como: | − |E ⃗  E ⃗ 0 r a) | − | ∝E ⃗  E ⃗  0 r−3 b) | − | ∝E ⃗  E ⃗  0 r−2 c) onde é proporcional às dimensões do condutor. | − | ∝ ,E ⃗  E ⃗  0 e−r/r0 r0 d) | − | ∝E ⃗  E ⃗  0 r−1 e) | − | ∝E ⃗  E ⃗  0 r−4 Questão FM7A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Uma técnica de análise de superfícies muito utilizada atualmente é a espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios- X, conhecida como XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Seus fundamentos baseiam-se  no efeito fotoelétrico, em que a absorção de um fóton de energia retira um elétron de níveis mais internos do material, desde que a energia do fóton seja maior do que a energia de ligação deste elétron. Nesse caso, o elétron é ejetado com velocidade de módulo (não relativístico) e adquire energia cinética . Uma maneira de se medir a energia deste fotoelétron é utilizar um aparato como esquematizado na figura. Os fotoelétrons entram por um analisador semiesférico de raio , que utiliza um campo magnético externo de módulo  para guiar suas trajetórias e assim atingirem o detector de elétrons. hf EB v ≪ c Ec R B Se a massa do elétron é e sua carga tem módulo , o vetor campo magnético  ém0 e B⃗  a) . − 1 eR (hf − )m0 EB − −−−−−−−−−−√ ẑ b) . − 1 eR 2 (hf − )m0 EB − −−−−−−−−−−−√ ẑ c) . − R e 2 (hf − )m0 EB − −−−−−−−−−−−√ ẑ d) . + 1 eR (hf − )m0 EB − −−−−−−−−−−√ ẑ e) . + 1 eR 2 (hf − )m0 EB − −−−−−−−−−−−√ ẑ Questão EM1A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Duas partículas de massas iguais a e cargas iguais a são suspensas por fios de comprimento a partir de um mesmo ponto, permanecendo em equilíbrio de tal forma que os fios formem um ângulo . Considere a situação em que é muito pequeno. m q l θ θ Qual é a distância entre as cargas?d a) d ≈ lq 2 4π mgϵ0 b) d ≈ [ ]lq 2 2π mgϵ0 1 2 c) d ≈ [ ]lq 2 4π mgϵ0 1 2 d) d ≈ [ ]lq 2 4π mgϵ0 1 3 e) d ≈ [ ]lq 2 2π mgϵ0 1 3 Questão FM4A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Considere o potencial degrau de altura mostrado na figura. Uma partícula com energia total e momento linear  move-se da região I para a região II incidindo na interface ( ) a partir da esquerda ( ). V0 E = 2V0 ℏk x = 0 x < 0 Na interface entre as regiões I e II ( ), o coeficiente de reflexão é:x = 0 R a) ( 1− 2√ 1+ 2√ )2 b) 0.  c)  4 2√ 1+ 2√ d) ( 1+ 2√ 1− 2√ )2 e) ( 1− 2√ 2 )2 Questão FM5A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Há um plano para enviar uma frota de espaçonaves robóticas do tamanho de smartphones até Alpha Centauri. As espaçonaves seriam dotadas de "velas solares" que refletiriam a luz de lasers disparados da Terra, impulsionando-as rapidamente até uma fração considerável da velocidade da luz. Para efeito deste problema, suponha que essa fração fosse de 3/5. Se a massa de uma espaçonave for de 200 gramas, quanta energia terá que ser fornecida para que ela atinja a velocidade desejada? a) J 4, 5 × 1017 b) J 4, 5 × 1019 c) J 4, 5 × 1013 d) J 4, 5 × 1011 e) J 4, 5 × 1015 Questão MQ8A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA O estado de polarização de uma onda eletromagnética clássica no vácuo pode ser descrito em termos das polarizações horizontal e vertical da onda, definidas no plano perpendicular à sua direção de propagação. De maneira análoga, o estado de polarização de um fóton também pode ser descrito como uma superposição quântica dos estados { , }, correspondentes às polarizações horizontal e vertical, respectivamente. Esses estados formam uma base ortonormal do espaço de Hilbert bidimensional das polarizações. Um laser produz fótons com polarização vertical, enviados um a um a um aparato onde um espelho semitransparente (com coeficiente de reflexão  ) permite que a luz possa seguir por dois caminhos alternativos. Em certos pontos desses caminhos são colocados polarizadores ópticos. Polarizadores ópticos são instrumentos caracterizados por um eixo de polarização. O eixo define uma direção no plano perpendicular à direção de propagação da luz que atravessa o polarizador. Ao passar por um desses instrumentos, o estado quântico do fóton é projetado na direção do eixo de polarização daquele polarizador. O caminho A tem um polarizador cujo eixo de polarização faz um ângulo de 45 graus ( radianos) com a direção vertical. O caminho B tem dois polarizadores consecutivos. O primeiro é idêntico ao do caminho A. O segundo tem o eixo de polarização alinhado na direção horizontal.  |H⟩ |V ⟩ R = 1/2 π/4 Detetores ultrassensíveis, capazes de contar todos os fótons que chegam até eles, são colocados no final de cada um dos caminhos ópticos A e B descritos acima. Após enviar 1000 fótons através do aparato, qual será aproximadamente a contagem nos detetores A e B, respectivamente? a) 250;  750  b) 500; 500  c) 750;  250  d) 250;  125  e) 500; 0  Questão TE5A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Em um modelo simplificado para um sólido cristalino, supõe-se que cada um dos átomos de uma rede está associado a três modos de vibração, todos com a mesma frequência angular . Os modos de vibração são descritos como osciladores harmônicos quânticos unidimensionais e independentes. O sólido está em contato com um reservatório à temperatura . N ω T Se  é a constante de Boltzmann e a constante de Planck dividida por , a energia livre de Helmholtz por átomo é dada por: kB ℏ 2π a) 3 T ln[2 cosh( )]kB ℏω 2 TkB b)  3 TkB 2 sinh( )ℏω 2 TkB c) T ln[2 sinh( )]kB ℏω 2 TkB d) 3 T ln[2 tanh( )]kB ℏω 2 TkB e) 3 T ln[2 sinh( )]kB ℏω 2 TkB Questão MC6A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Uma partícula de massa se movimenta em três dimensões sob a ação de uma força , cuja energia potencial associada é dada por onde é uma constante positiva e é a distância à origem do sistema de coordenadas. m F(r) U(r) = − , 1 4 k r4 k r Analise as três afirmações abaixo sobre esse sistema e escolha a alternativa correta.   I. e . II. Para uma órbita circular de raio , a frequência angular do movimento da partícula é . III. A energia total da partícula e o momento angular da partícula são constantes do movimento. ∇ × F = 0 F(r) = −(k/ )r3 r̂ R =ωc 2k/(m )R6− −−−−−−−√ L a) Apenas a afirmação I está correta.  b) Apenas a afirmação III está correta.  c) Apenas as afirmações I e III estão corretas.  d) Apenas a afirmação II está correta.  e) Apenas as afirmações II e III estão corretas.  Questão EM2A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Considere um capacitor de placas paralelas com áreas iguais a , preenchido com uma combinação de dois dielétricos. O primeiro dielétrico, de permissividade e espessura , é colocado em cima do segundo dielétrico, de permissividade e espessura . Ambos os dielétricos tem áreas iguais às áreas das placas e são encaixados perfeitamente dentro do capacitor, pois a distância entre as placas é . A ϵ1 d1 ϵ2 d2 +d1 d2 Qual é a capacitância por unidade de área do capacitor? a) = ln( )C A ϵ1ϵ2 +ϵ1d1 ϵ2d2 ϵ1d1 ϵ2d2 b) =C A ( + )ϵ1ϵ2 d1 d2 +ϵ1d 2 1 ϵ2d 2 2 c) =C A +ϵ2 1 ϵ2 2 +ϵ1d2 ϵ2d1 d) = ln( )C A +ϵ2 1 ϵ2 2 +ϵ1d2 ϵ2d1 ϵ1d2 ϵ2d1 e) =C A ϵ1ϵ2 +ϵ1d2 ϵ2d1 Uma camada fina de um material transparente de índice de refração 1,30 cobre a superfície de um vidro de índice de refração 1,50. Qual deve ser a espessura mínima da camada para que não haja reflexão de luz monocromática de comprimento de onda de 520 nm que incide normalmente na camada? a) 260 nm  b) 400 nm  c) 130 nm  d) 200 nm  e) 100 nm  Questão MQ5A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Em um espaço de Hilbert bidimensional com base ortonormal , o estado de uma partícula é a superposição dos estados onde . {|0⟩, |1⟩} |ψ⟩ = (|A⟩ + |B⟩) / 2 –√ |A⟩ = |0⟩ + |1⟩, |B⟩ = |0⟩ + |1⟩, 2 5 –√ i 5 –√ i 5 –√ 2 5 –√ i = −1−−−√ Seja agora uma outra base no mesmo espaço bidimensional:  e . Qual é a probabilidade de se encontrar a partícula no estado ? |+⟩ = (|0⟩ + |1⟩)1 2√ |−⟩ = (|0⟩ − |1⟩)1 2√ |−⟩ a) 50 %  b) 100 %  c) 0 %  d) 20 %  e) 80 %  Questão FM6A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO PULADA Em determinada configuração, a distância entre os planetas Júpiter e Terra é de 600 milhões de quilômetros medida por um observador em repouso na Terra. Suponha uma situação em que uma partícula é expelida de Júpiter e viaja na direção da Terra com velocidade constante de 0,80 c em relação à Terra, onde c é a velocidade da luz no vácuo. Em relação aos diferentes referenciais e do ponto de vista da teoria da relatividade restrita, o tempo medido para cruzar esta distância seria de aproximadamente: a) s para um observador na Terra e s para um observador na partícula. 2, 5 × 104 1, 5 × 104 b) s para um observador na Terra e s para um observador na partícula. 2, 5 1, 5 c)  s para um observador na Terra e s para um observador na partícula. 2, 0 × 103 5, 0 d) s para um observador na Terra e s para um observador na partícula.  1, 5 × 103 2, 5 × 103 e) s para um observador na Terra e s para um observador na partícula. 2, 5 × 103 1, 5 × 103 Questão MC4A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Uma bola de aço de massa presa a uma corda inextensível, de massa desprezível e comprimento , é largada quando a corda está na horizontal, como na figura abaixo. Na parte mais baixa da trajetória, a bola atinge um bloco de massa , inicialmente em repouso sobre uma superfície horizontal, sendo que o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a superfície é . m L 2m μc Supondo que a colisão da bola de aço e do bloco é elástica, qual é a distância percorrida pelo bloco após a colisão em termos da massa , do comprimento , da aceleração da gravidade e do coeficiente de atrito cinético ? Suponha também que haja apenas uma colisão entre a bola de aço e o bloco. m L g μc a) 4L 9 b)  2L 3μc c)  4L 9μc d)  L 9μc e)  L μc Questão TE8A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Uma bateria é composta por células individuais. Por ser uma bateria velha, nem todas as células estão em boas condições. Para cada célula, há uma probabilidade de que sua força eletromotriz (fem) tenha o valor  e probabilidade de que tenha o valor 0, situação em que a célula está em curto. A fem da bateria é  onde   é a fem da i-ésima célula. Quando a bateria é conectada a um resistor de resistência , a potência dissipada no resistor é . N p v 1 − p V = +. . . +ε1 εN εi R P = /RV 2 Supondo que as células sejam estatisticamente independentes, a potência média dissipada no resistor é: a) 0  b) N(N − 1)p2 v2 R c) [Np + N(N − 1) ]p2 v2 R d) Np v2 R e−v/R e) Np2 v2 R Questão FM4B Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Considere o potencial degrau de altura mostrado na figura. Uma partícula com energia total e momento linear move-se da região I para a região II incidindo na interface ( ) a partir da esquerda ( ). V0 E = 2V0 ℏk x = 0 x < 0 Na interface entre as duas regiões I e II ( ), o coeficiente de transmissão é:x = 0 T a) 1.  b) ( 1− 2√ 1+ 2√ )2 c) ( 1− 2√ 2 )2 d)  4 2√ (1+ 2√ )2 e) ( 1+ 2√ 1− 2√ )2 Questão MQ4A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Considere uma partícula de massa , em movimento confinado a uma dimensão, que incide com energia total  sobre uma barreira de potencial genérica, ilustrada na figura abaixo. m E Analise as seguintes afirmações sobre esse sistema e identifique abaixo a alternativa correta. I. A função de onda da partícula e a sua derivada espacial de primeira ordem  são contínuas em todos os pontos para um potencial suave como o ilustrado na figura. Contudo, se a barreira apresentar descontinuidades, tanto quanto  serão descontínuas nos pontos de descontinuidade do potencial.   II. Se a energia da partícula for maior do que a altura máxima da barreira ( ), a partícula certamente atravessará a barreira, sem a possibilidade de ser refletida. III. Se a energia da partícula for menor do que a altura máxima da barreira ( ), o fenômeno de tunelamento quântico sempre pode acontecer e a sua probabilidade de ocorrer depende unicamente da diferença do valor da altura máxima da barreira e a energia da partícula ( ), independente da forma do potencial . ψ(x) dψ/dx ψ(x) dψ/dx E E > V0 E < V0 − EV0 V (x) a) Apenas a afirmação III está correta.  b) Apenas a afirmação II está correta.  c) Apenas a afirmação I está correta.  d) Nenhuma das afirmações está correta.  e) Todas as afirmações estão corretas.  Questão EM8A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Um pequeno dielétrico neutro de susceptibilidade elétrica   se encontra a uma distância muito grande de um pequeno condutor isolado cuja carga elétrica total é . χe r Q Nestas condições, podemos afirmar que a força elétrica entre o dielétrico e o condutor: a) tem módulo e é atrativa. F(r) ∝ Qχe r5 b) tem módulo e é repulsiva. F(r) ∝ χeQ 2 r3 c) tem módulo e é atrativa. F(r) ∝ χeQ 2 r3 d) tem módulo e é atrativa. F(r) ∝ χeQ 2 r5 e) tem módulo e é repulsiva. F(r) ∝ Qχe r3 Questão TE3A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Considere as afirmativas abaixo: i. Considerando e respectivamente as capacidades térmicas molares a volume e a pressão constante para um gás ideal monoatômico, então , enquanto que para um líquido e para um sólido . ii. Num diagrama , isotermas jamais se interceptam, e o mesmo vale para as adiabatas. Neste tipo de diagrama, adiabatas podem interceptar várias isotermas. iii. A eficiência máxima possível para uma máquina térmica operando entre dois reservatórios térmicos, um à temperatura de 100 °C e o outro à temperatura de 0 °C, é de pouco mais de 30 .  iv. Considere uma expansão de Joule (também conhecida como "expansão livre"), que é um processo irreversível, de um mol de um gás ideal monoatômico confinado inicialmente num volume e que termina o processo confinado num volume . Ao final da expansão de Joule, a variação da entropia do gás terá sido . CV Cp − = RCp CV − = 2RCp CV − = 3RCp CV P − V % Vi Vf ΔS ∝ ln( + )Vi Vf As afirmativas (i) a (iv), nesta ordem, estão ("C" para "certa" e "E" para "errada"): a) C, E, C, E  b) E, C, E, E  c) E, C, C, C  d) E, C, E, C  e) E, E, E, C  Questão EM3A Fórmulas úteis e constantes físicas QUESTÃO FINALIZADA Considere uma espira quadrada de fio de resistência , localizada no plano . As posições dos vértices da espira são , , e . Nesta região existe um campo magnético não uniforme e dependente do tempo dado por , onde é uma constante. R (x, y) (0, 0) (0,L) (L, 0) (L,L) (x, t) = −3CtB⃗  x2 ẑ C Qual é a corrente induzida na espira num certo instante ?i t a) i = CL4 2R b) i = CL4 R c) i = Cμ0 L5 tR2 d) i = Cμ0 L5 4πtR2 e) i = Cμ0 L5 2tR2